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前言

電壓互感器是電網(wǎng)中的重要組成部分，電壓互感器運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著冶金企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行以及保護(hù)控制的準(zhǔn)確性。從本質(zhì)上講，電壓互感器就是變壓器，主要用于母線及線路電壓變換工作。電壓互感器的類型較多，其中使用較為普遍、使用范圍較廣的就是電容式電壓互感器，此種互感器具有好的絕緣性和耐壓性能，同時(shí)生產(chǎn)成本相對(duì)較低，可以實(shí)施高頻通信，所以在高壓電網(wǎng)中得到了大量應(yīng)用。但是受到設(shè)計(jì)能力、生產(chǎn)工藝、材料質(zhì)量等方面的影響，其中二次電壓異常成為電壓互感器運(yùn)行過(guò)程中最為常見(jiàn)的故障之一。造成電壓異常的情況有多種，并且分析較困難，本文主要以某電壓互感器為例分析二次電壓異常情況，并提出相應(yīng)處理策略。

1 電容式電壓互感器工作原理分析

一般情況下，電容式電壓互感器主要包括“電容分壓器”以及“電磁單元”兩部分，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。電容分壓器由若干電容單元串聯(lián)組成，電容單元的數(shù)量與電壓等級(jí)、電容單元的允許電壓值有關(guān)。具體的工作原理電路如圖1所示。

圖1 電容式電壓互感器原理電路圖

其中C1 表示高壓電容；C2 表示中壓電容；T 表示中間變壓器；BL 表示氧化鋅避雷器；LK 表示補(bǔ)償電抗器。1a 和1n 表示1 號(hào)主二次繞組引出端；2a 和2n 表示2 號(hào)主二次繞組引出端；da和dn 表示剩余電壓繞組引出端。

在實(shí)際工作過(guò)程中，由C1 和C2 形成的電容分壓器，將一次電壓轉(zhuǎn)換成為中間電壓，然后利用電磁單元繼續(xù)將一次電壓轉(zhuǎn)換成為二次電壓。通過(guò)補(bǔ)償電抗器形成等效的阻抗補(bǔ)償對(duì)電容器進(jìn)行分壓，這樣就能夠減小對(duì)回路壓降的影響，大大降低對(duì)二次電壓的影響。在補(bǔ)償電抗器兩側(cè)并聯(lián)氧化鋅避雷器，可以起到有效限制過(guò)電壓的作用，同時(shí)對(duì)鐵磁諧振產(chǎn)生阻尼。二次出線端子和載波端子利用油箱側(cè)壁的二次接線盒引出，一定要確保不接載波的情況下電容分壓器低壓端子和電磁裝置低壓端子的連接可靠性，避免高壓進(jìn)入到接線盒而破壞二次設(shè)備，影響到人身安全。另外，電壓互感器在運(yùn)行過(guò)程中接載波端子要直接接地，確保連接的可靠性。

以電磁感應(yīng)原理為依據(jù)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可以將電容式電壓互感器等效成為圖2所示回路。

圖2 電容式電壓互感器等值回路

其中Xc 表示等值電容阻抗；XT1以及XT2表示中間變壓器一二次繞組漏抗；XK表示補(bǔ)償電抗器的電抗；Zm表示中間變壓器勵(lì)磁阻抗。由于避雷器在整個(gè)電路中相當(dāng)于一個(gè)大電阻，在回路中可以進(jìn)行忽略處理。分壓電容器正常工作時(shí)，互感器的電磁單元和二次電壓等原件都會(huì)產(chǎn)生相關(guān)性，一旦補(bǔ)償電抗器或者兩側(cè)繞組發(fā)生故障都會(huì)造成二次電壓降低。

2 故障基本情況概述

2017 年9 月1 日變電站發(fā)出了10 kV 母線PT 斷線警報(bào)，相應(yīng)工作人員對(duì)于出線保護(hù)的電壓檢查得知，某電容式電壓互感器的A相二次電壓要比BC兩相略低，同時(shí)開口三角電壓相對(duì)較高；不同于該電壓互感器，同一母線其他電容式電壓互感器二次電壓都處于平衡狀態(tài)且開口三角電壓相對(duì)較低。

通過(guò)仔細(xì)的外部檢查可知，電壓互感器的外表并沒(méi)有出現(xiàn)破損，具有較好的接地，并沒(méi)有出現(xiàn)閃絡(luò)或者其他異常問(wèn)題，可以判定發(fā)生二次電壓異常的電壓互感器A 相內(nèi)部發(fā)生了問(wèn)題，應(yīng)立即將系統(tǒng)停電進(jìn)行項(xiàng)目檢查。

3 異常情況的常規(guī)檢查和實(shí)驗(yàn)分析

這臺(tái)電容互感器的電容分壓器是由三個(gè)獨(dú)立的電容器組成，其中高壓電容C1 由上節(jié)、中節(jié)和下節(jié)的一部分共同作用組成，中壓電容C2由下節(jié)其他部分組成，同時(shí)電磁單元一次繞組和抽頭相連接，并且密封到電磁單元?dú)んw內(nèi)部，很難對(duì)中壓電容進(jìn)行檢查。為了明確異常情況的原因，先要對(duì)相對(duì)獨(dú)立的電容進(jìn)行檢查，對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量反復(fù)進(jìn)行測(cè)量并記錄相應(yīng)結(jié)果數(shù)據(jù)，具體如表1所示。

表1 介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量測(cè)試結(jié)果

從表1 中可知，不同位置電容量以及初值誤差都在限定值（±2%）之內(nèi)，并且介質(zhì)損耗因數(shù)也在限定值（0.5%）之內(nèi)，這就說(shuō)明各節(jié)電容都處于正常運(yùn)行狀態(tài)，這樣就可判定并非電容分壓器的故障，需要對(duì)電磁單元進(jìn)行詳細(xì)的檢查。變壓器的一次繞組、補(bǔ)償電抗器和避雷器這些電磁單元器件都安裝在一個(gè)密封的殼體中，所有測(cè)量數(shù)據(jù)首選選取二次繞組的絕緣以及直流電阻，將具體的測(cè)量數(shù)值記錄下來(lái)匯總?cè)绫?所示。

從表2 中可知，不同二次繞組絕緣電阻要遠(yuǎn)大于限定值（10 MΩ），但是直流電阻并沒(méi)有發(fā)生較大的改變，這樣就能夠判定并非二次繞組故障，所以要對(duì)電壓互感器異常情況進(jìn)行深入分析，需要對(duì)一次繞組和其他相關(guān)元件進(jìn)行檢查。

4 異常情況的深入檢查分析

（1）為了進(jìn)一步分析異常情況的原因，需要將下節(jié)電容器以及電磁單元進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)電磁單元?dú)んw內(nèi)部絕緣油處于正常狀態(tài)，并沒(méi)有存在雜質(zhì)，同時(shí)中壓電容接線以及電磁單元并沒(méi)有異常情況。

（2）互感器打開后，在接地端對(duì)一次繞組、補(bǔ)償電抗對(duì)地絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)電阻值僅為0.08 MΩ，說(shuō)明絕緣層出現(xiàn)了明顯的問(wèn)題。將一次繞組和避雷器拆開對(duì)內(nèi)部電阻進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)一次繞組、補(bǔ)償電抗對(duì)地絕緣電阻值達(dá)1000 MΩ。

由此可以判定，電壓互感器的異常情況主要由避雷器引起。在拆分避雷器的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)閥片已經(jīng)發(fā)生了非常嚴(yán)重的潮銹和劣化現(xiàn)象，同時(shí)閥片還有明顯的放電跡象，在瓷套的內(nèi)部也出現(xiàn)各種燒傷的痕跡，閥片絕緣層電阻測(cè)量值僅為0.08 MΩ，通過(guò)一系列分析可以準(zhǔn)確判定，閥片劣化后造成避雷器的整體絕緣性能下降。

避雷器絕緣性能的下降就相當(dāng)于將補(bǔ)償電抗器進(jìn)行了短接接地，增大回路中等值電容（C1+C2）的影響，會(huì)提升等值電容阻抗XC所承受的電壓降，從而造成中間電壓的下降以及中間變壓器二次電壓的降低。所以發(fā)生異常情況的電壓互感器故障得以明確，需要對(duì)電磁單元進(jìn)行替換。

故障處理：安裝全新電磁單元進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，確保試驗(yàn)合格之后才可以投入運(yùn)營(yíng)，之后測(cè)量二次電壓得到三相平衡并且相位準(zhǔn)確，整個(gè)設(shè)備可以正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于冶金企業(yè)變電系統(tǒng)而言，電容式電壓互感器是非常重要的組成部分，具有非常廣泛的應(yīng)用。但是此種互感器的分壓電容部分相對(duì)脆弱，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后容易被擊穿。另外，電壓互感器的電磁單元相關(guān)元件都處在絕緣油密封的封閉空間，對(duì)于散熱是非常不利，所以不但要確保其電氣和絕緣性能的正常有效，同時(shí)也要保證不同元器件溫升性能符合電磁單元?dú)んw內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件，以最大程度預(yù)防發(fā)生故障，確保整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。