(广东电网公司茂名电白供电局)
摘要：目前，110kV变电站已广泛应用电容式电压互感器（CVT），但因该型互感器体积较小，绝缘距离较短，加上制造装配工艺问题，所以容易发生故障，本文结合110kV变电站CVT对故障原因与措施进行了分析。
关键词：110kV变电站；电压互感器；故障；措施
电压互感器是将电网高电压信息传递到二次侧低电压（标准值为100V或100/V），用于计量、量测仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器。按照电压变换原理，电压互感器分为电磁式电压互感器（VT）和电容式电压互感器（CVT）。由于CVT结构简单、耐绝缘冲击强度高、有效避免铁磁谐振并可兼作电力线载波电容，所以在110kV及以上电压等级变电站中大量使用[1]。但由于结构、制造、安装等方面的缺陷，以及长期运行后内部受潮、老化、绝缘劣化等，CVT就会出现故障，因此本文结合110kV变电站电压互感器对故障进行了分析，并探讨了相应的措施。
1电容式电压互感器原理与故障类型
1.1工作原理
如图1所示，CVT由电容分压器（由高压电容C1和中压电容C2组成）、中压变压器（T）、补偿电抗器（Lk）、阻尼器（RD）等组成，其中T、Lk、RD合称为电磁单元。u、n、du、dn分别为二次绕组端子、剩余电压绕组端子。N、E接载波装置。补偿电抗器用于补偿电容分压器产生的很大内阻抗，阻尼器用于消除一次侧突然合闸或二次侧发生短路又突然消除引起的电流冲击及谐振过电压，通过消耗谐振能量，抑制电感自身铁磁谐振。根据电容分压器与电磁单元的组装方式，分为叠装式结构和分装式结构两大类。目前多采用叠装式结构，中压端子一般不引出，并且电容分压器与电磁单元组装成一体结构，现场无法拆分。阻尼器有电阻型、谐振型、速饱和型，电阻型阻尼器为早期产品，因功率消耗大，且影响测量准确度及二次输入容量，目前已淘汰，现在主要采用谐振型和速饱和型阻尼器。
1.2故障类型
根据故障发生的部位，CVT故障分为一次设备故障和二次回路故障[2]。当CVT一次设备发生故障时，会引起保护装置误判和误动。CVT二次回路运行方式必须与一次运行方式保持一致，例如一次分裂运行，二次就不允许并列，否则会造成事故。如果CVT二次回路断线，会影响保护、自动装置、计量系统的可靠性。
按照故障现象分类，CVT典型故障原因如下：（1）三相电压不平衡，开口三角电压较高，同时有设备异响和发热现象，这一般是阻尼回路不良引起的自身谐振现象，这种情况应马上停止运行。（2）二次输出为零，故障原因可能是中压回路开路或者短路，例如电容单元内部连接断开或二次接线短路。（3）二次输出电压偏高，故障原因可能是高压电容C1有元件损坏或中压电容C2端未接地。（4）二次输出电压偏低，故障原因可能是中压电容C2有元件损坏、二次过负荷、连接接触不良、电磁单元故障中的一种或数种。（5）二次输出电压波动，故障原因可能是二次回路连接松动、分压器低压端子未接地、未接载波回路中的一种或数种。如果阻尼器为速饱和电抗型，故障原因可能是参数配合不当。
1.3故障检测
CVT故障检测主要通过以下两个途径实现：（1）日常巡检设备，发现异常，如仪表指示异常、外观缺陷、漏油、放电、异响、异味、过热、未可靠接地等。目前，已采用红外热像仪观测温度，《带电设备红外诊断应用规范》（DL/T664-2016）附录I给出了电压互感器红外诊断判据，温差2～3K即为故障。（2）定期进行预防性试验，发现指标劣化或超标，即需处理。例如绝缘电阻下降、介损超标、绝缘油质变差、溶解气体色谱不良、局放超标等。
2110kV变电站电压互感器故障案例分析
2.1发热故障
2.1.1缺陷发现
某年冬季对110kV变电站进行例行检查时，发现CVT红外热像温度异常。异常部位温度达18.5℃，而下面部位只有15.8℃，异常部位温升了2.7K，如图2（a）所示。由于达到了DL/T664-2016附录I规定的缺陷判据规定，应按严重及以上缺陷处理程序进行管理，所以安排了计划消缺。
注：测量C1的试验电压为10kV，测量C2的试验电压为3kV。
2.1.3解体检查
解体检查第一步，将电容组件与电磁单元分离，结果发现电容分压器底部有气体进入的声响，约持续2min。邮箱中充满了油，并有溢出现象，如图3（a）所示。再观察电容分压器底部，发现底部螺栓未上紧，密封面倾斜，有油从螺栓头上滴下来，如图3（b）所示。拆开电容组件顶部法兰后，可以发现油面较低，距顶部约60cm，距电容元件顶部约20cm，可见电容分压器油量明显不足，如图3（c）所示。测量各个电容元件的电容量与介质损耗因数tanδ。上部5个电容元件电容量为0.656～0.692μF，而电容元件的理论电容量为0.731μF，已经超出了规程规定的电容量变化量不超过2%要求。上部5个电容元件介质损耗因数tanδ为0.647%，底部5个电容元件介质损耗因数tanδ为0.106%，说明上部电容元件介质损耗偏大，并超出了标准值0.25%的范围。故障电容元件位置与红外热像图谱异常部位完全一致，揭示了故障特征与内在缺陷的密切关系。
2.1.4故障原因分析
通过对CVT检测对比与解体检查，可以推断本次CVT过热故障与电容分压器装配质量问题、运行中振动有关，它引起螺栓松动、密封面倾斜、漏油，以致电容元件因缺油而使介质损耗增大，并产生发热。需要指出的是绝缘油漏向了电磁单元，没有外泄出来，如果不是红外热像发觉异常，难以很快确定故障并得到及时处理。可见，红外测温诊断技术具有准确、实时、快速的特点，有条件的单位应开展在线监测工作，这比定期检查能够更快地发现故障隐患[3]。
2.2二次失压
2.2.1缺陷发现
某110kV变电站投运1～2年，运行人员报告一组CVT的C相无电压输出。检修人员到场迅速断开其二次快分空气开关，检测发现C相CVT的两个二次绕组电压输出均为零，但是高压部分没有发现异常。鉴于CVT二次回路无压对保护与计量回路暂时没有严重影响，只需加强监测，未作及时处理。
2.2.2测试分析
利用检修时间对该组CVT进行了细致测试。拆开全部二次线后，测试二次线圈的直流电阻和绝缘电阻，分析C相与A、B两相没有明显差别，表明二次线圈不存在开路或接地短路现象。接着对CVT变比进行了测试，实际变比13000与标准变比1100的确相差较大，但可能存在仪器量程、适用性等原因，暂不做分析。测试分压电容C2的电容量、绝缘电阻、介质损耗，表明绝缘良好，亦无击穿现象。最后采用自激法对二次绕组加压，结果高压无信号，表明一、二次回路之间没有建立电磁关系，所以上述所测变比其实不可靠，可以判断该组CVT的C相的电磁单元一次烧毁。鉴于该组CVT的C相的电磁单元故障严重，应予更换。
2.2.3故障原因分析
在二次侧加压，CVT高压部分应能测出电压。测不出电压说明分压电容C2或中压变压器短接了，以致电压无法反向传递。在CVT高压处加压测试电容量和介质损耗，结果故障相电容量比非故障相电容量大，但介质损耗角正常，说明二次电压无输出与C2电容量变化及断线没有关系，应是由中压变压器一次接地引起。
3结语
110kV变电站采用电容式电压互感器较多，但该型互感器故障率较高，所以应加强巡视检查和定期试验，尤其是红外热像仪的应用可以快速发现发热故障，应成为例行检查的重要手段。总之，加强电压互感器故障的甄别和分析有助于保障变电站和电力系统的稳定运行。
参考文献：
[1]姜炯挺，刘鹏，夏巧群，等.对一起电容式电压互感器过热故障的综合诊断[J].供用电，2012,29(6)：63-66.
[2]苏凤飞，高鹏，周浩.几种电压互感器典型故障类型分析[J].陕西电力，2014,42(1)：65-68.
[3]陈坤汉，张伟平，黎润洪.110kV电容式电压互感器油箱发热缺陷分析[J].高压电器，2015,51(2)：152-156.