某大型水电站电压互感器性能分析及换代选型研究

某大型水电站电压互感器性能分析及换代选型研究

陈坤姜少斌陈宇

（雅砻江流域水电开发有限公司四川攀枝花617000）

摘要：某水电站投运20年，设备逐渐进入老化阶段，缺陷增多，维护及测试均表明部分互感器性能已有所下降，而原有型号备品备件面临淘汰停产。为应对设备老化及备品需求，该站结合电压互感器运行维护实际，对站内电压互感器开展性能研究工作，进行了换代选型技术初步探索工作，为寻求替代产品提供依据。

关键词：电压互感器；性能分析；设备缺陷；换代选型

1概述

电压互感器是电力系统重要的组成设备之一，是系统保护、测量、仪表装置电压信号的重要来源。水电站的电压互感器电压等级多、设置量大、重要性高、运维复杂等特点。某大型水电站电压互感器共有6kV、18kV和500kV三个电压等级，含电磁式电压互感器和电容式电压互感器，共装设数量近两百台。该站部分安装于设备内部，无法进行全面细致的检查，无法及时发现绝缘缺陷，这增加了运行风险。同时，根据历年对电压互感器开展的预防性试验数据分析，部分电压互感器存在设计缺陷，已经不满足当前国家相关规程要求。而在运行过程中，特殊区域使用的电压互感器发生过多起故障，对电力生产造成一定的影响。因此，在设备全面进入老化期前，开展电压互感器的性能分析，为寻求替代产品提供做好基础工作，对该站而言具有重要意义。

2电压互感器运维情况及性能分析

（1）500kV电压互感器

该站500kV等级电压互感器共有两种类型，GIS开关站内配置的是500kV电磁式电压互感器，出线场配置的是电容式电压互感器。

500kV电磁式电压互感器为六氟化硫气体绝缘GIS用电磁式电压互感器，为罐体、倒立式。按要求每周开展巡视检查，检查内容为互感器所在气隔六氟化硫压力等情况。同时，根据检修规程要求，执行定期维护与状态检修相结合的方式开展维护工作，主要的检修内容包括外观检查、二次绕组引线端子检查、预防性试验。

500kV电容式电压互感器共5组，兼作载波通信的耦合电容器之用。除每周开展巡视检查外，根据电网线路检修周期，在线路停电期间同步开展检查维护，并结合状态检修要求进行设备检查预试。

另外，应用红外谱图技术及紫外技术定期巡查设备，并开展误差测试及精度测试，500kV电压互感器运行性能较好，未发生过任何缺陷。

图一CVT红外谱图

（2）18kV电压互感器

18kV电压互感器为半绝缘结构，设置于发电机出口及主变压器低压侧，为机组安全运行提供保护、测量相关信号，其维护消缺均需机组停电后方可开展，其安全可靠运行具有重要作用。对18kV电压互感器开展的维护项目主要包括：检查高、低侧压引线接头有无过热及烧伤现象，检查高压侧熔断器完好性，及二次绕组引出线接线牢固情况等等。每三年开展一次预防性试验，试验项目包括：一次、二次绕组绝缘电阻测试和直流电阻测量，互感器变比测试、励磁特性试验，一次绕组感应耐压试验等。

18kV电压互感器总体运行稳定，未发生过事故和故障。根据现行规程要求，半绝缘性电压互感器高压侧尾端应具备一定的绝缘能力，并能够通过一定电压等级的工频交流耐压试验。根据试验结果，该站90台该类互感器中，29个高压侧绕组对地绝缘值为零。另外，根据互感器检定规程的要求，出口18kVPT每10年进行一次检定，根据检定结果该站有2台互感器比差轻微超差。

（3）6kV电压互感器

该站6kVPT的定期检修维护及试验与母线一并开展，每3年一次，主要项目为外观、绕组引出线检查以及预防性试验。根据以往检修及消缺工作统计，全站6kV母线电压互感器中，发生故障及缺陷的主要集中Ⅱ段、Ⅶ段、Ⅷ段，根据统计，历年共发生典型缺陷10余次，其中绝缘损坏2次，因相间电压不平衡故障1次，因谐振造成PT损坏7次。缺陷主要发生在2010年以后，表明设备老化现象凸显。

综上所述，该站500kV等级的互感器性能、状态良好；18kV等级互感器虽未发生过故障，但部分指标已不能满足当前规程要求；6kV系统电压互感器发生过多次故障，主要为外部刺激引发谐振等原因导致，性能及运行情况较差。

3互感器技术新技术及产品

电子式互感器是利用电子测量技术和光纤传感技术来实现电力系统电流、电压测量的新型互感器，是互感器重要发展趋势之一。它包括基于光学传感原理的互感器，也包括其它各种利用电子测试原理的电压互感器。电子式互感器的种类很多，但大致可分为有源型和无源型两种。

图四一种电子式电流互感器的结构示意图

其次，电磁兼容式电压互感器是在传统的电磁电压互感器的基础上从内部改进而成，其核心是使电压互感器的空载特性呈容性，兼有电容式电压互感器的优点，不产生谐振。在实际应用中，当投入与电磁电压互感器相并联的一条线路时，正在发生的谐振的过电压立即消除。带上与电磁电压互感器相并联的线路，再去操作有断口电容的开关，也可以不发生谐振。

设备换代时，选取新式互感器前应充分论证，谨慎选用。

4互感器换代选型建议

电压互感器的选型，应首先满足当前互感器的功能和使用要求，并在励磁特性、绝缘电阻、比差角差、二次负载、使用类型等传统性能满足要求的前提下，充分考虑实际历史运行经验及换型远景要求，并尽可能利用互感器技术材料及制造技术发展成果进行选型工作。综合该站系统特点及运行环境，提出选型建议如下。

1.该站500kV电压互感器在系统中处于极重要的位置，电压高、选型技术难度较大，开展选型换代工作时应充分依靠技术力量雄厚的设计单位，同时考虑到GIS电磁式电压互感器为GIS成套设备一部分，选型时应协商生产厂家，在全面技术论证的基础上进行选型，同时选型时可参考电子式电压互感器等新技术的应用。

2.该站18kV出口电压互感器对机组的运行至关重要，新型号的互感器务必在精度、励磁特性、稳定性等方面具有优良的品质，以确保机组保护、测量等重要信号的正确无误。

3.该站18kV出口电压互感器安装在小车上，新产品重量不得超过小车的承重能力，因小车上安装空间有限、电压等级相对较高，故需根据设计原则满足空间距离要求，并方便安装及后期维护。

4.选型须满足最新国家规程要求，对互感器生产制造工艺、绝缘浇筑材料须提出要求。例如电压互感器的磁饱和电压应该不低于2倍的额定电压，以保证电压波动时有准确的二次电压输出而不发生畸变，而绝缘材料玻璃态温度参数需满足一定的要求。

5.该站6kV系统电压互感器的缺陷主要集中在厂用电Ⅱ段、Ⅶ段、Ⅷ段母线处，其易受雷电波冲击而发生谐振损坏互感器，故选型时应有针对性地采取措施，比如考虑加装配套的消除谐振的装置。

6.传统电站的换代选型时，应充分重视可靠性、兼容性，新式互感器应慎重必选研究。总的来说，老电站换代互感器，首选的方案依然是谋求新材料的技术进步和制造工艺的改进。

5小结

本文对某大型水电站全站各电压等级的电压互感器性能现状进行了分析总结，对设备缺陷以及历史遗留问题进行梳理和分类，结合国家及行业内现行规程规范相关要求，明确了电压互感器换代选型需要解决的问题，强调了换型互感器需要实现的功能，为该站电压互感器选型提供参考。

参考文献：

[1]徐兵.电子式电流互感器在政平换流站的应用与分析［J］.高电压技术，2006，32（9）：170-172.

[2]贾巍，曹津平，李伟.数字化变电站中过程层的技术研究［J］.电力自动化设备，2008，28（10）：71-74.

作者简介：

陈坤（1985-），男，贵州威宁人，工程师，从事电力设备维护工作；姜少斌（1988-），男，陕西西安人，工程师，从事电力设备维护工作；陈宇（1992-），男，四川德阳人，助理工程师，从事电力设备维护工作。