一起330kV电压互感器损坏引起线路电压异常分析

电压互感器是一种重要的变电站设备，主要用于测量线路电压、功率和电能，保障电网安全可靠运行。国网咸阳供电公司的研究人员权蒙、邹苗、侯亚为、刘航，在2021年第10期《电气技术》上撰文，介绍一起330kV线路电压互感器损坏导致线路电压异常的故障，并根据故障原因提出了相应的防范措施，提高电网运行的安全可靠性。为避免其他变电站发生类似电压异常提供借鉴。

电压互感器是变电站的一种重要电气设备，它的主要功能是测量线路电压、功率和电能，以及起到继电保护的作用。电容式电压互感器（capacitor voltage transformer, CVT）相较于传统电磁式电压互感器，具有制造简单、价格低、体积小、抗谐振等优点，在电力系统中广泛应用。CVT主要由高压、中压电容分压器和电磁单元组成。

电压互感器发生故障，可能会引起线路电压异常告警，危及电网安全运行，还可能造成计量精度不够，引起计量误差。为此，本文针对某330kV变电站电压互感器损坏引起线路电压异常的情况进行分析，从现场检查、试验检测、解体分析方面深入分析，确定该CVT因电容极板绝缘老化发生击穿造成二次电压异常，并提出有效的防范措施。

1 事件概况

2020年11月24日20:03，某330kV变电站监控显示“PT回路断线”异常告警信号。运维人员检查发现，某330kV线路B相电压较正常值高10%左右（显示二次电压69V，正常应为62V），C相电压略低（显示二次电压60V）。保护人员立即赶赴现场对B相电压互感器二次端子进行检测，发现保护、计量、开口绕组电压存在同时增大趋势，初步分析该电压互感器可能存在部分电容击穿情况。

故障设备基本情况：该电压互感器为CVT结构，型号为TYD2330/ —0.005H，绝缘类型为膜纸绝缘，1997年12月投运，已稳定运行22年。2020年11月26日，将该330kV线路电压互感器停电转检修；29日9:35，检修人员对该线路电压互感器进行三相更换，经试验、保护、计量专业检验合格后，于30日12:38顺利投运。

2 现场检查

2.1 外观检查、红外测温

24日监控发现异常后，运维人员立即对故障电压互感器进行外观检查，油位正常无渗漏，未发现明显放电和其他异常迹象。

24日至26日，运维人员多次对该电压互感器开展红外测温，A、B、C三相分压电容器温度分别为49℃、55℃、52℃，电磁单元温度分别为33℃、35℃、35℃，未发现明显发热点，电压和电流监测图如图1所示。

图1 电流和电压监测图

通过图1可以看出，二次电压正常值应为62V。但B相二次电压较正常值高10%左右，C相二次电压略低。

2.2 油色谱试验

27日，试验班对该电压互感器三相分别取样，检测特征气体含量，油色谱试验报告见表1。

表1 油色谱试验报告

从表1中可以看出，该电压互感器特征气体总烃体积分数比标准值（100μL/L）高，可能存在绝缘损坏情况，需要进一步检查。

2.3 电气试验

28日，试验班对该电压互感器进行以下试验项目。

1）绝缘电阻试验

使用2500V电动摇表对故障电压互感器电容单元和电磁单元分别进行绝缘电阻试验，绝缘电阻合格。电容单元绝缘电阻试验报告见表2。电磁单元绝缘电阻试验报告见表3。

表2 电容单元绝缘电阻试验报告

表3 电磁单元绝缘电阻试验报告

2）介质损耗与电容量试验

对于电容型电压互感器，介质损耗角（简称介损角）最直接地反映设备的绝缘状态。通过对高压电容型设备介损角的准确测量，可监测设备的绝缘状态，了解绝缘设备在物理和化学方面的状态变化，及时发现由于设备绝缘问题带来的潜在危险，从而避免危险事故的发生。

对该电压互感器电容单元分节进行电容量和介质损耗试验：三相介质损耗合格，B相上、中两节电容量初值差接近2%，C相下节电容量初值差较大。介质损耗与电容量试验报告见表4。

从试验数据分析，怀疑该线路B、C相电压互感器分压电容单元存在异常，可能是电容屏击穿引起对应分压电容单元介质损耗及电容量变化，造成二次电压异常。因此，建议对该电压互感器进行三相更换。

表4 介质损耗与电容量试验报告

2.4 解体检查

由设备厂家对拆除的B相电压互感器上、中、下节电容单元，C相电压互感器下节电容单元进行解体检查。电压互感器结构如图2所示。

图2 电压互感器结构

解体发现，该故障电压互感器上、下节电容单元各由86片电容极板组成，中节电容单元由于试验合格未进行解体，无法统计具体电容极板片数（假设为86片）。

电容分压器由高压电容C1和中压电容C2串联组成，其中高压电容C1由上节电容86片、中节电容86片（假设86片）、下节电容68片（上部分68片）电容极板串联组成，共计240片；中压电容C2由18片（下节电容的剩余18片）电容极板串联组成，电容极板以聚丙烯薄膜为介质与铝箔卷压而成。

膜纸绝缘结构是油浸式电压互感器内部绝缘的主要组成部分，直接、有效地诊断出电压互感器膜纸绝缘状态对电力系统安全可靠运行具有重要意义。绝缘材料表面粗糙度作为反映材料表面状态的重要参数，与材料的真空沿面闪络特性有着密切的联系。

1）B相上节击穿

B相上节发现1处明显击穿点（上节自上向下数第34片）如图3所示，86个电容极板中发现22个极板电容量异常。

图3 B相击穿点

2）C相下节击穿

C相下节发现两处明显击穿点（从上往下数C1第28片，C2第9片）如图4所示，下节共有86个电容单元，其中上部分68个极板属于高压电容C1，下部分18个极板属于中压电容C2。解体发现C1、C2各有一个击穿电容单元，如图4所示。

图4 C相击穿点

3 结论

根据现场外观检查、油化、电气试验及解体检查，可以确认故障原因为该电压互感器电容单元绝缘老化，在运行电压长期作用下，电容单元绝缘性能逐渐下降，导致局部发生电容层间击穿，并最终造成线路二次电压异常。针对故障原因，提出如下防范措施：

1）设备厂家应加强电压互感器制造过程的管控，特别是改善电容极板的选择与卷压、安装工艺。

2）运维人员应加强对电压互感器的巡视，特别是运行超过20年的电压互感器，发现设备异常数据时，及时上报。

3）检修人员应关注该厂同型号、同批次的电压互感器，根据检修、预试计划进行排查统计，如发现问题应及时处理，排除安全隐患。

4）对于运行超15年的备用空载线路的电压互感器，建议考虑在断路器处并联合闸电阻，以降低空载合闸过电压。合闸电阻一般约为几百欧姆，合闸过程中，先投入合闸电阻，10ms后电阻退出，然后合上断路器，分闸操作与此相反。这样可以减少老旧电压互感器发生损坏的概率。

本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“一起330kV电压互感器损坏引起线路电压异常分析”，作者为权蒙、邹苗 等。

本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“一起330kV电压互感器损坏引起线路电压异常分析”，作者为权蒙、邹苗等。