电容式电压互感器故障分析

摘 要：针对220kV铁山变电容式电压互感器故障进行分析，探明是由于电容式电压互感器内部避雷器损坏从而加重铁磁谐振而损坏电容式电压互感器内部绝缘造成的，提出加强红外测温仪对电容式电压互感器运行设备状态的监视以及对此类氧化锌避雷器进行试验研究，探明是个别产品老化问题，还是产品质量问题的建议。

关键词：电容式电压互感器 铁磁谐振 过电压 介损

中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-025-02

1引言

电压互感器作为测量设备，在反映电力系统运行状态和保护电力系统稳定承担着重要作用。电压互感器常见故障有：二次熔丝熔断，一次熔断器熔断，击穿熔断器熔断，铁磁谐振，内部绝缘损坏等。每种故障的诱因都有差别，为探明故障导致的原因，就需要针对每种故障进行详细分析并进行分类，从而达到维护电力系统稳定和保证设备安全运行的目的。

电容式电压互感器具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点。一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。由于受设计制造经验、工艺水平、原材料及过电压等因素的限制，投运后会发生各种各样的故障，影响了电网的安全运行。

本文针对常德电业局220kV铁山变电站的电容式电压互感器故障进行分析，找出故障发生的过程及其原因，从而针对性地提出预防措施。

2电容式电压互感器的工作原理

该电压互感器为电容式，型号TYD110/ -0.01。其电气原理图如图1所示。根据试验数据分析原因如下：

由图1可见：

该电容式电压互感器中使用的是氧化锌避雷器，氧化锌避雷器是通过将一次绕组线圈过电压控制在一个比较低的水平，从而防止因中变压器铁心饱和程度过深导致铁磁谐振。由图可见，当一次绕组线圈产生过电压时，则与其串联的补偿电抗器也产生过电压，则避雷器F上也承受过电压，此时起保护作用的避雷器将能量传到大地，从而保护了一次绕组及补偿电抗器。

3故障分析

3.1故障过程

2012年7月12日，检修人员接到运行人员通知，220kV铁山变110kV母差保护、110kV II母上各出线保护屏发TV断线信号。检修人员立即到达现场，经检查发现II母电压互感器C相故障造成电压异常，需尽快停电处理。运行人员接到调度指令，将5X24 TV退出运行，安排检修人员进行检修工作。检修人员经许可开工，先后对5X24 TV C相进行介质损耗及变比测试试验，试验数据均不合格，由此判定TV已损坏，于是组织配件，对TV进行了更换，更换后投入运行，保护信号显示正常。

3.2试验测试

解体前测试数据见表1。

测试数据表明：一、二次绕组线圈电阻值正常，即线圈没有断线；阻尼器呈高阻状态，表明阻尼器消谐功能正常；一、二次绕组对地以及一次绕组对二次绕组的绝缘电阻值不正常，绝缘性遭到严重破坏，避雷器对地绝缘电阻值为0M ，表明避雷器已经被击穿损坏，对地导通。由此可以判断电压互感器电磁部分的故障是导致此次故障的主要原因。

3.3原因分析

由试验结果可知，该氧化锌避雷器已经被击穿，一次、二次绕组对地以及一、二次绕组之间的绝缘性遭到破坏。

分析其原因可能是：在TV故障发生前曾经有雷电产生，而避雷器由于老化问题，导致避雷器击穿放电后不能恢复，长时间引起一次线圈过电压，同时引起回路长时间产生了铁磁谐振，产生大量能量，破坏一、二次绕组的绝缘性能，引起二次测量电压不正常，保护装置报TV断线。

铁磁谐振发生过程分析如下：

在铁磁材料中， 不是固定的常数，磁感应强度B和磁场强度H之间不是线性关系，如图2所示。在图中可见，曲线的A点附近曲线开始弯曲，再往上，B值的变化越来越平缓，H变化而B值变化很少的现象我们就称为磁饱和现象。磁饱和后，线圈中电流再增加，电感中的磁通基本不再增加。线圈磁阻增加的同时导致激磁回路感抗变。

此时，一次线圈电压升高，使线圈出现较大激磁电流导致中变压器铁心饱和，激磁回路感抗变小，即一次线圈感抗变小，使得Xr+Xl接近于Xc，从而引起铁磁谐振。一般情况下，阻尼器通过电阻发热，将铁磁谐振产生的能量消耗掉，此阻尼器也叫消谐器。但当避雷器被击穿而长时间不能恢复时，即避雷器已经起不到保护作用，铁磁谐振的现象将长时间持续，而铁磁谐振将使电感和电容产生过电压，一般为额定值的2～3倍，使一次线圈电流增大很多，线圈发热严重，绕组间绝缘以及对地的绝缘性能遭到破坏，同时由于阻尼器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，加剧了一次、二次线圈的绝缘性能的损害，这与现场测试的一、二次线圈绝缘电阻值的结果一致。从而导致了二次线圈电压显示不正常，保护装置报TV断线信号。

4结论

（1）氧化锌避雷器击穿将加大铁磁谐振发生的几率。

（2）消谐器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，破坏电容式电压互感器的绝缘性能。

（3）应该加强红外测温仪对电容式电压互感器运行设备状态的监视。

（4）进一步对此类氧化锌避雷器进行试验研究，探明是个别产品老化问题，还是产品质量问题。

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