电容式电互感器电磁单元典型故障与诊
断
【摘要】本文通过对电容式电压互感器结构介绍及电磁单元可能出现的故障进行分析汇总，为电容式电压互感器日常运行及维护，提供依据及保障。
【关键词】电容式电压互感器、发热、红外测温、绝缘试验，特性试验 【前言】随着电容式电压互感器广泛应用，在运行一段时间后，电磁单元因受环境腐蚀，设计工艺，制造水平问题影响，往往会出现一些异常状况。本文通过对电容式电压互感器电磁单元出现的几种异常状况，对故障设备进行试验及解体分析，剖析产生异常原因。为电容式电压互感器日常运行及维护，提供依据及保障。
【正文】
1.1电容电压互感器电磁单元结构
电容式电压互感器主要由两大部分（电容分压器和电磁单元）构成。 电磁单元位于铁壳箱体内，内部有中间变压器T、补偿电抗器L、阻尼器ZD和限压元件组成。补偿电抗器用于调整一、二次电压间的相位关系，补偿电容分压器容抗，减小综合内阻抗，提高电容式电压互感器的负荷能力。
阻尼器ZD构成一般有两种方式（谐振型和速饱和型）。 一种是谐振型阻尼器, 工作原理图如下图显示。
图1谐振阻尼器
另一种是速饱和型阻尼器，工作原理图如下图显示。
图2速饱和阻尼器
1.2电磁单元典型故障表征及检测 1.2.1中间变压器变比异常故障 1.
、电磁单元油箱密封胶圈老化，密封性能下降，潮气入侵，引起中间变压器受潮，造成中间变压器绕组匝间绝缘降低，变比异常。
缺陷表象：二次电压显示异常。
电容式电压互感器电磁单元油箱密封胶条因固定螺丝锈蚀导致密封压力不够，致使部分胶条裸露在空气中，引起密封胶条老化，致使潮气渗入电磁单元油箱内。通过潮气慢慢积累，致使中间压器匝间绝缘劣化，引起变比异常，造成二次电压显示异常。
具体案例：某电站110kV 某线路A相 TYD后台机二次电压显示异常。经排查确认故障定位在TYD本体。在现场停电检查时，发现主电容电容量及介损，绝缘电阻、二次绕组直流电阻测试均在合格范围内。但在变比测试时，设备无法加压，二次绕组及低压端绝缘电阻接近0MΩ。后在设备解体检查时，发现该TYD因投运年限长，二次油箱的密封胶条老化导致密封性能下降，致使绝缘油受潮，绝缘性能降低，引起中间变压器变比异常。该结果在后续的电磁单元的油箱绝缘油试验得到验证。
下附故障铭牌信息及试验结果，故障点情况
该电容式电压互感器型号为TYD110/√3-0.01H，出厂日期为1995年04月，投运日期1996年09月。
表 1绝缘电阻测量（单位：GΩ）
C1 C2 XL-N 末屏（N端）对地 中间变压器一次对二次、油箱及地 50 50 0.001 0.001 0.001 表2 tanδ及电容量测量
上一次（2013年）测试电容 (pF) 停电测试Cx (pF) tanδ (%) 电容相差(%) 接线方法 C1 29700 29790 0.084 0.3 自激法 C2 430 460 0.091 0.04 法 自激总电容 20329 20374 / 0.22 /
图3故障 TYD密封胶圈附近金属氧化生锈
2）、中间变压器空载损耗增大，引起中间变压器整体发热。缺陷表象：红外测温时，电磁单元油箱上下层油温有明显温差（3-5K温差）。
由于设计及制造工艺，运行中电磁振动原因，引起中间变压器空载损耗比出厂设计有明显增大，因为电磁单元油箱密封非常高。因中间变压器损耗产生的热量无法及时散发，因绝缘油热运动缘故，热量基本都聚集二次油箱顶部。
具体案例：某变电站110kV 某线路A相TYD 在日常夜巡时，二次油箱顶部发热，本体上下层油温差差4℃。如下图4所示。
图4 故障 TYD红外测温图
在现场停电检查发热原因查找时，发现主电容介损及电容量、极间绝缘电阻测试合格，中间变压器介损测试无异常，二次绕组绝缘电阻测试合格，变比测试无异常。电磁单元油箱的绝缘油测试，发现低温发热。后经停电解体检查发现中间变压器设计原因，导致铁芯在长期运行后，硅钢片容易鼓包，导致铁芯损耗增加，中间变压器整体发热。由于二次油箱处于密封状态，中间变压器的热量无法散发，只能油箱顶部聚集，导致上下层油产生温差。
下附故障铭牌信息及试验结果，故障点情况。
该电容式电压互感器型号为TYD110/√3-0.02H，出厂日期为2005年04月，投运日期2011年09月。
表3 绝缘电阻测量（单位：GΩ）
C1 C2 XL-N 末屏（N端）对地 中间变压器一次对二次、油箱及地 102 113 143 145 115 表4 tanδ及电容量测量
上一次（2013年）测试电容 (pF) 停电测试Cx (pF) tanδ (%) 电容相差(%) 接线方法 C1 29700 29790 0.084 0.3 自激法 C2 430 460 0.091 0.04 法 自激总电容 20329 20374 / 0.22 /
图5故障TYD中间变压器，有明显鼓包
1.2.2阻尼装置故障
1）、阻尼装置中的原件损坏导致，谐振器失谐，通过阻尼装置中电阻元件，电流增大，引起阻尼装置发热。
2）、阻尼器在运行时，电磁振动导致阻尼器原件与油箱壳体短接，导阻尼装置与油箱表面形成环流，引起发热。
上述两种缺陷表象：红外测温时，阻尼装置缺陷处于早期，会在缺陷点附近形成一个点状发热，阻尼装置缺陷处于中后期，上下层油温有明显温差（3-5K温差）。
具体案例1（阻尼装置损坏）：某变电站110kV 金石乙线线路A相 TYD在运行时，对其进行红外测温发现，油箱上下层油温有明显温差。如下图所示
图6、故障A相 TYD红外测温图
在停电检查试验发现所有绝缘项目均合格试验项目均合格。在解体检查时，对阻尼谐振装置电容、电感线圈及电阻分别进行测试，经换算发现该谐振装置已失谐，导致有大电流流经阻尼装置，引起电阻发热。
下附故障铭牌信息及试验结果
该电容式电压互感器型号为TYD110/√3-0.02H，出厂日期为1994年05月，投运日期1995年08月。
表5绝缘电阻测量（单位：GΩ）
C1 C2 XL-N 末屏（N端）对地 中间变压器一次对二次、油箱及地 .9 113 143 145 115 表6 tanδ及电容量测量
停电 tanδ (%) 电容相差(%) 测试Cx (pF) 接线方法 C1 12500 0.3 0.3 自激法 C2 51190 0.277 0.04 法 自激总电容 9974 / 0.22 / 中间变压器二次辅助绕组阻尼器单元
电容：288.4μF 电阻：9.038Ω 电感：38.72mH ，经换算，该装置处于失谐状态。导致阻尼装置有电流经纯电阻引起发热。
具体案例2（阻尼装置接地形成环流）：某变电站220kV 某PT A相在运行时，对其进行红外测温发现，油箱中部有点状发热如下图9所示。
图7、故障PT红外测温图
在停电检查试验发现所有试验项目均合格。在解体检查时，发现阻尼电阻由电阻丝缠绕在环氧筒上制成，环氧筒两端通过固定螺栓固定在底部金属板上。其中靠近油箱壁一侧的阻尼电阻有一端固定螺丝杆已与油箱内壁接触。在此情况下，箱体底板-速饱和电抗器拉紧螺杆-电阻器金属板-电阻螺丝杆-箱体侧板形成了穿过速饱和电抗铁芯的磁通闭合回路，导致在回路中产生感应电流，感应电流回路示意图10所示。由于电阻器螺丝杆与内壁贴靠的部位接触不良，发热量大，所以该处发热温度最高，红外测温时呈发热光点。
下附故障铭牌信息及试验结果，故障点情况。
该电容式电压互感器型号为WVB220-10H，出厂日期为2002年08月，投运日期2002年12月。
表7 绝缘电阻测量（单位：GΩ）
C11 C1CX末屏中间变压器一次对2 2 L-N （N端）对地 二次、油箱及地 80 80 80 0 880 80 表8 tanδ及电容量测量
上一次（2013年）测试电容 (pF) 停电测试Cx (pF) tanδ (%) 电容相差(%) 接线方法 C11 19776 19840 0.057 0.32 法 反接C12 28310 28230 0.063 -0.28 法 自激C2 67520 67680 0.091 -0.81 法 自激总电容 19816 20374 / 0.22 /
图9、电阻器固定螺栓与油箱相对位置图
图10、感应电流示意图
通过上述案例，可以发现在正常情况导致电磁引起故障的主要有三方面的原因。
一、是产品运行年限长，由运行维护人员对设备外壳维护不到位，锈蚀，导致油箱气密性下降，导致电磁单元内部受潮，引起设备发热，或者二次电压显示异常。
二、是生产工艺不精，从湛江某站坡田乙线 A相TYD案例中的中间变压器硅钢片鼓包及结构外观，可以看出该款产品中间变压器有明显加工工艺不精。该款中间变压器易产生鼓包。
三、是产品设计考虑不周，从东莞某站220kV I母间隔221PT A相案例中，可以确认是设计在设计过程，忽略考虑电磁振动力的影响，导致产品在运行时，阻尼装置发生位移形成环流造成发热。
检修试验人员在日常检修维护中查找电容式电压互感器电磁单元故障提供经验及思路，希望能有效提高我们检修试验人员查找故障能力。
【结束语】
本文阐述电容式电压互感器电磁单元已形成缺陷主要有三方面。介绍电磁单元有文中提到故障现象，应该如何查找故障点。
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红外测试导则DLT 6-2016
