运行中的电容式电压互感器二次失压故障分析和试验方法

　

摘要：针对电容式电压互感器的特点，介绍运行中的电容式电压互感器二次失压后，现场故障的定位分析、综合判断和试验方法，故障处理办法，对结构和制造工艺提出了减少此类故障的改进方案。

关键词：电容式电压互感器 故障分析 处理 改进方案
1　引言

　　电容式电压互感器由电容分压器和中间电压电磁单元组成，可兼顾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，同时在实际应用中又能可靠阻尼铁磁谐振和具备优良的瞬变响应特性等［1］；故近几年在电力系统中应用的数量巨大，不仅在变电站线路出口上使用，而且大量应用在母线和变压器出口上代替电磁式电压互感器。
　　电容式电压互感器一般适用于110kV及以上电压等级，由于受设计制造经验、工艺水平和原材料等多种因素的限制，投运后发生故障，就会影响电网安全运行；由于运行环境和电压等级的影响，特别是500kV的设备，由于个头高大，引线沉重，拆头电气试验的难度大；特别是在设备故障状态下，由于受停电范围的限制，各种电磁干扰严重，通过常规电气试验方法准确判断故障部位就更加困难；本文通过对一只500kV电容式电压互感器在运行中二次失压后，在现场对故障进行分析判断、对试验方法、现场修复和改进方案的介绍，给出现场遇到电容式电压互感器类似故障的分析处理方法，以及设备在不拆头状态下查找故障的试验方法。

2　故障现象

　　1996年2月山东淄博500kV变电站，500kV线路A相电容式电压互感器在电网正常运行条件下，发生故障，与之相关的保护误发信号，3个二次电压线圈全部无电压输出。该电容式电压互感器型号为TYD500／
-0.005H，1994年7月产品，为了便于故障分析的情况说明和论述，首先给出其结构原理图如下：

　　该电容式电压互感器由4节瓷套外壳的电容分压器和安装在下部油箱的电磁单元两部分构成，其中C11，C12、C13分别安装在1～3节瓷套内，C14和分压电容C2共装在第4节瓷套内；其电容量分别为：C11＝19499pF，C12＝19703 pF，C13＝19868 pF，C14和C2串联后的电容量为19636 pF（其中C14＝23856 pF，C2＝116920 pF），油箱电磁单元中变压器的一次端A在第4节瓷套内，连接在C14和C2之间，3个二次绕组的接线端子al xl，a2 x2，afxf通过接线盒引出，X端在出线盒接地。
　　 故障发生后，在运行状态下，电气试验人员分别直接对3个二次电压线圈进行输出电压测量，确认电压输出为零（正常状态分别为　　和100V），现场检查电容式电压互感器外观正常也无异音现象。

3　故障原因的判断分析

　　由其工作原理可知，分压电容器C2和油箱电磁单元正常状态下，承受的额定电压为13kV，而整台电容式电压互感器承受的电压为500/
KV;如电磁单元部分对地短接，不承受13kV的电压，二次将失去电压输出，对设备整相承受电压的能力影响较小。而假设电容分压器C11，C12、C13，C14的其中之一存在缺陷，该节将承受较低的电压，其它节承受的电压升高，会造成整台设备运行异常，有二次电压输出但不是正常值，设备会有异音发出或损坏。如果电磁单元的变压器一次端断线，电压将不能正常传递，二次失去电压输出；若C2的电容量变大，二次电压输出且会降低。由此可见，在电容式电压互感器能够承受系统正常电压的前提下，结合其结构特点，可以确定二次失去电压的原因与电容量的变化无关，第1～3节瓷套和第4节瓷套中的C14电容本身正常，故障原因可能为：
（1）电磁单元变压器一次引线断线或接地。
（2）分压电容器C2短路。
　　 （3）和电磁单元中变压器并联的氧化锌避雷器击穿导通。
　　 （4）油箱电磁单元烧坏、进水受潮等其它故障。
　　 随后对设备停电，通过电气试验对故障原因进一步具体分析。

4　电气试验分析原因

　　由于设备高大，引线沉重，周围设备全部带电，拆除引线的难度和危险性都比较大，故本次试验采用不拆头的电气试验方法。

4．1　试验方案1

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　　在电容式电压互感器上端H点接地状态下，从二次线圈al xl反向加压，在第4节瓷套上端B处直接测量一次电压（可用测量变压器T，电容式分压器或周围停电的其它相电容式电压互感器），试验接线见图2。

　　图2中C11，C12，C13串联后的电容量Cla＝1／（1／C11＋1／C12＋1／C13）＝6563pF若在二次线圈al xl上，加Ua1xl＝10V的电压，在电容式电压互感器正常状态下，B点测的电压的理论值UB，而原理图中：



即B点应测量到1．77kV的电压。
　　 但在实际加压过程中，电磁单元变压器二次侧电流急剧上升，试验变压器过流掉闸，电容式电压互感器的B点测不到电压，进一步说明分压电容器C2或油箱电磁单元部分短接，电压不能反向传递。

4．2　试验方案2

　　从B点加压进行电容量和介质损失角的测量，考虑现场的电磁干扰严重，采取故障相和非故障相比较法，由于XL>>Xc故可忽略电磁单元变压器电感影响，试验接线见图3。
　　 上述接线在无故障状态下，B和E两点间的电容量为C11、C12、C13串联和C2、C14串联再并联的电容量；理论计算值C＝Cla＋1／（1／C2＋1／C14）＝26199pF。若A点接地，B和E两点间的电容量为C
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