一起电容型电压互感器故障分析
【摘要】文章通过对一起电容式电压互感器在例行试验过程中发现的电容量数据异常现象，通过试验及解体检查，从理论上分析了本次事故的故障机理。并提出一些相应的预防措施。
【关键词】电容式电压互感器；耐压击穿；故障；预防措施
1.引言
电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformers，简称CVT）一直是电力系统中的重要设备，其结构较简单，由电容分压器及中间变压器组成。由于CVT具有绝缘强度高、能够降低雷电冲击波头陡度、不会与系统发生铁磁谐振、造价低且能兼作耦合电容器用于电力线载波通信等优点，在电力系统已被广泛采用。从多年的运行情况来看，CVT总体运行情况是良好的，但也出现缺陷或故障，本文通过分析CVT典型故障，给出现场经常遇到的故障的处理方法和预防措施。
2.CVT的结构和工作原理
图1中C1为主电容，由C11、C12、C13组成，C2为分压电容，均安装在瓷套内，一般在500kV级设备中有3节瓷套，在220kV级设备中有2节瓷套，110kV级设备中有1节瓷套。其中C11、C12分别安装在一节瓷套内，C13和分压电容C2装在下节瓷套内。电压通过中间变压器降为100/√3V和100V（或100/3V）的电压，为电压测量及继电保护装置提供电压信号。为了补偿由于负载效应引起的电容分压器的容抗压降，使二次电压随负载变化减小，在中压回路中串接有电抗器，设计时使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到规定的负荷范围和准确级的电压信号。在中间变压器二次侧的一个绕组上，接有阻尼器，以便能够有效地抑制铁磁谐振。
3.故障发现经过
2012年12月5日，220kVⅠ母综自后台电压显示UA：132.05kV、UB：133.30kV、UC：127.48kV，保护电压显示：UA：59.60V、UB：60.22V、UC：57.29V，一次值C相比其它相低6kV，二次值C相比其它相低3V，开口三角形电压测量为2.5V；其余220kV母线电压平衡。检查220kVⅠ母CVT外观正常，a1x1、a2x2、afxf三个绕组的现象相同，分析认为是一次分压单元故障，为确保电力设备安全稳定运行，必须停电检修，进一步查找原因。该故障CVT型号：TYD220/√3-0.005H，厂家：新东北电力电容器有限公司，生产日期：2008.5，1999年10月份投入运行。
2013年12月8日，对其线路CVT进行介质损耗及电容量测试。首先对上节C11测量，采用正接法，加压10kV，所测介损及电容量与以前数据比较无明显变化，符合相关国标要求。接下来测试下节C12及C2电容量，测量方法采用
CVT自激法，C12及C2介损及电容量一次性测量出结果，比较发现C2电容量明显偏大，具体数据参照表1。
根据上述数据分析，C2电容量变化明显，根据经验分析可能C2存在部份电容元件击穿。电容量的明显变化会直接导致CVT二次电压值变化，由于目前方向保护零序功率方向继电器最小动作电压仅0.8伏左右，为防止保护装置误判导致误动，特申请将该CVT紧急退出运行。
4.解体检查及试验情况
厂家技术人员及公司试验人员在修试所试验大厅对故障的CVT进行试验、解体。解体检查电磁单元正常，电容元件外观正常（见图2）。
对C2单元的23个元件逐个进行电容量测量发现，从上往下数第11个元件电容量无法测出，其他元件电容量正常。取出该元件，发现该元件已经部份击穿（见图3）。
5.故障原因初步分析
经过分析认为该电容式电压互感器的C2电容分压器有一个电容元件击穿，造成C2的电容量变大。造成电容元件击穿的原因是电容式电压互感器中电容分压器的介质材料采用聚丙稀膜和电容器纸的复合介质，复合介质可能存在个别薄弱点，经过出厂耐压及多年运行中操作过电压、雷电过电压、工频电压的影响，加速介质的薄弱点老化，最终造成击穿。
6.防范措施
（1）运行中加强对此类CVT的二次电压监视及红外测温工作；若监测到三相电压不平衡超过3%，同时比较其它绕组（CVT一般有3个绕组a1x1、a2x2、afxf）的电压，如果变化趋势一致，则应上报缺陷进行检查处理。
（2）对于电压不平衡且三个二次绕组趋势一致的CVT，建议停电进行电容量测试。
（3）该类故障尚未呈现出家族性缺陷的趋势，暂时认为本次故障为个例事件。鉴于系统内此类CVT数量较多，为防止设备故障影响停电事件，建议购置部分备品，以缩短应急处理时间。
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