羅磊

（上海新能凱博實(shí)業(yè)有限公司 上海 201416）

目前，電容式電壓互感器得到大量應(yīng)用，也在不同領(lǐng)域中發(fā)揮出重要價(jià)值。但由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，目前，該類型設(shè)備的運(yùn)行也常會(huì)出現(xiàn)一些特殊問(wèn)題，為此，本文針對(duì)35kV 電容式電壓互感器的運(yùn)行故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要研究。

1 電容式電壓互感器設(shè)備

電容式電壓互感器設(shè)備的原理為：運(yùn)用串聯(lián)形式的電容器實(shí)現(xiàn)分壓，再使用電磁式互感器來(lái)隔離并有效實(shí)現(xiàn)降壓。目前，該類型設(shè)備主要用在繼電保護(hù)領(lǐng)域、功率與電壓值測(cè)量領(lǐng)域、自動(dòng)控制領(lǐng)域及電能的計(jì)量領(lǐng)域等。與一般的電磁式電壓互感器設(shè)備相比，電容式電壓互感器的優(yōu)點(diǎn)在于絕緣可靠性更高、成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、可進(jìn)行電網(wǎng)的諧波監(jiān)測(cè)及具有更高的安全水平。由于設(shè)備使用的阻尼器不同，電容式電壓互感器也被劃分為兩種：一種是速飽和型，另一種則是諧振型。在當(dāng)前的電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行中，比較常見的異常表現(xiàn)包括二次電壓較低、二次電壓較高、二次電壓存在異常波動(dòng)、投入運(yùn)行時(shí)存在噪音及電磁單元油位頗高。

2 35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行情況與故障原因分析

2.1 案例概況

某輸電企業(yè)共管轄了5個(gè)變電站，目前，各變電站運(yùn)行的35kV 電容式電壓互感器設(shè)備共有8 臺(tái)，其中，有兩臺(tái)設(shè)備為速飽和型電容式電壓互感器，剩余6 臺(tái)均為諧振型電容式電壓互感器設(shè)備。這些設(shè)備從2010年3月開始投入使用，到目前為止，兩臺(tái)速飽和型電容式電壓互感器均未發(fā)生故障問(wèn)題，而諧振型電容式電壓互感器共發(fā)生過(guò)5 次故障，大部分故障都是由于電磁單元電容器被擊穿發(fā)生損壞而導(dǎo)致的。為了進(jìn)一步解決并預(yù)防35kV 電容式電壓互感器設(shè)備的故障問(wèn)題，本文對(duì)其設(shè)備故障的內(nèi)因及相應(yīng)防止措施進(jìn)行了分析。

2.2 相關(guān)故障統(tǒng)計(jì)分析

截止到目前，該輸電企業(yè)變電站35kV電容式電壓互感器設(shè)備共發(fā)生過(guò)5次故障問(wèn)題，具體情況如下。

（1）第一次故障發(fā)生于2011年的6月份。故障的互感器設(shè)備為崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，其故障情況為C 相二次電壓值超過(guò)了A 相與B相的電壓值，同時(shí)，C相的電磁單元溫度值也出現(xiàn)偏高，相較于A相和B相高出2～3℃。

（2）第二次故障發(fā)生于2013年的3月份。故障的互感器設(shè)備仍為崇左變電站C2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，具體故障情況為C 相二次電壓值小于A相與B相的電壓值，同時(shí)，C相的電磁單元溫度值也開始下降，與A相和B相相比要略低2～3℃。

（3）第三次故障發(fā)生于2017年的6月份。故障的互感器設(shè)備為永安變電站A2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為B 相二次電壓值小于A 相與C相的電壓值，B 相的電磁單元溫度值較小，與A 相和B相相比低2～3℃。

（4）第四次故障發(fā)生于2018年的7月份。故障的互感器設(shè)備為崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為C 相二次電壓值大于A 相與B相的電壓值，同時(shí)，C 相的電磁單元溫度值與A 相和B相相比也要偏高1～1.5℃。

（5）第五次故障發(fā)生于2018年的6月份。故障的互感器設(shè)備為永安變電站A2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為A 相二次電壓值大于B 相與C相的電壓值，A 相的電磁單元溫度值較大，與A 相和B相相比高出2～3℃。。

2.3 故障的原因分析

結(jié)合上述所分析的35kV 電容式電壓互感器故障情況統(tǒng)計(jì)，從中選擇一項(xiàng)故障情況進(jìn)行原因分析。本次選擇第四次設(shè)備故障情況開展研究，即2018年7月發(fā)生的崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器故障問(wèn)題，就該情況而言，存在明顯的二次電壓不平衡問(wèn)題，同時(shí)，其C相部分電磁單元由于故障而出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

2.3.1 故障情況

本次故障發(fā)生后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的紅外測(cè)溫設(shè)備檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器中，C相部分電磁單元溫度略為上升，超過(guò)A、B兩相溫度。其中，A、B 相電磁單元溫度值中，最高溫度為32.8℃，最低溫度為23.5℃，平均溫度值為29.5℃；而C相部分電磁單元溫度最高值為34.3℃，最低值為23.9℃，平均值為31.3℃。設(shè)備也檢測(cè)到其C相的二次繞阻電壓值高，這種異常情況導(dǎo)致該項(xiàng)電壓互感器運(yùn)行不穩(wěn)。

2.3.2 外觀檢查分析

相關(guān)檢修人員前往電容式電壓互感器運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)開展檢查工作，先進(jìn)行外觀檢查，技術(shù)人員對(duì)該變電站C1B主變35kV側(cè)電容式電壓互感器的C相進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其并未存在一、二次引線連接不佳狀況，表面也保持著清潔狀態(tài)，油箱外部及絕緣層也不存在滲油情況、閃絡(luò)情況或其他不良情況，整體未發(fā)現(xiàn)外觀的明顯異常。

2.3.3 相關(guān)試驗(yàn)分析

35kV 電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)主要可分為兩個(gè)部分：其一是電容分壓器部分，包含了高壓分器裝置及中壓分器裝置；其二則是電磁單元部分，包含了補(bǔ)償電抗器裝置、中間變壓器裝置及阻尼器裝置。35kV電容式電壓互感器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)二次電壓值上升的異常問(wèn)題時(shí)，可能存在的原因包括以下幾點(diǎn)：一是電容單元發(fā)生損壞，一般是指高壓分器裝置與中壓分器裝置出現(xiàn)異常，進(jìn)而改變內(nèi)部分壓比值，電壓互感器的二次電壓就會(huì)出現(xiàn)異常變化；二是電磁單元發(fā)生損壞，通常是諧振阻尼器的回路電壓比發(fā)生改變，進(jìn)而出現(xiàn)電壓互感器二次電壓值上升情況；三是電容分壓器二次接線端接地，致使懸浮電壓產(chǎn)生，增加了原本的二次電壓，使電壓值上升；四是中間變壓器發(fā)生故障，導(dǎo)致一次線圈以及二次線圈都產(chǎn)生變化，最終導(dǎo)致出現(xiàn)電壓異常問(wèn)題。

針對(duì)上述可能存在的原因進(jìn)行一一排查，進(jìn)一步確定故障原因。

首先，排查電容單元是否存在故障。先是測(cè)試電容分壓器裝置的電容量及介損，其具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如下：A 相高壓分器電容量測(cè)試值為39.98μF，介損為0.055%，電容的原出廠值為40.23μF；A 相中壓分器電容量測(cè)試值為39.79μF，介損為0.020%，電容的原出廠值為39.90μF；B相高壓分器電容量測(cè)試值為39.99μF，介損為0.063%，電容的原出廠值為40.19μF；B 相中壓分器電容量測(cè)試值為40.03μF，介損為0.026%，電容的原出廠值為40.10μF；C 相高壓分器電容量測(cè)試值為40.42μF，介損為0.050%，電容的原出廠值為40.90μF；C 相中壓分器電容量測(cè)試值為40.53μF，介損為0.051%，電容的原出廠值為40.50μF。將兩項(xiàng)電容分壓器測(cè)得的實(shí)際電容量值與出廠值進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)其介損偏差均小于2%（偏差超過(guò)2%范圍才認(rèn)定為異常故障），因此，將電容單元故障這一原因排除。

其次，排查電磁單元是否存在故障。電磁單元的故障情況可能存在部件老化發(fā)生絕緣失效原因，為了探析是否為該項(xiàng)原因，可針對(duì)各二次繞組開展絕緣測(cè)試試驗(yàn)。先是測(cè)試一次繞組對(duì)二次繞組及外殼產(chǎn)生的絕緣電阻值，運(yùn)用規(guī)格為2500V的搖表裝置開展測(cè)量，同樣，運(yùn)用該搖表裝置測(cè)量二次繞組之間及二次繞組對(duì)一次繞組產(chǎn)生的絕緣電阻值，最后測(cè)試外殼之間的絕緣電阻值。通過(guò)搖表的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其絕緣電阻值都超過(guò)了5000MΩ，這也表明二次繞組的絕緣性能較好，電磁單元的各裝置外殼絕緣性也達(dá)標(biāo)，可排除老化而致使絕緣失效的故障原因。隨后，進(jìn)行諧振阻尼的回路電流及電容式電壓互感器電壓值變比的試驗(yàn)，一般來(lái)說(shuō)，35kV 電容式電壓互感器的諧振型阻尼器額定電壓值都為100V，其額定電流值則為5A，以這項(xiàng)參數(shù)為基礎(chǔ)開展試驗(yàn)。具體方法為：對(duì)故障電壓互感器的三相阻尼器分別開展電壓值為100V的測(cè)試，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)A 相及B 相的電流指接近于5A，基本與額定值保持一致，而C 相阻尼器的測(cè)試電流值達(dá)到了18.5A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了額定電流值，可斷定C 相阻尼器電流異常，再使用萬(wàn)用表調(diào)到電阻檔來(lái)測(cè)試C 相阻尼器的阻尼回路阻抗值，測(cè)得的結(jié)果為5Ω，其額定電阻值也為5Ω，與測(cè)定結(jié)果一致，最后進(jìn)行三相阻尼器的變比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在變比方面A相與B相基本符合額定值，而C 相的變比值卻與額定值有著一定差異，若是將C相阻尼器退出后再進(jìn)行一次變比值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)C 相變比值也與額定值相符合，本次變比試驗(yàn)的一次側(cè)加壓值都為9900V。根據(jù)以上試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果，也可以將另外兩種故障原因排除（即電容分壓器的二次接線端接地原因以及中間變壓器發(fā)生損壞故障原因），最終確定該35kV 電容式電壓互感器C 相二次電壓異常及電磁單元溫度上升，主要是由于C 相阻尼電容器發(fā)生擊穿性損壞，致使電壓上升。

2.3.4 解體檢查分析

為了進(jìn)一步明確35kV 電容式電壓互感器的故障原因，將發(fā)生故障的互感器進(jìn)行了返廠解體檢查。先是將互感器油箱打開檢查，并對(duì)阻尼電容器進(jìn)行容量值測(cè)試，再與正常情況下的額定容量進(jìn)行對(duì)比分析，測(cè)試結(jié)果顯示其容量值為0μF，而其額定電容量值為200μF，兩者明顯不相符。再進(jìn)一步解體檢查阻尼電容器裝置，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)內(nèi)存在變壓器進(jìn)油情況，同時(shí)，其阻尼電容的各元件也沒(méi)有被內(nèi)部澆注體完全包圍起來(lái)，未實(shí)現(xiàn)良好保護(hù)作用，其中，只有阻尼電容底部的元件被澆注體包圍，得到了保護(hù)效果。進(jìn)一步分析解體檢查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部變壓器進(jìn)油的原因?yàn)椋鹤枘犭娙萜鞯耐獠繅航硬患鸦蚝缚p存在缺陷，致使整體密封效果較差，導(dǎo)致油箱里的油進(jìn)入到內(nèi)部，再加上部分元件沒(méi)有被澆注體充分保護(hù)，一些元件的金屬膜遇到油之后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，將鋁鋅金屬擠到金屬化膜外側(cè)，從而將阻尼電容器的部分元件擊穿，造成故障問(wèn)題。具體表現(xiàn)為：諧振回路失效，二次電壓值會(huì)略為上升，二次繞組會(huì)因此溫度上升，撫摸油箱時(shí)也會(huì)感覺到過(guò)熱。

2.3.5 深層原因探析

結(jié)合上述分析的故障情況，對(duì)造成本次35kV電容式電壓互感器設(shè)備故障的深層原因進(jìn)行分析，其具體情況如下。一是相關(guān)廠家生產(chǎn)中的技術(shù)存在不足，產(chǎn)品本身性能不佳，致使阻尼電容器被擊穿而發(fā)生互感器故障。二是相關(guān)技術(shù)人員的責(zé)任心不足，未及時(shí)開展紅外測(cè)溫檢測(cè)并排除安全隱患，同時(shí)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)督力也不足。三是沒(méi)有充分協(xié)調(diào)并組織開展變比試驗(yàn)、極性試驗(yàn)及絕緣測(cè)試等，導(dǎo)致故障問(wèn)題加重而影響到設(shè)備正常運(yùn)行。

3 35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行故障的防范措施

通過(guò)分析35kV 電容式電壓互感器設(shè)備實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的故障問(wèn)題，提出幾項(xiàng)針對(duì)性防范措施，進(jìn)一步提高電容式電壓互感器設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，確保其發(fā)揮出應(yīng)用功能，具體防范手段如下。

一是制訂每月進(jìn)行一次電容式電壓互感器紅外測(cè)溫計(jì)劃，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，若發(fā)現(xiàn)相與相之間溫差超過(guò)2℃，就應(yīng)當(dāng)認(rèn)定設(shè)備可能存在異常隱患，這時(shí)，要及時(shí)消除電容式電壓互感器的發(fā)熱因素。

二是制訂周期為半年或是一年的電容式電壓互感器二次側(cè)電壓帶電檢測(cè)計(jì)劃，避免互感器出現(xiàn)三相不平衡問(wèn)題，也可直接安裝在線監(jiān)測(cè)型裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容式電壓互感器的二次側(cè)電壓值，一旦發(fā)現(xiàn)其二次側(cè)電壓的三相不平衡率超過(guò)了1%，應(yīng)當(dāng)立即分析不平衡原因并采取處理手段，避免不平衡加劇產(chǎn)生故障情況。

三是在設(shè)備的預(yù)試定檢工作中，增加一項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，即諧振型阻尼電流值測(cè)試項(xiàng)目，有助于發(fā)現(xiàn)存在的隱患，確保諧振型阻尼回路的各項(xiàng)元件穩(wěn)定運(yùn)行。

四是為了保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定程度更高，可以考慮更換全澆柱結(jié)構(gòu)的諧振電容器，其內(nèi)部的各元件保護(hù)效果更佳以免發(fā)生擊穿情況，也可運(yùn)用速飽和型阻尼器CVT設(shè)備，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

五是要選擇技術(shù)水平更高的生產(chǎn)廠家。盡管電容式電壓互感器使用方面存在許多優(yōu)點(diǎn)，但其自身很容易發(fā)生鐵磁諧振情況，因此，還要在設(shè)計(jì)與加工上進(jìn)一步完善，保證使用材料及工藝都能具有更高標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，對(duì)于日常設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)工作也要落實(shí)到位。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)二次電壓異常情況，從而引發(fā)相應(yīng)的故障問(wèn)題，為了進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，本文針對(duì)某變電所35kV 電容式電壓互感器設(shè)備故障情況開展分析，發(fā)現(xiàn)其故障原因?yàn)樽枘犭娙萜鞅粨舸?，同時(shí)，根據(jù)該項(xiàng)原因，提出了定期進(jìn)行帶電測(cè)試、紅外測(cè)溫及調(diào)整預(yù)試定檢等維護(hù)手段。