摘要：电容式电压互感器作为一种电压变换装置应用于电力系统，主要用于电压测量仪表及继电保护装置的电压信号取样设备。它接于高压与地之间，将系统高电压转换成二次低电压。近年来，由于电容式电压互感器因结构合理，绝缘强度较高，在110kV及以上电压等级电力系统中得到广泛使用。
关键词：110kV；电容式；电压互感器；故障；措施
一、电容式电压互感器简介
电容分压器由主电容C1（C11、C12、C13、C14）和分压电容C2组成，具有降压和分压作用；电磁单元由中间变压器（T）、补偿电抗器（L）、放电间隙（P）、电阻（R）和载波耦合装置（J）组成。分压电容抽取系统部分电压连接在一次绕组上，分压电容末端接地或与结合滤波器串接后接地。这样的结构缩减了整台互感器的体积，串联电容与结合滤波器串接后可作为高频载波信号的通道。电容式电压互感器有两种形式，内置式和外置式。上图为互感器内置形式，分压电容放置在上部的充油套管内，下部的油箱内有一次绕组的补偿电抗器，两组二次绕组和避雷器或放电间隙。二次绕组da、dx输出电压为100V，绕组a、x输出电压为100V/。电容式电压互感器为单相式结构，多用于110kV及以上电压等级的系统。一般配置在母线或线路A相，为保护、测量、计量或断路器同期和重合闸装置提供电压判据。
图1电容型电压互感器结构图
二、CVT基本原理与结构
CVT主要由电容单元与电磁单元构成，以220kVCVT为例，其原理如图1所示。电容单元由高压电容与中压电容串联组成，通过中压电容C下2分压将系统电压降低至13~20kV，从外表看就是单节或多节以瓷套为外壳的耦合电容器，主要由瓷套、电容芯子、绝缘油、上下底盖、膨胀器组成。电容芯子是电容器的核心，承受着主绝缘的作用，每节瓷套内的电容芯子由几十甚至上百个电容元件串联而成。电磁单元主要包括中间变压器、补偿电抗器、阻尼器。补偿电抗器的作用使得在不同的二次负荷下二次输出电压与一次电压之间保持准确的变比和相位，其电抗值与电容分压器在额定频率下的等值容抗值相等；阻尼器的作用是抑制铁磁谐振，一般为速饱和电抗型，由速饱和电抗器和阻尼电阻串联而成，速饱和电抗器采用性能优良的铁芯材料，其磁化曲线具有典型的开关特性；中间变压器实际上是电磁式电压互感器，其作用是将电容单元分压得到的中间电压转换成标准的二次电压供测量、计量仪表和继电器用。
三、电压互感器的故障类型
（一）二次输出电压异常
故障表现为：电压互感器某相或几相电压下降，而开口三角电压升高。轻微故障时互感器外观上没有异常，也没有异常声音。但故障严重时内部有放电声或者其他不正常异响，并且会发出焦臭味，有可能发生电容器击穿爆炸事故。故障发生的原因有：（1）分压电容器中的某个电容被击穿导致串联电容数量减少，分压电容相对增大，二次输出电压下降；（2）由于产品质量问题或者在运输安装工程中保护不当等原因，造成互感器的铁芯松动导致其气隙距离发生了变化，破坏了阻尼器的调谐工作条件。这相当于在辅助二次回路上接入一个很大的负荷来分压，从而致使二次输出电压异常。（3）电压互感器的电抗线圈和弹性铜片连接处的螺丝发生松动也是二次输出电压异常的原因之一。
（二）电磁单元故障
（1）二次绕组失压
导致电磁单元二次绕组失压的原因有：（1）分压电容器C2发生击穿短路接地；（2）中间变压器的一次引接线接地或者断线；（3）与中间变压器并联的避雷器被击穿；（4）电压互感器二次侧空气开关跳开或者二次回路断线。
（2）电磁单元绝缘下降
电压互感器二次接线盒内部受潮，导致二次绕组绝缘下降，甚至为零；二次绕组的N端或引线接地或者触碰到油箱金属外壳。上述原因都有可能导致电磁单元绝缘低。
（三）其他故障
（1）电压互感器铁磁谐振，这有可能是由于在现场安装时多组电容器互换或者电容器宇电磁单元互换，导致其分压电容、耦合电容以及中间变压器组合不对应，从而产生铁磁共振。（2）本体渗漏油，油位过低；互感器喷油、流胶或外壳开裂变形；套管破裂、放电，引线与外壳之间有火花等。这都可能导致互感器的绝缘性能下降，引起电压异常，甚至引发爆炸事故。
四、故障检测及防范措施
（一）故障检测
（1）测量电压互感器的绝缘电阻，包括了极间绝缘电阻（采用2500V兆欧表，一般不低于5000MΩ）和低压端对地绝缘电阻（采用1000V兆欧表，一般不低于100MΩ）测量。将测试电阻与之前测量结果对比，若有明显下降，则表明其内部可能受潮或者瓷套有缺陷，应立即马上停电处理。（2）测量电压互感器的介损tanδ及电容量。在10kV试验电压的tanδ值不大于下列数值：油纸绝缘0.5%，膜纸复合绝缘为0.4%。而电容值的要求为：①每节电容量在偏差不超过额定的-5%~+10%范围；②与出厂值相比，增加量超过+2%时，应缩短试验周期；③由多节电容器组成的同一相，任何连接电容器的实测电容值相差不超过5%。
（二）故障防范措施
（1）必要时对电容式互感器进行局部放电测量，并进行其他标准预试项目，保证电压互感器符合标准才能投入使用。（2）当电压互感器的介损tanδ异常增长时，应及时处理或者更换互感器，避免事故发生。（3）当发现电压互感器本体或其他地方有渗漏油，油位过低或者压力下降时，应立即停运并进行处理。（4）严禁电磁单元带缺陷运行，电磁单元的一次电压不应超过3kV，而二次绕组的电流不大于10A，避免过负荷。（5）加强对电压互感器二次接线及其绝缘的检查，严格按照规程进行预试工作。
五、实例分析
（一）故障基本情况
某220kV变电站的110kV母线采用型号为WVB110-20H的电容式电压互感器。故障发生时，其二次电压分别为A相：78.7V，B相为66.65V，C相为66.65V。相比B、C两相电压，A相电压上升了18%，互感器的二次电压输出异常。现场检查发现，互感器的外观无异常，没有渗漏油情况，亦没有放电声音或其他异响，红外测温显示电压互感器A相比B相和C相高月3.5℃。初步判断A相电容单元内
部故障。
（二）故障分析
对电压互感器进行介损tanδ及电容量测试，并与上次试验的数据对比。根据表1，发现分压电容C2正常，主电容C1的电容量增长了7.2%，而介损值tanδ高达1.2%。按规程要求，电容量的增加量不应超过+2%，介损tanδ则不应大于0.5%。由此判断，主电容C1内部有可能发生电容屏击穿，从而导致电容量升高。根据一次电压Uc2=U×C1/(C1+C2),一次电压增大，即是造成现场二次电压升高的原因。通过现场对互感器器解体检查发现：（1）电容屏有1/3暴露在空气中，导致主电容屏内部绝缘性能下降，造成了多片电容屏发热且已经变形；（2）电磁单元和电容器之间连接的密封圈变形严重，导致电容器的绝缘油渗进去电磁单元，电容屏油位下降，电磁单元油位上升。应及时更换故障电压互感器，并通过试验合格后投入使用。
六、结论
对电容式电压互感器的常见故障进行分析探究，提出了有效的防范措施，对及时发现电容式电压互感器的各类缺陷提供一定的参考，并加强对电压互感器的巡视维护工作，以及时发现异常。
参考文献：
[1]高电压试验技术[M].北京：清华大学出版社，2003.
[2]凌子恕.高压互感器技术手册[M].北京：中国电力出版社，2005.
论文作者:刘岳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
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