電壓互感器是變電站的一種重要電氣設(shè)備，它的主要功能是測量線路電壓、功率和電能，以及起到繼電保護(hù)的作用。電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT）相較于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器，具有制造簡單、價格低、體積小、抗諧振等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。CVT主要由高壓、中壓電容分壓器和電磁單元組成。

電壓互感器發(fā)生故障，可能會引起線路電壓異常告警，危及電網(wǎng)安全運(yùn)行，還可能造成計量精度不夠，引起計量誤差。為此，本文針對某330kV變電站電壓互感器損壞引起線路電壓異常的情況進(jìn)行分析，從現(xiàn)場檢查、試驗檢測、解體分析方面深入分析，確定該CVT因電容極板絕緣老化發(fā)生擊穿造成二次電壓異常，并提出有效的防范措施。

1 事件概況

2020年11月24日20:03，某330kV變電站監(jiān)控顯示“PT回路斷線”異常告警信號。運(yùn)維人員檢查發(fā)現(xiàn)，某330kV線路B相電壓較正常值高10%左右（顯示二次電壓69V，正常應(yīng)為62V），C相電壓略低（顯示二次電壓60V）。保護(hù)人員立即趕赴現(xiàn)場對B相電壓互感器二次端子進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)保護(hù)、計量、開口繞組電壓存在同時增大趨勢，初步分析該電壓互感器可能存在部分電容擊穿情況。

故障設(shè)備基本情況：該電壓互感器為CVT結(jié)構(gòu)，型號為TYD2330/ —0.005H，絕緣類型為膜紙絕緣，1997年12月投運(yùn)，已穩(wěn)定運(yùn)行22年。2020年11月26日，將該330kV線路電壓互感器停電轉(zhuǎn)檢修；29日9:35，檢修人員對該線路電壓互感器進(jìn)行三相更換，經(jīng)試驗、保護(hù)、計量專業(yè)檢驗合格后，于30日12:38順利投運(yùn)。

2 現(xiàn)場檢查

2.1 外觀檢查、紅外測溫

24日監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常后，運(yùn)維人員立即對故障電壓互感器進(jìn)行外觀檢查，油位正常無滲漏，未發(fā)現(xiàn)明顯放電和其他異常跡象。

24日至26日，運(yùn)維人員多次對該電壓互感器開展紅外測溫，A、B、C三相分壓電容器溫度分別為49℃、55℃、52℃，電磁單元溫度分別為33℃、35℃、35℃，未發(fā)現(xiàn)明顯發(fā)熱點，電壓和電流監(jiān)測圖如圖1所示。

圖1 電流和電壓監(jiān)測圖

通過圖1可以看出，二次電壓正常值應(yīng)為62V。但B相二次電壓較正常值高10%左右，C相二次電壓略低。

2.2 油色譜試驗

27日，試驗班對該電壓互感器三相分別取樣，檢測特征氣體含量，油色譜試驗報告見表1。

表1 油色譜試驗報告

從表1中可以看出，該電壓互感器特征氣體總烴體積分?jǐn)?shù)比標(biāo)準(zhǔn)值（100μL/L）高，可能存在絕緣損壞情況，需要進(jìn)一步檢查。

2.3 電氣試驗

28日，試驗班對該電壓互感器進(jìn)行以下試驗項目。

1）絕緣電阻試驗

使用2500V電動搖表對故障電壓互感器電容單元和電磁單元分別進(jìn)行絕緣電阻試驗，絕緣電阻合格。電容單元絕緣電阻試驗報告見表2。電磁單元絕緣電阻試驗報告見表3。

表2 電容單元絕緣電阻試驗報告

表2 電容單元絕緣電阻試驗報告

表3 電磁單元絕緣電阻試驗報告

2）介質(zhì)損耗與電容量試驗

對于電容型電壓互感器，介質(zhì)損耗角（簡稱介損角）最直接地反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)。通過對高壓電容型設(shè)備介損角的準(zhǔn)確測量，可監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，了解絕緣設(shè)備在物理和化學(xué)方面的狀態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備絕緣問題帶來的潛在危險，從而避免危險事故的發(fā)生。

對該電壓互感器電容單元分節(jié)進(jìn)行電容量和介質(zhì)損耗試驗：三相介質(zhì)損耗合格，B相上、中兩節(jié)電容量初值差接近2%，C相下節(jié)電容量初值差較大。介質(zhì)損耗與電容量試驗報告見表4。

從試驗數(shù)據(jù)分析，懷疑該線路B、C相電壓互感器分壓電容單元存在異常，可能是電容屏擊穿引起對應(yīng)分壓電容單元介質(zhì)損耗及電容量變化，造成二次電壓異常。因此，建議對該電壓互感器進(jìn)行三相更換。

表4 介質(zhì)損耗與電容量試驗報告

2.4 解體檢查

由設(shè)備廠家對拆除的B相電壓互感器上、中、下節(jié)電容單元，C相電壓互感器下節(jié)電容單元進(jìn)行解體檢查。電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電壓互感器結(jié)構(gòu)

解體發(fā)現(xiàn)，該故障電壓互感器上、下節(jié)電容單元各由86片電容極板組成，中節(jié)電容單元由于試驗合格未進(jìn)行解體，無法統(tǒng)計具體電容極板片數(shù)（假設(shè)為86片）。

電容分壓器由高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián)組成，其中高壓電容C1由上節(jié)電容86片、中節(jié)電容86片（假設(shè)86片）、下節(jié)電容68片（上部分68片）電容極板串聯(lián)組成，共計240片；中壓電容C2由18片（下節(jié)電容的剩余18片）電容極板串聯(lián)組成，電容極板以聚丙烯薄膜為介質(zhì)與鋁箔卷壓而成。

膜紙絕緣結(jié)構(gòu)是油浸式電壓互感器內(nèi)部絕緣的主要組成部分，直接、有效地診斷出電壓互感器膜紙絕緣狀態(tài)對電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。絕緣材料表面粗糙度作為反映材料表面狀態(tài)的重要參數(shù)，與材料的真空沿面閃絡(luò)特性有著密切的聯(lián)系。

1）B相上節(jié)擊穿

B相上節(jié)發(fā)現(xiàn)1處明顯擊穿點（上節(jié)自上向下數(shù)第34片）如圖3所示，86個電容極板中發(fā)現(xiàn)22個極板電容量異常。

圖3 B相擊穿點

2）C相下節(jié)擊穿

C相下節(jié)發(fā)現(xiàn)兩處明顯擊穿點（從上往下數(shù)C1第28片，C2第9片）如圖4所示，下節(jié)共有86個電容單元，其中上部分68個極板屬于高壓電容C1，下部分18個極板屬于中壓電容C2。解體發(fā)現(xiàn)C1、C2各有一個擊穿電容單元，如圖4所示。

圖4 C相擊穿點

3 結(jié)論?

根據(jù)現(xiàn)場外觀檢查、油化、電氣試驗及解體檢查，可以確認(rèn)故障原因為該電壓互感器電容單元絕緣老化，在運(yùn)行電壓長期作用下，電容單元絕緣性能逐漸下降，導(dǎo)致局部發(fā)生電容層間擊穿，并最終造成線路二次電壓異常。針對故障原因，提出如下防范措施：

1）設(shè)備廠家應(yīng)加強(qiáng)電壓互感器制造過程的管控，特別是改善電容極板的選擇與卷壓、安裝工藝。

2）運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)對電壓互感器的巡視，特別是運(yùn)行超過20年的電壓互感器，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常數(shù)據(jù)時，及時上報。

3）檢修人員應(yīng)關(guān)注該廠同型號、同批次的電壓互感器，根據(jù)檢修、預(yù)試計劃進(jìn)行排查統(tǒng)計，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理，排除安全隱患。

4）對于運(yùn)行超15年的備用空載線路的電壓互感器，建議考慮在斷路器處并聯(lián)合閘電阻，以降低空載合閘過電壓。合閘電阻一般約為幾百歐姆，合閘過程中，先投入合閘電阻，10ms后電阻退出，然后合上斷路器，分閘操作與此相反。這樣可以減少老舊電壓互感器發(fā)生損壞的概率。

本文編自2021年第10期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起330kV電壓互感器損壞引起線路電壓異常分析”，作者為權(quán)蒙、鄒苗 等。