110kV电容式电压互感器异常分析

110kV电容式电压互感器异常分析

李宗杰1朱宏林2

（1.国网冀北电力有限公司廊坊供电公司河北廊坊065000；2.国网北京市电力公司检修分公司北京100069）

摘要：电容式电压互感器是在电容套管电压抽取装置的基础上研制而成的，一般用于110kV及以上系统。与电磁式相比除具有互感器的作用外，其分压电容兼作耦合电容器，同时具有冲击绝缘强度高、制造简单、体积小、重量轻、经济性显著等优点。文章简要介绍了电容式电压互感器的基本原理及内部结构，并对其在实际工作中发现的一起110kV电压互感器故障进行了分析与判断。

关键词：110kV；电容式电压互感器；异常

1电压互感器的作用

电压互感器是发电厂、变电站等输、配、供电系统不可缺少的一种电器。电压互感器和变压器作用相似，都是用来变换线路上的电压，而电压互感器变换电压的目的不像变压器变换电压的目的是为了输送电能，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和负荷，或者用来在线路发生故障时保护线路中的电气设备，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几至几十伏安，最大也不超过1kVA。在线路上接入电压互感器变换电压，那么就可以把线路上的高压电压，按相应的比例，统一变换为一种或几种低压电压，例如通用的电压为100V的仪表，就可以通过电压互感器，测量和监视线路上的电压。

2电容式电压互感器工作原理

电容式电压互感器从中间变压器高压端处把分压电容分成两部分，一般称下部电容器的电容为C2，上部的电容器串联后的电容为C1，则外加电压为U1时，电容C2上分得的电压U2为：U2=(C1/C1+C2)U1调整C1和C2的大小，即可得到不同的分压比。为保证C2上的电压不随负载电流而改变，串入一适当的电感，即电抗器。当把电抗器的电抗调整为：ωL=1/ω（C1+C2）时，即电源的内阻抗为零，并经过中间变压器降压后再接表计，二次侧的负载电流经过中间变压器变换就可以大大减少，电容式分压器的输出容量将不受测量精度的限制。

3电容式电压互感器和电磁式电压互感器的区别

3.1电磁感应式电压互感器

基本结构也是铁心和原、副边绕组。工作原理与变压器相同，容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。由于本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。因此，电压互感器的原边通常接有熔断器，副边则有一点可靠接地，避免当绕组绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。正常运行时，电力系统的三相电压对称，副边第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使保护动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。所以，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心或采用三台单相电压互感器。电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。

3.2电容分压式电压互感器

在电容分压的原理上制造。电容C1和C2串联，U1为原边电压，为C2上的电压。在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振过电压。电抗可补偿电容器的内阻抗，电容式电压互感器用英文字母简称为CVT。CVT多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以降低造价、简化系统。

4故障情况

2016年6月23日，试验人员在进行某220kV变电站110kV某线路A相线路CVT预防性试验时，发现CVT实测电容值异常。C2实测电容量59860pF，较额定值增加19.94%，超过规程要求

4.1异常发现的经过

4.1.1设备结构

该110kV线路CVT型号为TYD2–110/–0.01H，投运日期为2005年6月21日。电容分压器由电容器C1和分压电容器C2组成，二次绕组端子a、n和da、dn，变比为(110/31/2kV)/(100V/31/2V)，铭牌电容量10000pF，实测电容量为10200pF。

4.1.2现场试验

发现异常后，为了排除试验方法对测试结果的影响，试验人员拆除了CVT一次侧高压引线，采用自激法测量C1、C2介损及电容量，测试结果如表1所示。同时进行变比测试，变比偏差15%。变比及C2电容量均超出规程要求。初步判断分压电容器C2存在故障，须取油样进行试验。

4.2解体试验

对该台设备进行了解体。中间变压器油箱油无明显变色，电容器油箱油颜色较中间变压器油箱颜色深，未见杂物，这与油色谱分析结果相符。电容部分吊芯后，电容器部件外观未见明显异常，密封胶圈及周围无明显水渍。从载波电容结构可以看到，载波电容C由若干个电容元件串联组成，测量C2每个电容元件的电容量。

C2由23个电容元件串联而成，正常情况下平均每个电容元件的电容量在49910pF×23=1148nF左右，从表4可以看出，编号为5、17、21的电容元件的电容量明显偏大。将编号5、17、21三个电容元件拆下，展开铝箔后，可以清晰看到这三个电容元件，均存在不同程度的击穿。经过上述试验和解体检查，确认本次异常的原因是：编号5、17、21三个电容元件内部绝缘击穿。

5原因分析

分压电容C2出现异常的为编号5、17、21的3个电容元件，其在电容芯体中的排列位置分散，且电容量增量最大的编号5电容元件的位置距离电容器单元底部较远，结合气体微水检测结果及解体时密封胶圈及周围无明显水渍等情况分析，可以排除电容器单元进水受潮。电容单元展开后可以近似认为是一个平板电容，根据C=εA/d可知，每个电容单元的电容量C0=(ε1A1+ε2A2)/d，其中ε1、A1分别为薄膜击穿部分的相对介电常数和面积，ε2、A2分别为其余绝缘正常部分（薄膜）的相对介电常数和面积，假定电容元件的极间距离不变。从电容单元的构造分析，薄膜击穿后，生成铝箔与薄膜的化合物，相对介电常数介于薄膜和铝箔之间，因铝箔的相对介电常数（ε铝=81）远大于薄膜（ε聚丙烯=2.3），从原理图可以看出，薄膜击穿部分的相对介电常数增大（即ε1>ε2），导致电容单元C0的电容量增大（电容量偏差最大的编号5电容单元可能完全击穿且两极相连），进而使得整个分压电容C2增大。

6对策与建议

根据此次异常的教训，应加强设备的交接验收试验，建议选用质量优、信誉好、运行稳定的产品等。加强CVT二次电压监测，如发现电压异常时，应及时排查处理。红外测温是简单易行的带电测试手段，可及早发现设备的早期缺陷。加强试验人员的技术培训工作，对数据的异常，通过调整试验方法，测试多个试验参数等方式进行分析，减少错判、漏判。油色谱检测，能及时发现其内部潜伏性的过热、放电等故障，因此，定期或对有疑问的油浸式CVT进行油色谱试验，可以及早发现其内部隐患，防患于未然。

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