一起66 kV电容式电压互感器二次失压故障诊断分析

尹青华，李 培，郭良峰，裴 英

（国家电网有限公司技术学院分公司，山东 济南 250002）

0 引言

电容式电压互感器 （Capacitor Voltage Transformer，简称CVT）是电力系统中重要的电气设备，它将电网一次电压信息传递给测量、保护和控制装置［1］。CVT由电容分压器和电磁单元组成，兼有电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能，同时还能可靠阻尼铁磁谐振并具有优良的瞬变响应特性［2］。另外，CVT还有制造工艺简单、运行可靠性高等优点，因此近几年在电力系统中得到广泛应用，不仅在电力载波线路上使用，而且大量应用在母线和变压器出口上以代替电磁式电压互感器［3］。

CVT有较高的故障率，较为常见的有电容单元或电磁单元损坏、补偿电抗器两端保护用避雷器故障、阻尼器中速饱和电抗器参数不当、电容分压器末屏接地不良及二次接线松动等。这些故障将导致电容式电压互感器二次电压输出异常，对保护及测量带来严重影响，威胁电网的安全运行［4］。本文介绍了一起66 kV电容式电压互感器因中压电容抽头焊接脱落导致二次失压故障的诊断分析。

1 CVT工作原理

CVT由电容分压器和电磁单元构成，电磁单元包括中间变压器、补偿电抗器、谐振阻尼器和过电压保护器，其结构原理如图1所示。C1、C2组成电容分压器，C1为高压电容，C2为中压电容。中间变压器T将C2上抽出的电压降为低压，供测量和保护用。补偿电抗器L用以补偿电容分压器的容抗，提高CVT的二次负载能力。CVT的电容分压器、带铁心的补偿电抗器L和中间变压器T，构成了电容和非线性电感的串联回路，在一定条件下会产生铁磁谐振。F为保护用避雷器，当电磁单元发生铁磁谐振时，降低变压器一次侧的电压［5］。Z为阻尼器，用以阻尼CVT内部可能产生的铁磁谐振。1a、1n为主二次1号绕组，2a、2n为主二次2号绕组，da、dn为剩余电压绕组。

图1 电压互感器结构原理图

电容式电压互感器的二次电压值与电容分压单元和电磁单元均有关，为确定电压互感器的故障部位，需分别对电容分压单元和电磁单元进行检测。

2 故障介绍及设备参数

某变电站一台66 kV电容式电压互感器二次失压，该设备概况如表1所示。高压试验人员对其进行诊断试验，试验中一次绕组加压时，二次绕组测量无电压，因此设备不具备继续运行的条件，暂退出运行。

表1 设备概况

3 现场检查试验

对分压电容器用自激法测试上、下两节的电容量，高压电容C1、中压电容C2均无数据，表明回路开断，因此初步判定电容分压单元或中间变压器一次绕组、二次绕组存在断路。

对电磁单元中间变压器进行直流电阻测量，二次绕组的直流电阻测试结果见表2。对1a、1n绕组加压，测量其他二次绕组电压，测试结果见表3。由表2及表3可知，中间变压器二次绕组直流电阻测试数据合格，即不存在断路或短路，在1a、1n侧加压，其他二次绕组均能感应出电压，且满足变比要求，因此判断中间变压器T磁路无开断、一次绕组无短路。

表2 二次绕组直流电阻测量数据

表3 二次绕组电压测试数据

对CVT整体进行电容量CX及介质损耗因数tanδ测试，测试结果如表4所示。

表4 整体电容量及介质损耗因数测量数据

由表4可知电容分压器整体电容量初值差在±2%以内，是合格的，因此判断内部电容层无击穿或开断，A极和N极处接触良好。进而可判断出断点应该在中间变压器一次绕组上，若断点在一次绕组低压端P2处，则在二次绕组1a、1n侧加压时，一次绕组低压端P2将产生悬浮电位对地放电，然而现场测试时未发现放电现象和放电声响，因此断点极有可能在一次绕组高压端P1处，但应结合解体后试验做进一步分析。

4 解体检查及原因分析

4.1 解体试验分析

为了最终确定CVT的故障原因，对其进行解体检查，解体后电容量CX及介质损耗因数tanδ测试结果见表5。

表5 解体后电容量及介质损耗因数测量数据

由表5可知电容量C1、C2与出厂值相比均有较大的变化，并且通过电桥利用正反接线测量C1时，测试结果相差较大。判断导致该现象的原因为一次绕组高压端P1处导线开断形成串联间隙，且由于间隙距离较小，在一定电压作用下，造成间隙似接非接的状态，间隙形成等效电容，与原有C1电容相串联，造成总的电容量减小和介质损耗增大。

4.2 进一步解体分析

拆开电磁单元封板，将电容器与电磁单元进一步解体，检查发现，电磁单元壳体内绝缘油油色透明清澈，无任何悬浮杂质存在，排油后检查电磁单元与膨胀器单元完好，低压端抽头N处焊接良好，中压电容抽头X处焊接脱落，导致中间变压器T与电容分压器间连接断开。

4.3 故障原因分析

厂家在电压互感器设计上，为使电容式电压互感器内部电容屏间接触良好，借助于强力弹簧的压力来紧固，依靠弹簧的弹性来调节各零件的位移。在封装时，弹簧处于被压缩的状态。中压电容抽头X与中间变压器T间的连接导线为硬导线，收缩形变后回弹力大。然而该导线是在设备封装前焊接的，此时导线长度（即低压套管至焊接点间的距离）约30 cm，但在封装后，低压套管至焊接点间的距离约为27.3 cm，连接导线被压缩较大，导致焊接点处受力加大。另外，各个电容屏绑扎松散，使连接导线容易被错位的电容屏挤压，长时间作用后，当受力达到一定极限时，焊接点易断裂，因此上述问题属于厂家设计问题。

5 预防措施

该电容式电压互感器中压电容抽头焊接处脱落是造成本次故障的直接原因，与高压试验数据分析吻合。CVT出现的故障情况很多，表现形式和原因千变万化，但都与其结构、采用的设计制造工艺水平、原材料、运行维护有关。

作为设备提供者，生产厂家应确保设备制造的工艺质量。为了防止类似故障再次发生，建议厂家设计时可以采取如下措施：

1）升级连接导线材料，使用导电能力和伸缩能力更强的导线连接，要充分考虑在使用过程中弹簧的收缩程度，同时连接导线需要被合理布置。

2）改进焊接技术，制定严格的工艺标准，提升焊接质量，避免假焊、焊点不足、冷焊、掉件等现象发生，使焊接更加牢固耐用。

3）进一步采取相应的措施，将各个电容屏绑扎在一起并有效固定，防止电容屏错位后挤压连接导线，造成导线断开。

6 结语

加强对CVT的运行维护和定期试验，加强设备的巡查力度，当发现二次侧输出电压出现异常时，应及时有针对性地进行绝缘特性试验并结合油色谱分析和红外线测试来综合判断，与历史数据进行比较，迅速准确地判断故障的类型和故障部位，使故障获得有效处理，以保证电网的稳定运行。