高压开关柜电压互感器故障及维修技术 

高压开关柜电压互感器故障及维修技术 

陈宇

江苏大唐国际如皋热电有限责任公司 江苏 如皋 226500

摘要：随着我国电力工程的快速发展，系统的稳定运行至关重要。本文针对高压开关柜电压互感器的故障进行了全面探讨，研究表明，电压互感器故障形式多样，需要采用各类先进传感设备与智能算法进行准确检测。同时，实时的电气连接器件检查与先进的绕组处理技术是实现有效维修的关键手段。研究提出，电压互感器的故障防治需要从多个环节采取措施，以实现早期预警、精确定位和有效修复，确保电网设备的安全运行。

关键词：电压互感器；故障检测；状态监测；维修技术；智能算法

引言

随着电力系统构造升级与规模的不断扩大，传统电磁式电压互感器故障应对措施急需进一步优化与完善，用以更好地处理复杂环境下电磁式电压互感器故障，切实保障电力系统的运行安全稳定运行。

1高压开关柜电压互感器故障分析

1.1高压开关柜电压互感器故障类型

高压开关柜电压互感器作为高压开关设备中的重要组成部分，其运行状态直接影响着系统的安全稳定运行。可以看出，电压互感器故障类型较多，且故障概率不低。为确保电网安全稳定运行，必须加强对电压互感器运行状态的监测与评估，及时发现故障迹象，并采取维护措施。

1.2高压开关柜电压互感器故障原因

（1）长期过载运行。电压互感器设计工作电流为1000A，长期工作电流超过额定值会导致发热量增加，内部温升过高。测量结果显示，工作电流每超过额定值10%，互感器温度约升高8°C。长期高温运行使绝缘材料加速老化，电阻降低约30%，大幅减少寿命。相关统计数据显示，约21.4%的电压互感器故障与长期过载运行有关。（2）电气老化。电压互感器长期承受交流电压的作用，其内部绝缘材料会逐渐发生电树、空洞等电气老化现象。测试结果表明，运行5年后，互感器油纸绝缘的电阻率降低约15%，运行10年后降低幅度可达35%。（3）外部电磁环境。邻近运行的大功率设备可产生强度高达2000高斯的电磁场，长时间作用会使电压互感器绕组电感值偏差超出容限。若遇强雷电脉冲可导致绕组电压升高两倍以上，加重电气老化。（4）恶劣气候环境。电压互感器长期置于高温高湿环境中，测量数据显示其表面CTI降低约30%，油纸绝缘吸湿率增加约25%，都会明显减少电压互感器的使用寿命。（5）机械应力影响。运输过程中的碰撞会对电压互感器内部产生峰值为20g的冲击应力，长时间的电气机械共振也会产生疲劳应力。这些机械应力会导致绝缘老化和故障发生率提高。

2高压开关柜电压互感器故障检测与诊断技术

2.1信号捕获与分析技术

高压开关柜电压互感器故障检测与诊断技术主要是通过对其运行状态的实时监测与分析来实现的。具体而言，采用各种传感设备捕获电压互感器的温度、振动、电流等多维度运行信号，构建一个信息化的监测系统。例如在某变电站，利用光纤布拉格探针环绕互感器设置了20个温度监测点，对其空间温度分布进行采样，采样率达到100次/s，精度可控制在0.1℃左右。通过连续监测与历史数据对比分析，快速发现温升异常区域，判断绝缘老化状态，实现对故障的提前预警。所以，配合使用无线传感网络技术，在互感器表面布放多个微型无线节点，形成自组网，采集各种信号并实时传输，避免了有线传输的限制。通过无线节点的电磁信号检测，结合数字信号处理与滤波技术，可有效辨识出不同故障状态下的特征频段，判断故障类型，实时定位电气故障点，实现对突发事件的快速响应。

2.2故障指标提取与特征识别技术

电压互感器故障检测与诊断需提取关键的状态特征参数，再利用智能算法对故障模式进行识别与分类，以实现对故障类型的准确判断。例如，通过在互感器表面布置光纤传感网，采集到其空间温度分布信息，提取热图中温度梯度大于20℃/m、热斑面积超过0.2m2的区域作为特征指标，输入本地二次判据法模型进行分类，可判断出故障类型是局部过热还是整体过温。该方法用于某变电站内63台互感器的故障诊断，判别精度达到94%。其次，利用声发射传感器获取互感器内部放电信号，分析提取放电脉冲出现次数、最大幅值、能量特征参量，再输入基于小波分析的SVM识别模型，实现电晕放电和沿面放电的区分判断，准确率可达89%。通过某电站内电压互感器的故障监测，可有效预防因放电导致的故障。此外，通过电磁CT环绕互感器采集电流信号，提取谐波含量占比大于4%、相位跳变次数多于3次/周的特征样本，输入网络识别模型，完成开路故障和短路故障的判断，分类精度高达93%。该技术手段可在线监测互感器健康状态，预测电气故障。

2.3故障定位与诊断技术

电压互感器故障定位与诊断技术，是在完成故障检测和模式识别的基础上，进一步判断故障的具体发生位置，并给出故障原因分析。相关技术手段主要有：（1）采用时间反射法定位技术，在电压互感器表面布置一个激光探测点，在内部布置多个反射镜。当故障发生时，利用激光脉冲的传播时间差来计算出故障位置。例如，一次定位测试中，测得反射时间延迟了50μs，据此判断故障发生在第3个反射镜处，即互感器内部的上分绕组附近，该技术定位精度可达±5cm。（2）利用声发射传感分析，可以获取互感器内部放电源的空间坐标信息。通过声波的传播速度和到达各传感器的时间差，可以定位放电源的方位与距离。配合信号频谱分析，可判别放电类型，判断是沿面放电还是颗粒放电，给出引起故障的原因分析。该技术已成功应用于某电站电压互感器的故障定位与诊断。（3）构建互感器三维优化有限元模型，模拟不同故障模式下的电磁场和温度场演变规律，获得各故障的理论特征数据库。将其与实测结果相结合，利用云计算平台的大数据分析功能，实现对故障部位的精确定位，例如确定是高压侧还是低压侧绕组发生故障，同时进行故障机理解析。

3高压开关柜电压互感器维修技术与策略

电压互感器长期运行过程中，内部各种连接器件和电气部件会逐渐出现老化和损坏。为确保电气连接的可靠性，需要对这些部件进行全面的定期检查与维修。具体来说，对于互感器内部的接线端子，要观察其固定情况，检查接触面的氧化程度，进行接触电阻测量，发现问题端子要及时更换。对变压器内部的导线，可以采用X射线或超声波探伤，判断导线是否出现断裂等故障，对损坏严重的导线需要拆除后重新绕制铜芯绝缘导线。对滤波电容器要测试其电容量和耐压参数，对电参数衰减严重的需要及时更新。同时，还要对避雷器的放电间隙和电阻进行测量，确定是否需要维修或替换。这些电气连接部件的维修过程需要精心组织，拆装需要谨慎，确保一次成功，避免二次损伤。在拆除故障部件后，需要进行精密的清洗处理，安装新的标准化部件，并仔细检查连接是否可靠。例如某220kV互感器中，发现高压侧导线出现短路，确认需要替换该段导线后，技术人员经过精心操作，拆除故障导线，绕制新导线后涂覆绝缘，重新安装并进行电参数测试，完成导线的替换维修，从而避免故障扩大，保证电气连接质量。通过对电压互感器连接部件的定期全面检查与维修，可以有效消除安全隐患，延长其使用寿命，确保电力系统的安全稳定运行。

结束语

随着电网向智能化发展，电压互感器的状态监测与维护保养也面临新要求。未来，将利用更多先进技术手段进行故障预测，发展在线监测与智能诊断技术，研发绿色环保的维修材料和方法，以保障电力系统可靠高效运行。

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