电网技术。匝 亘 赵世华，刘赞，叶会生，孙利朋，万勋，黄海波 （国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙４１０００７） 况下，一次绕组的总匝数不变，变比变大，二次电压将 ０ 引言 电容式电压互感器由于可防止电压互感器铁芯 降低。本文通过例举一些ＣＶＴ典型故障，分析其产 生的原因以及提出相应的防范措施，以减少ＣＶＴ故 障的发生。 饱和引起的铁磁谐振，在经济和安全上有许多优越之 处１ Ｉ，被广泛应用在１１０ ｋＶ及以上的变电站。其功 １ ＣＶＴ基本原理与结构 ＣＶＴ主要由电容单元与电磁单元构成，以２２０ ｋＶ 能与作用可归纳为以下３点 ：１）将一次系统的电 压信息准确地传递到二次侧相关设备；２）将一次系 统的高电压变换为二次侧的低电压，使测量、计量仪 表和继电器等装置标准化、小型化，降低二次设备的 绝缘要求；３）将二次系统与一次系统高压设备在电 气方面很好地隔离，从而保证二次设备和人身的安 ＣＶＴ为例，其原理如图１所示。电容单元由高压电容 与中压电容串联组成，通过中压电容ｃ下２分压将系 统电压降低至ｌ３ ２Ｏ ｋＶ，从外表看就是单节或多节 以瓷套为外壳的耦合电容器，主要由瓷套、电容芯子、 绝缘油、上下底盖、膨胀器组成。电容芯子是电容器 全；４）电容单元部分可兼作通信等高频通道的耦合 电容器用。 然而在实际运行中，由于厂家生产工艺把关不 严、配套附件检测不严格、运行中相关专业人员责任 的核心，承受着主绝缘的作用，每节瓷套内的电容芯 子由几十甚至上百个电容元件串联而成。 电磁单元主要包括中间变压器、补偿电抗器、阻尼 性不到位等原因，电容式电压互感器运行缺陷问题时 有发生。ＣＶＴ故障类型主要包括下面几个方面一 －： １）电容单元ｃ上、Ｃ下１、Ｃ下２的其中之一存在缺陷， 会造成二次电压输出有异常；２）电磁单元中间变压 器。补偿电抗器的作用使得在不同的二次负荷下二次 输出电压与一次电压之间保持准确的变比和相位，其 电抗值与电容分压器在额定频率下的等值容抗值相 等；阻尼器的作用是抑制铁磁谐振，一般为速饱和电抗 型，由速饱和电抗器和阻尼电阻串联而成，速饱和电抗 器一次绕组首端对地短接，不承受ｌ３ ｋＶ的电压，二 次将无电压输出；３）电磁单元的变压器一次绕组匝 间短路或层问短路，一次绕组的总匝数减少，承受电 压降低，二次输出电压将降低；４）电磁单元的变压器 二次绕组匝间短路或层间短路，在承受电压相同的情 器采用性能优良的铁芯材料，其磁化曲线具有典型的 开关特性；中间变压器实际上是电磁式电压互感器，其 作用是将电容单元分压得到的中间电压转换成标准的 二次电压供测量、计量仪表和继电器用” １。 作者简介： 赵世华（１９８３一），男，博士，高级工程师，从事高压与绝缘工程技术及研究工作。 ２０ 江西电力・２０１７ 含量分别为８２６．２、ｌ ９２６．３、９９１．２ Ｉ』，Ｌ，可能存在贯穿 性放电故障，导致部分电容单元被击穿。该ＣＶＴ电容单 元Ｆ｝１ ｌ ０４个电容串联而成，解体后发现发现从｝ 往下的 ［： 匝 Ｃ上：上节高压电容。Ｃ下１：下节高压电容。Ｃ下２：中压 电容。Ｔ：中间变压器，Ｌ：补偿电抗器，Ｚ：阻尼装置，ａ、ｘ：二次 绕组，ａｆ、ｘｆ：剩余绕组 图１ ２２０ ｋＶ ＣＶＴ原理图 第３０个与第３４个电容单元＿已经发生 同程度的放电， 如 ３所示。该起ＣＶＴ故障原因为电容单元材质问题 或ｆｆＩ厂时故障电容屏内部受潮从而导致运－￣Ｔｑ＇击穿 图３电容单元放电点 ２ ＣＶＴ故障分析 ２．１ 金属膨胀器开裂故障 ２０１３年６月２４ Ｈ，某２２０ ｋＶ变电站２２０ ｋｖ ＣＶＴ ２．３ 中压套管破裂漏油导致电容单元击穿 ２０１４年１２月２日，某２２０ ｋＶ变电站一台ｌｌ０ ｋＶ ＣＶｒｒ线电压升高达１２５ ｋＶ； ｒ￣，ｂＮ温发现该ＣＶＴ电容 单 亡卜部■分之一温度比正常ＣＶＴ高４ ｃ【：。该ＣＶＴ为 ２００９年ｌ０月产＾ ，同年ｌ２月投运 停电后进行了介损 下 电容接近上法兰处发热，￣ＨＩｈＪ温差超过３。【 该 ｃＶＴ于２００４年１月Ｈ｛厂．同年４门投入运行停电后 及电容缱、变比试验，发现＿ｊ一节电容单元（：１较初值增大 １０％，变比较额定变比减少６％。解体后发现电磁单 Ｃ 进行诊断试验，发现（：下１电容介质损耗囚数０．４ｌ７％ 与 一次例行试验０．１６６％￣Ｈ比增长明显；乙炔、总 烃、氢含量分别为５．３、２２０．３、４４３．９ ＩＪＬ，严重超标 箱体内油位几乎与法兰【面平齐，电容单元底部有油滴， 中压套管 １月显有油渗 ，渗油部位为瓷套与金属法兰 结合处 随后对电容单元进行解体榆查，发现电容单元 油位较低，缺油一半左右，顶部儿层电容冗件的颜色与 下部元件明显不同，其内部未充分浸滞绝缘油，如图４ 所示。检查发现从ｔ往下第２至第６个共５个电容元件 极问完全导通．其余电容元件的电容量均在１．６ Ｆ左 右 经量取缺油刻度，击穿的电容单元刚好为缺油部 图２金属膨胀器开裂 位，因此分析电容单元击穿幢为缺油造成，第ｌ电容单 元为何没发生击穿可能 ｊ上端为膨胀器（有５片金属膨 胀器）有关，对散热起到一定效果 解体后发现下节电容单元中第二片膨胀器边缘 有一道ｌ８ ｎ长、４ ｏｌｎ高的裂几，且该膨胀器与其他 膨胀器连接的等电位线焊点脱落，其它部位未发现损 坏或放电点，如罔２所示：陔起故障原冈为金属膨胀 器等电位连接线的焊点存在虚焊，在运 中焊点脱落 产乍悬浮放电，发热并逐渐膨胀 至裂开 ２＿２ 电容单元放电击穿 ２０１ １年１月ｌ５ １３，某１ １０ ｋＶ变电站红外测温过发 图４渗油部位与电容击穿部位 ： 现ｌ １０ ｋＶ ＣＶＴ瓷瓶较正常相高０．６ ｏＣ。该ＣＶＴ于１９９９ 年８月生产，同年１２月投运。停电后进行了绝缘电阻、 变比、介损及电容量、油色谱分析等诊断试验，发现Ｃ ｆ 电容量较初值增大３．４％，变比增大２．３％，乙炔、总烃、氛 ２．４ 电磁单元一次绕组匝间层间烧毁故障 ２０Ｉ５年７月ｌ２日，某５００ ｋＶ变电站５００ ｋＶ ＣＶｑ 二次电压输出偏低，红外洲温发现电磁 元部分较止 常（：Ⅵ、高２３．９ 一该ＣＶＴ为２００７年５ Ｊｊ广：品。２００８ ２０１７年第２期／总第１９１期 ２１ 目圆圆 年２月投运。停电后进行了诊断性试验．包括：绝缘 电阻、介损及电容量测量、二次绕组直流电阻测量、电 压比测量、极性检查和油色谱分析，发现变比较额定 变比增大４．６倍；乙炔、总烃、氢含量分别为４８．９、 ２ ８２２．９、ｌ８４ Ｌ／Ｌ，严重超标。解体后发现一次绕组 线圈有变形及发黑现象，烧损面占总线圈面积的四分 之一左右，部分匝间和层间被击穿，如图５所示。该 ＣＶＴ故障原因为电磁单元一次绕组漆包线的绝缘强 度不够、高耐热性差，导致层间匝Ｉ司绝缘击穿现场＝ 图５ 电磁单元一次绕组烧毁 １分 ２．５ 阻尼电阻故障 ２０１４年１ １月１８日，某２２０ ｋＶ变电站２２０ ｋＶ ＣＶＴ 红外测温时发现该ＣＶＴ电磁单元整体温升偏高，目．中上 部温度较下部温度高ｌ５ 。该ＣＶＴ为ｌ９９５年产品。 停电后进行了诊断试验，电容单元介损及电容量数据合 格，说明电容单元正常；电磁单元绝缘电阻及一次绕组 直阻合格，说明电磁单元绝缘良好；带阻尼装置时变比 为额定变比的１．０８倍，不带阻尼装置时变比正常；电磁 单元空载试验发现阻尼装置对测试结果影响显著，带阻 尼空载加压时，空载电流上升很快，空载损耗急剧增加， 如空载电压为５０Ｖ时，空载电流为４３１ Ａ，损耗达到了 ２１５．９１ Ｗ，不带阻尼加压时，电流上升平缓，同样电压 ５０ ｖ时，空载电流为０．０９３ Ａ，损耗仅为２．９８７ Ｗ。解体 后发现阻尼电阻环氧树脂筒有严重烧焦痕迹，如图６所 示，经测试发现阻尼电阻和电感参数正常，电容器的电 容量无法测出，电容器已被完全击穿。因此确定阻尼电 阻发热是本次发热异常的直接原因，而电容器被击穿是 造成本次故障的根本原因。 图６阻尼装置 （ａ）一次绕组匝间绝缘损坏一 （ｂ）阻尼电阻熔断 ２２ 江西电力・２０１７ ４结语 ＣＶＴ是变电站必不可少的重要设备之一，它的稳 定运行直接影响到电网的安全。厂家应不断提高设 （Ｃ）避雷器极间绝缘损坏 （ｄ）避雷器外绝缘老化 计、丁艺水平．采用性能更佳的原材料；电网检修运维 人员应加强对ＣＶＴ内部结构的学习，熟练掌握故障 分析与处理方法，积极开展带电检测工作，及时掌握 图７解体后内部损坏情况 ３防范措施 从上述的故障可以看 ，ＣＶＴ故障原因主要有生 产Ｔ艺粗糙、材质不良、设计不合理、运维不到位等。 针对这些问题，防范措施如下： ＣＶＴ的运行状态。以降低ＣＶＴ的故障率，提高其安 全稳定运行水平。 参考文献： 【１ｌ高电压试验技术【Ｍ】．北京：清华大学出版神，２００３． １）严格控制ＣＶＴ生产工艺流程，提高工艺水 平，如防止虚焊、电容单元以及绝缘部分的干燥、 电磁单元绕组的绕制、防止毛刺引起局部场强过 高等。 ２凌子恕高压互感器技术手Ｊ｝ｆＨＭ】 Ｅ京：中同电力Ｈ｛版社，２００５． ３ Ｑ／ＧＤＷ １ １６８ ２０１３．输变电设备状态检修试验规程ｆｓ】． 【４１林剑，陈永华，陈敏维，等．一起２２０ ｋＶ电容式电压互感器故 障分析…，广东科技，２０１４（１０）：８６—８８． Ｉ５１刘胜军，霍春燕，何燕，等．一起２２０ ｋＶ ＣＶＴ二次电压偏高的 分析处理ｆＪ】．电力电容器无功补偿，２０１３，３４（４）：６９—７４． ２）提高ＣＶＴ各部件的材料质量，厂家应选用优 质的绕组材料、绝缘材料以及附件材料，如中压套管、 阻尼装置、避雷器等。 ３）加强出厂试验的管控，特别是局部放电试 验、中间变压器励磁特性试验以及铁磁谐振试验。 ４）加强对设备厂家的技术监督，开展设备制造 厂家的全过程技术监督，对设备设计、材料选用、附件 质量抽检及相关资料进行监督把关，杜绝不合格产品 进入电网。 Ｉ６ｌ ＤＩＪＴ ６６４—２００８带电设备红外诊断技术应用规范［ｓ１．ＤＩ／Ｆ ６６４－２００８ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｉｎｆｌａｔｅｄ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｆｏｒ Ｉｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｓ］． １７】秦家远。赵世华，欧阳力，等．一起ＣＶＴ典型缺陷分析 电 力电容器无功补偿，２０１５，３６（４）：５７—６０． 【８ｌ陈德枫，陈晓军，蔡洪腾．一起１１０ ｋＶ线路型ＣＶＴ的过热故 障分析【Ｊ】＿电力电容器无功补偿，２０１４，３５（３）：７９—８２． 【９１洪乐洲，吴贻志，李靖翔，等．电容式电压互感器二次电压异 常分析处理…电力电容器无功补偿，２０１３，３３（３）：７３—７６． Ｉ１０】刘宏亮，刘海峰，岳闺良，等．电容式电压互感器的运行故 ５）加强对ＣＶＴ的带电检测。提升ＣＶＴ带电检测 技术分析与掌控，如红外测温、相对介质损耗及相对 电容量的测试。 障监测ＩＪ１．电力电容器与无功补偿，２０１１，３２（３）：６２—６５． 【１ １１乔亚军，林其雄，林李波．５００ｋＶ ＣＶＴ电磁单元过热缺陷分 析与处理［Ｊ１＿电力电容器与无功补偿，２０１５，３６（４）：６１—６３． ［１２１ ＧＢ／Ｔ ７２５２—２００１变压器油中溶解气体分析和判断导￣ｌｆＪ［ｓ１． 【１３】邬坚强，陶涛，万文博．浅析一例１１０ ｋＶ电容式电压互感器 ６）加强对故障ＣＶＴ的分析、试验及解体，提高检 修人员的故障分析与处理能力。 ７）加强变电站运维人员的责任性及运维技 术，特别在目前电网系统运维一体化要求下，更应 注重对运维人员的技术培训及履职考核，因为随 二次电压失压故障【Ｊ】．变压器，２０１２，４９（７）：７３—７６． 【１４１房金兰．关于电容式电压互感器技术发展的探讨ＩＪＩ．电力电 容器卜ｊ无功补偿，２０１３，３４（１）：１—６． 【１５１童钰．房博一．一起２２０ ｋＶ线路ＣＶＴ故障分析及防范措施 …．电力电容器与无功补偿．２０１３．３４（４）：７８—８２． 着电网设备状态检修工作开展，设备停电检修日 期延长，运维人员的技术与责任性直接关系到设 备的安全运行。 ２０１７年第２期／总第１９１期 ２３
