电容式电压互感器故障的分析

电容式电压互感器故障的分析

黄秋菊

广东电网有限责任公司河源供电局 广东河源 517000

摘要：首先介绍了电容式电压互感器的基本结构和工作原理以及电气试验的综合情况，然后以运行中电容式电压互感器的试验数据异常为案例进行分析，通过综合分析试验数据与运行实际情况，发现故障并采取合理运维策略进行拆解处理，最后对该类设备的运行与试验工作提出建议。

关键词：电容式电压互感器；电容量；电容击穿

0 引言

目前，电容式电压互感器由于其具有体积小、重量轻、维护工作量少、运行可靠性高等优点, 在电力系统中得到了普遍的应用，是电压互感器诸多类型中应用最为广泛的一种，特别是110kV及以上电压等级中，电容式电压互感器的市场占有率非常高，近乎100% 。本文将简单介绍电容式电压互感器的工作原理和一些主要试验项目，然后介绍和分析电容式电压互感器试验数据异常的案例，通过分析与判断发现故障并采取合理的运维策略进行拆解处理，最后对该类设备在运维中需要注意的事项提出建议，以供参考。

1电容式电压互感器的基本原理和试验情况概述

电容式电压互感器的电气原理图如图1所示，它由主电容C11、分压电容C2、中间变压器T、二次绕组ax、剩余绕组dadn、阻尼器、补偿电抗器L、保护间隙P、限流电阻R等部件组成[1]，其中J为载波装置，如无载波装置，则该处直接接地，其工作原理为利用电容器的分压作用，将安装处高电压变为中压，再通过中间变压器降为V和100V的电压，为电压测量以及继电保护装置提供电压信号。

电容式电压互感器在整个组装、出厂、安装、运行期间需要进行包括工频交流耐压、局部放电试验、绝缘检查、电容量、介质损耗等多项试验项目在内的不同类型的试验，但当设备投运后，能够对设备状况进行检测跟踪的主要是依靠周期性停电进行的预防性试验，这其中包括电容量测试、介质损耗测试、绝缘电阻测试等常规试验项目。

2案例分析

2.1 500kV上寨变电站某母线电压互感器电容量试验及分析

2019年08月09日，我局变电管理所高试班组依据年计划工作安排，对500kV上寨变电站某母线间隔进行预试工作，该母线间隔C相电压互感器为桂林电力电容器有限责任公司生产的TYD220/-0.01H型电压互感器，出厂日期为2009年12月01日，2010年5月16日投运。该电容式电压互感器是由上下两节耦合电容器组成，电容的材料目前以金属箔为电极，以膜纸为介质，卷绕成扁筒的形状，构成一个电容单元。上节电容大多由100个左右的小电容单元串联构成[5]，现假设每个小电容单元的电容量为，共有100个小电容单元，则总电容量为，当其中一个电容单元被击穿时，总电容量则变化为，此时的电容增加量为1%，而此时由于一个串联的电容单元被击穿，运行电压被施加在剩下的99个电容单元上，使其承受电压变大，增加了剩余电容单元被击穿的可能性，考虑各种因素造成的试验误差和裕度，规程规定所测电容值大于出厂的2%以上时，应考虑有一个元件击穿，所以规程规定，当电容量与出厂值相比增加量超过2%时，应当缩短试验周期，通过对表2中数据进行分析可知，该TYDC1的电容量与出厂值相比增加量为1.87%，接近2%，考虑主电容C1有电容单元被击穿的可能，可与下次试验结果进行对比电容量差值是否增加。

2022年8月1日，高试班组对该设备继续开展停电预试工作。测试结果：极间绝缘电阻、中间变压器绝缘电阻、低压端绝缘电阻依然满足规程要求，为合格，但C11的介损值为0.21%,不满足2018版规程要求值，不大于0.2%，说明该设备可能出现整体受潮、贯通性缺陷等故障，并且其C1电容量与出厂值相比增加量为4.78%，与上次试验结果相比有明显增加趋势，应有可能为5个左右电容单元被击穿，考虑到电容的介损值不符合规程要求，以及电容相差接近5%，而且该变电站负荷率和用户重要度等因素会导致短周期停电较为困难，故立即对该设备进行了更换处理。

2.2 500kV上寨变电站线路电压互感器电容量击穿验证

通过对比2019年和2022年对上寨站的TYD进行高压试验的结果分析，电容差值可以看到存在明显的增加，介损值也明显增加，且目前已不符合规程要求，初步断定内部存在电容单元被击穿。为了验证该想法，又对该TYD的变比进行了测试，结果显示，各绕组的变比均大于额定值，而极间绝缘电阻满足规程规定值，并无异常，这主要是由于绝缘电阻的测试结果仅能反映贯通性的集中性缺陷、整体受潮、贯通性受潮等，若绝缘只有局部缺陷，而两极间仍有部分良好绝缘时，绝缘电阻降低很少甚至不发生变化，而介质损耗测试仅能发现绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积试品贯通和未贯通的局部缺陷[6]，所以当仅为个别电容单元被击穿这种单一缺陷发生时，绝缘电阻测试结果无法将其体现出来[7]。最新一次试验结果电容差值为4.78%，接近5%，初步判断存在4个或者5个电容单元击穿的可能性。

为了验证电容是否被击穿，我们将换下来的电容器进行拆解，分析和观察电容的内部是否有电弧击穿的痕迹，通过拆解得知电容器C11有110个电容单元，其中用电容表测量电容单元的电容值可知，有5个电容单元值为0或者接近0，其他电容值均为2.2左右，因此再次验证存在电容单元的击穿现象。

观察电容单元的击穿情况，再对所测量值异常的电容单元进行拆解，拆解的电容单元如下图1所示

图 1电容单元

如上图，电容单元由金属薄膜和绝缘介质薄膜组合而成，从图2能够明显看出有多处被击穿的痕迹，存在被击穿，电容里的介质改变从而影响了电容值，存在5个电容单元被击穿，从而影响整体电容器与出厂值偏差较大，影响介损值。

由于电容内部存在电容单元被击穿，从而导致母线电压相同时，其他正常的电容单元所承受的电压增大，日积月累可能加速正常电容单元的损坏，而导致整组电容器异常，影响电力系统运行。通过按期试验并发现及时，运维策略合理，使故障未继续恶化，未造成电容器爆炸、设备故障被迫停运等严重后果。

3 结束语

通过对电容式电压互感器从结构原理到试验分析，再到案例数据的解析与处理措施，总结出以下几点建议，以供参考：

（1）应严格按照《电力设备检修试验规程》的周期、项目、标准开展预防性试验。当电容值与出厂值比较增加量超过 +2 % 时，应引起重视，缩短试验周期，必要时进行相关的检查性试验。

（2）当试验分析结果确定需要缩短试验周期时，由于规程未明确规定超标范围对应的试验周期，可结合电容增加量超标的严重程度和运行经验制定合理的运维策略，选择合理的试验周期，避免因试验周期制定不合理造成不能及时掌握设备缺陷发展情况，造成严重后果。

（3）当试验结果显示TYD电容量超标时，可辅以其他数据及检查进一步进行分析，比如二次侧电压是否正常，如不正常，增大还是减小，如增大，可考虑C1有电容单元被击穿，如减小，可考虑C2有电容单元被击穿。

（4）在缩短试验周期运行期间，可以采取定期红外测温等手段对该设备进行检测，有条件的变电站还可以采用在线监测技术，对二次电压进行实时监测，确保设备在异常运行时第一时间被发现。

（5）因TYD检修停电困难，故障后的影响较大，解体检查修复的实施难度大、周期长，建议在产品出厂时就把好质量关。

未来和展望，对于TYD的高压试验，设备疑似故障时，需要缩短试验周期，对试验周期的时间不好把握，以及增加了试验人员的工作量，在未来可以对TYD实行在线检测技术，实时检测电容的介损，电容量差值等，分析时可绘制其变化曲线，从而更直观得出结论。

致谢

在完成此论文的过程中，我的同事们对本论文的立论和论证给予了很多宝贵的建议和意见。谨此致谢！

参考文献

[1] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利水电出版社.2009.11

[2]盛国钊,倪学锋,王晓琪.1995-1999年电容式电压互感器的运行及故障情况分析[J],电力设备,2001(2) :27- 29．

[3] 杨新春,李化,杨红权等.一起110 kV电容式电压互感器故障诊断与处理[J]电力电容器与无功补偿,2010.31(6): 57- 60．