一起35kV电容式电压互感器二次电压异常分析 / 开普饭

昌吉学院、新疆电力公司昌吉供电公司的研究人员陈莉、张瑞明、宋莉莉，在2021年第2期《电气技术》上撰文，首先，介绍电容式电压互感器的结构及其工作原理；然后，根据现场相关设备的状态、红外测温情况以及诊断性试验数据，对一起35kV电容式电压互感器二次测量电压异常进行分析，查找出事故原因，并通过解体进行验证；最后，针对性地提出一些防范措施，为其他电力设备事故分析研究提供参考。

电压互感器主要有电磁式和电容式，目前大多数35kV及以上电压互感器都是电容式的。电容式电压互感器（capacitive voltage transformer, CVT）是一种十分重要的高压输变电设备，是一种电力系统保护信号的取样装置，也是电压测量装置，也可以用作载波通信，主要是由中间变压器单元和电容单元组成。

电容式电压互感器相比于电磁式电压互感器能够有效抑制铁心导致的铁磁谐振，安全性能有很大提高。但电容式电压互感器存在运维不到位、制作工艺差、混入杂质和空穴等问题都会产生严重的后果，如电压测量异常、互感器局部放电。

本文通过对35kV电容式电压互感器进行绝缘试验、直流电阻试验和变比试验等来分析互感器二次电压异常原因，将互感器解体来验证，最后针对该类故障提出了防范措施。

1 电容式电压互感器结构原理

电容式电压互感器的结构原理如图1所示，主要有电容单元和电磁单元。电磁单元包括中间变压器、补偿电抗器、阻尼负荷（主要作用为抑制铁磁谐振）。高压电容C1和中压电容C2构成了电容分压单元，这些电容元件是由膜纸复合介质组成的。

为了在不同的二次负荷下能使一次电压和二次电压之间获得正确的相位和变比，以额定频率为条件，电容分压器的等值电容的容抗值与补偿电抗器的电抗值相等。为防止由于二次侧短路造成的电压升高而击穿电抗器线圈，在补偿电抗器两端接有氧化锌避雷器，整个电磁单元放置于密封油箱内。互感器一次接线端a接在系统一次回路上，二次绕组上并联继电保护、测量等装置。

图1 CVT电气原理接线图

图1中，C1为高压电容，C2为中压电容，T为中间变压器，L为补偿电抗器，P为保护球隙，MOA为氧化锌避雷器，N为分压电容单元尾端，ZD为阻尼器，1a、1n、2a、2n为主二次绕组端子，da、dn为剩余二次绕组端子，dz、dn为阻尼器端子。

2 现场情况

2020年4月，某35kV变电站35kVⅠ母电压互感器A相、C相二次电压异常，A相、C相二次电压分别为6V、10V，远低于B相二次电压的61V。检修试验人员接到通知后，马上到变电站进行异常处理，在停电前拍摄到的实际运行电压互感器红外测温图像如图2—图4所示，由图可知A相、C相电压互感器油箱壳体温度明显高于B相温度，图5为实际运行设备位置。

图2 A相运行状态测温图

图3 C相运行状态测温图

图4 B相运行状态测温图

图5 实际运行设备位置

3 试验检测

工作人员对电压互感器进行相关试验和初步分析。

3.1 测试绝缘电阻

测量二次绕组对地、一次侧N对地和氧化锌避雷器MOA的绝缘电阻值，其值见表1。

表1 绝缘电阻试验

初步分析1：从表1分析，35kV电容式电压互感器二次绕组对地的绝缘电阻都大于5000MΩ，同时一次绕组N点对地绝缘电阻值都大于1000MΩ，即绝缘性能良好。但B相避雷器MOA对地绝缘电阻为100000MΩ，而A相、C相避雷器MOA对地绝缘电阻为0，即A相、C相避雷器被击穿。

3.2 测量分压电容的电容量及介质损耗

用CVT自激法测量分压电容C1、C2的电容量和介质损耗tan1、tan2，其值见表2。

表2 电容量及介质损耗试验结果

初步分析2：从表2数据分析，三相的分压电容值C1、C2良好，与铭牌电容值相比，误差都小于规程[12]所要求的2%。在对A、C两相进行介损测试时，实际测试电压远远低于设置电压，怀疑中间变压器内部出现损坏，如中间变压器高压侧存在匝间短路。

3.3 测量互感器直流电阻和变比

对35kV电容式电压互感器进行中间变压器一次绕组、二次绕组直流电阻测试，试验数据见表3；变比试验，试验数据见表4。

表3 一次绕组、二次绕组直流电阻测试

初步分析3：从表3分析，通过直流电阻测试可以得知故障相A相、C相PT中间变压器一次绕组AX的直流电阻比正常相B相小131.1Ω、185.4Ω，即A相、C相PT中间变压器一次绕组可能存在匝间短路或层间短路；A相、C相PT的bN回路电阻比正常相B相小137.8Ω、203.7Ω，故回路中的NX部分存在故障；二次绕组da-dn、1a-1n、2a-2n三相直流电阻差不大，但A相、C相da-dz、dz-dn直流电阻为无穷大，怀疑阻尼器或消谐线圈被烧断。

表4 变比测试结果

初步分析4：从表4分析，A相、C相PT中间变压器变比误差远大于规程要求值（±0.5%），怀疑中间变压器一次绕组匝间短路、层间短路。

3.4 感应耐压测试

对三相互感器进行感应耐压试验：A相电压升到2V时，其二次测量电流为2.1A，继续升压，升到5V时，二次测量电流为5.1A，试验仪器台过电流保护动作；B相二次绕组1a-1n加压至46.7V，二次测量电流为0.3A，一次绕组感应电压为10215V；C相电压升到4.5V时，二次测量电流为5.1A，试验仪器台过电流保护动作。

初步分析5：A相、C相PT电压都升不上去，怀疑中间变压器一次绕组存在匝间或层间短路。

4 解体分析

对电压互感器进行解体检查，A相、C相PT中间变压器二次绕组da-dn并联的阻尼器被烧损，如图6所示。并联在补偿电抗器L上的氧化锌避雷器MOA被击穿，如图7所示。

图6 阻尼器被烧坏

1）红外图谱发热原因：综合诊断试验数据、解体检查分析可知，A相、C相PT中间变压器二次绕组da-dn并联的阻尼器被烧坏，二次电流变大，即感应到一次绕组的电流增大，一次电流增大，使得一次绕组匝间或层间短路。而长时间的大电流绕组发热，即A相、C相PT外壳明显感觉发烫，设备红外图谱发热。

图7 避雷器被击穿

2）二次电压异常：A相、C相电容式电压互感器的中间变压器的一次回路中避雷器被击穿，导致测量一次绕组N对地的绝缘电阻A相、C相比B相低；A相、C相的介质损耗试验和感应耐压试验中，试验电压都加不到设定电压，且解体后发现中间变压器的一次绕组的匝间绝缘漆已经发黑（正常为透明状），即一次绕组匝间短路，互感器电磁单元一次高压绕组内部故障，导致二次电压异常。

5 结论

电容式电压互感器电磁单元故障是引起互感器红外图谱发热、二次电压异常的原因。针对该起电容式电压互感器二次电压异常提出以下防范措施：

1）做好电压互感器预试工作，定期测量电压互感器的绝缘电阻、绕组直流电阻、电容量C1和C2以及对应的介质损耗，发现电压互感器缺陷后尽快处理。

2）选择产品质量好、信誉好的厂家，从源头上消除电压互感器的质量问题。同时要提高投运后电压互感器的绝缘性能，必须严把验收质量关，提高工艺水平。

3）加强对设备的状态监测，可以利用一些成熟的监测技术，如红外测温、超声波法局放检测等，通过对设备的监测来查找问题，以便及时发现缺陷隐患，避免发生设备事故或盲目停电。

4）调度值班员加强对变电站电压互感器的监控工作，电压互感器二次电压有异常，应及时通知人员到站进行检查，及时对故障点进行隔离，缩小故障范围。

一起35kV电容式电压互感器二次电压异常分析

本文编自2021年第2期《电气技术》，论文标题为“一起35kV电容式电压互感器二次电压异常分析”，作者为陈莉、张瑞明、宋莉莉。

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