摘要：简述电容式电压互感器的结构原理，通过一起电容式电压互感器的故障，应用绝缘油色谱试验和相关电气试验进行综合分析，准确判断出该电容式电压互感器的故障类型为电弧放电，故障点为电磁单元的中间变压器的匝间绝缘故障，并通过设备解体得到验证最后针对该设备故障提出设备监测预防方法，对同类设备的安全运行有借鉴意义。
关键词：电容式电压互感器；电气试验；色谱分析；诊断故障；监测
1、引言
电容式电压互感器（简称CVT）具有：耐电强度高、绝缘裕度大、运行可靠、有效的阻尼铁磁谐振、优良的顺变响应特性等优点，故广泛应用在高压和超高压电力系统中，用于电压和功率测量、电能计量、继电保护、自动控制等方面，并可兼作耦合电容器用于电力线载波通信系统。电容式电压互感器的正常运行是电网安全的重要组成部分，分析判断电容式电压互感器的故障，提出设备监测预防方法具有重要的意义。
2、电容式电压互感器的结构原理
电容式电压互感器其结构可分为电容分压器和电磁单元两部分，电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，电磁单元由装在密封油箱内的中间变压器，补偿电抗器和阻尼装置组成，油箱顶部的空间充氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。其原理图见图1。
C1——主电容 C2——分压电容 L——电抗器 P1、P2——保护间隙 J——结合滤波器
R——保护电阻 Z——阻尼器 ZYH——中间变压器
图1 CVT原理图
3、电容式电压互感器故障情况
佛山供电局某线路CVT A相在电网正常运行情况下发生故障，该CVT二次侧无电压输出。情况发生后，在运行状态下直接对二次绕组和辅助绕组进行了测量，确认二次电压输出为零，确认该CVT故障，停电将该设备从系统中退运。
4、故障综合分析
为查找故障点和判断故障类型，分别进行了油箱内的绝缘油色谱试验和相关电气试验，同时进行设备解体验证试验结果。
4.1、绝缘油色谱试验情况
在故障CVT刚退运后，进行绝缘油取样并进行色谱试验，在取油样过程中，明显闻到绝缘油具有浓浓的焦炭味，初步怀疑CVT内具有严重的绝缘故障。绝缘油色谱数据如下：
表1 油中溶解气体分析
编码组合为100，对照DL/T 722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》判断CVT的电磁单元内部故障类型为电弧放电。结合CVT结构原理和以往的故障实例，引起电弧放电的原因最可能有线圈匝、层间短路、线圈熔断等。CVT电磁单元的绝缘油无预试规定，没有历史试验数据无法进行CO、CO2的产气率计算，本次色谱试验中，两种气体绝对值很大，联系取油样时的焦炭味，初步分析判断该CVT是内部绝缘问题引起电弧放电。
4.2、CVT电气试验情况
4.2.1、变比测试
该CVT型号为TYD110/ -0.01H，额定变比为635，实测变比为2941，变比不合格，分析故障点可能在电容C1、C2和中间变压器绕组内。
4.2.2、电容及介损测试
在解体后对CVT的电容单元进行电容和介损测试，测试数据如下：
由试验数据可见电容值偏差和介损均满足DL/T 474-2006 《现场绝缘试验实施导则》及南方电网企业标准Q/CSG1206007-2017 《电力设备检修试验规程》的要求，所以判断该CVT的电容单元正常，因而排除了电容C1、C2的故障怀疑，设备故障点应在中间变压器绕组内。
4.2.3、空载电流测试
为了检查中间变压器的绕组是否存在匝间短路、查看其伏安特性是否正常，在CVT的低压侧施加电压，高压侧开路，测量空载电流值，由于怀疑绕组内存在故障，在进行空载试验时，所加的电压从零缓慢增大，在试验中，当低压侧电压加至5V时，电流表测试的空载电流已经高达5A，测试数据如下：
表4 空载电流测试值
该CVT生产厂家出厂试验要求为空载试验时低压侧施加电压100V时空载电流<0.2A，在实测中，空载电流远远超过这一要求。据此分析推断中间变压器绕组存在故障，并且最大可能为匝间短路故障。
4.3、CVT解体验证
在CVT故障试验分析、故障判断完成后，为了进一步查找出确切的故障点、验证分析判断的准确与否，对CVT中间变压器的绕组进行了全面的解体。将其一次绕组及微调绕组拆下，逐层解体检查。
检查发现：一次绕组的第一匝至第三匝外观无异常情况，铜质线圈完好，匝间绝缘良好，见图2；从第四匝开始，一次绕组线圈匝间的绝缘纸逐渐有发黑炭化现象，线圈上电弧放电迹象明显，在一次绕组中部最为严重、绝缘纸完全炭化失效、形成匝间短路，见图3；再向内解体过程中，绝缘纸和线圈的情况逐渐好转，直到微调绕组第二层外时，发黑现象完全消失；微调绕组和绝缘纸外观无异常，见图4。解体情况验证了故障分析中油色谱试验和电气试验的故障原因和故障点判断。
图4 调节绕组正常完好
从油色谱试验、电气试验综合分析和解体检查的结果来看，引起该CVT二次失压的原因是运行中CVT中间变压器的一次绕组中部散热效果相对较差，导致绝缘纸逐渐劣化、绝缘强度降低，一旦系统出现内部过电压和外部过电压，中间变压器电压随之升高，超出匝间所耐受电压而放电，造成匝间电弧放电短路而瞬间失压[1]。电弧放电同时导致绝缘纸炭化、绝缘油劣化。油劣化产生的颗粒物杂质附着在电磁单元内各部件表面，当达到一定量时，引起中间变压器一次绕组对地短路，故发生二次失压现象。
5、监测预防
为及时发现CVT的故障、保证电网的安全运行，可以对CVT进行在线监测以预防故障发生，主要方法有CVT二次电压监测和红外测温两种。CVT电容单元及多数电磁单元存在缺陷时，其二次电压输出会发生变化[2]。电磁单元内部的中间变压器绕组匝间短路、断路、绝缘击穿等缺陷发生时，可以直观地从二次侧输出电压变化反映出来。对潜伏性故障，在故障未扩大的时候，可以通过监测CVT二次电压的变化情况，及时发现故障并及时处理，避免故障扩大引发设备事故。如CVT电磁单元有缺陷时，一般油箱会有较大温升。对CVT进行红外测温监测，是发现CVT缺陷的一种有效的技术措施，是CVT的故障预防的可靠方法，CVT生产厂家建议运行中的CVT温升以不超过设计值10℃为宜。
6、结语
1）当CVT的电磁单元部分发生故障时，绝缘油色谱试验是一种有效的故障分析方法，利用油色谱试验可以准确地诊断出内部电弧放电、绝缘故障等问题，因此油色谱试验可以作为CVT故障分析的一个重要方法。
2）对出现故障的CVT，结合产品的结构和运行状况，有针对地进行电气试验，利用电容量和介损测试可以判断CVT的电容单元部分是否正常，对电磁单元部分的故障可以进行绝缘电阻测试、空载电流测试等进一步分析故障点，故电气试验是CVT故障分析中必不可少且行之有效的。
3）油色谱试验和电气试验综合分析CVT故障既能增加故障诊断的准确性，同时也提高了故障诊断的效率，在设备故障诊断中应加大这两种方法的配合使用力度。
4）积极开展CVT的二次电压监测及红外测温，二次电压监测是CVT运行中状态监测和故障预防中一种简单易行的有效方法。红外测温技术可发现二次电压监测难以发现的缺陷，是电压在线监测装置的重要补充。
参考文献：
[1] 汪武生．电容式电压互感器瞬间失压故障的检测[J]，电力电容器，2003，（2）：43-45．
[2] 何建，余睿，杨漪俊．电容式电压互感器常见故障及监测[J]，电力电容器与无功补偿，2009，30（5）：39-42．
作者简介：
黄青沙（1984-），男，汉族，福建省三明市，工程师，广东电网公司佛山供电局试验研究所，主要从事电力设备化学试验工作。E-mail：huangqingsha@sina.com。
论文作者:黄青沙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/22
标签：绕组论文; 故障论文; 电压互感器论文; 电压论文; 色谱论文; 变压器论文; 单元论文; 《电力设备》2019年第15期论文;