电容式电压互感器二次电压异常原因分析及运维策略研究

电容式电压互感器二次电压异常原因分析及运维策略研究

【摘 要】电容式电压互感器在电力系统中扮演着重要的角色，其运行情况直接影响到了电能计量的准确性。本文简单介绍了电容式电压互感器的工作原理，并分析了二次电压异常的情况和原因，同时探讨了二次电压异常的解决对策。

【关键词】电容式电压互感器；二次电压异常；原因；运维策略

电容式电压互感器在实现电压变换的过程中，主要是依据电容分压原理。其具有良好的绝缘性能和高超的耐压水平，而且与断路器断口电容之间产生谐振的几率较小，最主要的是其生产成本很低，并且可以进行高频通信，因此在330kV及以上超高压电网中得到了广泛的应用。但是在运行过程中，由于受到电网运行环境（电压波动）、设备设计、制造工艺以及运输等方面的影响，电容式电压互感器也逐渐暴露出了一些问题，尤其是导致二次电压异常的几率比较高。导致二次电压异常可能是由于分压电容器损坏或者中间变压器损坏，甚至是补偿电抗器损坏等，除以上因素外，其他元件也可能会导致电容式电压互感器二次电压异常，但由于故障原因往往很难被分析出来，而极易被我们忽视。

1 电容式电压互感器的工作原理

电磁单元和电容分压器两部分组成了电容式电压互感器，电容分压器是由高压电容C1和中压电容C2构成，其工作原理是通过设计和相互连接，使电磁单元的二次电压与加到电容分压器上的一次电压成正比且相角差接近于零。在电容分压器的作用下，一次电压被转变成13—30kV的中间电压，然后利用电磁单元，可以将中间电压转变成二次电压，同时补偿电抗器对电容分压器补偿等效阻抗，以降低电容分压器对回路压降的影响，从而确保只有数值极小的回路等效电阻才会对二次电压造成影响，并使二次电压与一次电压之间能够保持正确的相位关系和幅值，同时通过补偿电抗器的两端与避雷器并联，来限制电压过大和阻尼铁磁谐振现象出现。一旦电容分压器发生故障，高压电容C1的电容量就会增大或者是中压电容C2的电容量就会变小，这两种情况都有可能导致二次电压偏低。除此之外，如果是电磁单元部分发生了故障，也有可能导致二次电压偏低。在运行过程中，根据电磁感应的原理，正常情况下的避雷器本身的电阻非常大，因此在回路中可以将其忽略不计。当分压电容器处于正常状态时，电容式电压互感器的二次电压将会和电磁单元的各个元件直接关联起来，而一旦一、二次绕组或补偿电抗器发生故障，就都有可能导致二次电压偏低的情况出现。电容式电压互感器的工作原理如下图所示。

图1 电容式电压互感器工作原理图

2 电容式电压互感器二次电压异常情况与危害

2.1 二次电压异常情况

通过对一根母线上的所有电容式电压互感器进行检查发现，除故障电容式电压互感器外，其他互感器的二次电压基本上保持平衡状态，但开口的三角电压比较低。

通过对故障电容式电压互感器进行外观检查，发现绝缘瓷瓶的外表保持清洁，且连接状态非常可靠，接地也属于正常，并没有发现闪络的痕迹和其他会导致故障的异常迹象，因此，我们初步判断，故障电容式电压互感器可能是内部发生异常，故而决定让其暂时停止运行，并对其进行检修。

2.2 二次电压异常的危害

二次电压异常，会使二次线圈产生很大的电流或电动势，从而导致电压互感器被烧损，严重时可能会引起与电压相关的仪表没有显示，影响系统安全，甚至会造成人身触电事故的发生。

3 二次电压异常的原因分析

3.1 信号误传导致二次电压异常

造成信号误上传的原因主要有母线电压切换时的把手接触不良，以及监控系统的回路出现了异常。根据这种推测，当母线电压的切换把手进行电压切换时，可检测电压切换的情况，如果现场电压的指示符合监控系统的电压，也就排除了该故障出现的可能。

3.2 一次回路连接不良也可能导致二次电压异常

电容式电压互感器爆炸或者是支持瓷瓶断裂，甚至是一次保险熔断等原因，都会导致一次回路出现连接不良的情况。针对该故障，可以通过现场检查电容式电压互感器本体，如果出现严重喷油漏油以及冒烟着火的情况，则是电容式电压互感器本体出现了故障。如果没有出现就继续检查电容式电压互感器套管，如果没有出现严重破裂或者是火花放电的现象，就继续检查支持瓷瓶是否断裂或者是否出现裂纹。通过听取电容式电压互感器本体内部的声音是否正常，是否出现放电声，来对一次回路是否出现连接不良的情况来进行判断。

3.3 二次电路连接不良也可能导致二次电压异常

造成二次回路接连不良的原因可能是隔离开关的辅助接点出现接触不良的情况，或者是二次保险丝出现熔断和接触不良的情况。通过对中央信号屏的电压进行检测，可以发现二次电路连接端的接触良好，电压也属于正常状态，也没有放电打火的现象。继续对电容式电压互感器的二次保险进行检测，测量发现，保险的上下口电压保持一致，因此保险熔断或接触不良的可能也被排除了。最后对电容式电压互感器的刀闸辅助接点进行检测，测量发现电压也处于正常状态，且没有出现接触不良的现象，因此由于二次回路连接不良而导致二次电压异常的可能被排除。

3.4 由于电容介质被击穿

在制造电容器元件的过程中，由于绝缘薄，导致电容器原件容易放电，致使电容介质被击穿。通过对故障电容式电压互感器进行解体检查，可以发现在引箔片的边缘部位，其电场分布并不是匀强电场。当将引箔片切成长方形时，其边缘并不平整，而是会出现毛刺，这主要是由于在制作的过程中，没有对其进行处理或处理得不够好。当使用较硬的铝箔制作引箔片时，将制好的引箔片插入到电容元件的卷绕过程，是不符合操作工艺要求的，而且引箔片尖角可能会将薄膜刺伤。由于电容串联形成了C1、C2电容，对C1和C2两侧的电压进行检测，确定是C1还是C2发生故障，或者是二者都发生故障。当电容介质被电流击穿而造成短路后，将会减少自身的电容分压，从而导致电容式电压互感器两侧的输出电压降低。3.5 阻尼回路电容损坏导致异常

目前电容式电压互感器的阻尼器主要有谐振型和速饱和电抗型两种，相对而言，谐振型应用更为广泛。由于谐振型电容器外部焊接的密封性较差，导致其内部容易进油，而电容元件的金属膜会与油发生反应，导致元件击穿，二次电压异常。

3.6 阻尼回路避雷器损坏导致异常

通过对故障的阻尼回路避雷器进行过电流加热的方法测量整体误差，检验避雷器是否损坏。一般导致避雷器损坏的原因主要是避雷器本身存在的质量问题，在其性能不稳定的情况下很容易被击穿，除此之外，电容式电压互感器的铁磁谐振也会导致避雷器损坏击穿，从而最终影响二次电压。

4 电容式电压互感器二次电压异常的解决对策和运维策略

当电容式电压互感器运行时，要加强对其的的红外跟踪检测，以及时发现电容式电压互感器的内部制热型缺陷，并测量在相同的运行工况下，同类设备出现的的温差变化。当电容式电压互感器处于运行中，应当对其进行密封检查，并及时检测密封垫情况，以防止由于密封垫老化渗水，而导致电容分压器受潮，并最终使电容元件损坏。当电容式电压互感器处于运行中时，要加强对二次电压的监视，及时发现二次电压的变化情况，并做出合理判断来解决二次电压异常。分析比对试验数据，并加强预试定检，对同厂家和同类产品以及相同变电站内的不同设备进行试验数据比对，以及时检测出具有缺陷的设备，并对设备可能出现的故障进行预防，从而确保电网能够稳定持续运行。厂家应当严格把关设备的制作工艺，在设备监造和设备出厂试验，以及交接验收试验的过程中，要保证设备的质量。

5 结论

在我国的电力系统中，电容式电压互感器得到了广泛应用。但是电容式电压互感器在应用过程中也存在着一些问题，尤其是二次电压异常的故障，已经成为

其应用过程中急需解决的难题。除及时检测电容式电压互感器的二次电压外，我们还应当对电容式电压互感器可能出现的故障做出有效预防，并通过自动化技术实时监测其运行情况，以保证电力设备的安全运行。

参考文献：

[1]孙鹏，陈舒.电容式电压互感器二次电压升高分析及处理[J].电工文摘，2014（02）.

[2]乔立凤，高敬更.电容式电压互感器二次电压异常分析处理[J].电子测量技术，2013（2）.

[3]范淑霞.电容式电压互感器二次电压异常分析及处理[J].河北电力技术，2011（3）1.

[4]谭其勇.电容式电压互感器二次电压异常分析与处理[J].电子技术与软件工程，2015（06）.