许皓淳
广东电网有限责任公司潮州供电局 521000
摘要：针对一起220kV线路电容式电压互感器（TYD）二次电压异常的故障，根据其故障现象及设备结构特点，对故障原因进行预想，通过对设备解体后的试验和试验数据分析，最终发现其故障为中间变压器一次绕组上并联的保护避雷器劣化后击穿失效所致。最后，对失效避雷器进行解剖及失效原因分析，并提出同类设备的故障隐患预防措施。
关键词：电容式电压互感器 保护避雷器 二次电压异常
0 引言
电容式电压互感器，是通过电容分压器的分压后经中间变压器降压，用以继电保护、计量、电压监测等，因其性能优越、经济实用，在电网中得到广泛运用。此文通过现场设备解体及试验数据分析发现故障原因，并提出针对此类故障的预防措施。
1故障现象及故障原因预想
设备电气原理图如下图所示，设备故障现象为二次输出电压异常，为4.4V，但又不为0。根据故障现象和设备结构，初步判断故障原因可能为：
①中间变压器故障，导致二次电压输出异常；
②保护避雷器被击穿，导致中间变压器一次侧短路接地失去电压差，二次电压输出异常。
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通过对中间变压器的试验，可以看出实测数据与理论数据相差很小，即中间变压器线圈正常，从而判断设备在运行中，两端电压符合产品设计要求，故排除因中压变压器线圈故障而导致的二次端子输出电压异常。
3.2保护避雷器试验及解体
将保护避雷器从设备电磁单元中拆下，并对其进行绝缘电阻测试，试验电压1000V，绝缘电阻为0MΩ。初步判断避雷器已被击穿，为证实此判断，对保护避雷器进行解体，解体后如下图所示：
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从图中红色框内可以看出，氧化锌阀片上已形成一道明显的烧灼痕迹，且其中两片已经出现断裂，疑似形成放电通道造成保护避雷器短路接地。
3.3 保护避雷器失效原因分析
氧化锌避雷器内部由氧化锌阀片组成，氧化锌阀片是一种多组分多晶陶瓷半导体，内部有孔，它以氧化锌为主要原料，并附加少量的金属添加剂，在充分混合后经高温焙烧而成。
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从避雷器解体情况上看，主要考虑是由阀片老化而引起的绝缘击穿。而氧化锌阀片的老化主要包括以下方面：
①热老化：
指由于工作环境温度过高，特别该避雷器作为TYD油箱内部件，由于一二次线圈发热导致绝缘油温度升高或者吸收过电压能量过多，引起氧化锌阀片的发热量增加以及功率损耗增大，一旦阀片发热量超过其散热能力，就会导致热崩溃。
②冲击老化：
指氧化锌阀片在冲击电流的作用下发生穿孔和破裂的现象。冲击老化主要是由于在冲击电流作用下，能量迅速注入阀片，造成阀片破坏。
③氧化锌阀片均一性差：
氧化锌避雷器阀片的均一性差，使得阀片电位分布不均匀。在运行一段时间后，部分阀片首先劣化，使避雷器参考电压下降，泄漏电流和功率损耗增加，避雷器其余正常阀片因负荷功率增加，负担加重，导致老化速度加快，形成恶性循环，最终导致热崩溃，造成避雷器击穿短路。
由于上述原因，氧化锌阀片的老化将造成泄漏电流上升，最终造成与瓷套（密封层）的内部放电，轻则引起避雷器短路接地，重则避雷器内部气体压力和温度急剧增高，引起避雷器本体爆炸。
4 结束语
通过此次故障设备的试验以及解体，判断故障是由于避雷器阀片老化击穿，导致中间变压器一次侧短路接地，从而导致二次端子输出电压异常。
经咨询厂家，此类结构的TYD已经被淘汰，但实际上电网中仍然有同类结构的TYD正处在运行状态，参考《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》(修订版)-2018版，第11.1.1.8电容式电压互感器的中间变压器高压侧不应装设氧化锌避雷器，应尽快将此类TYD尽早更换，避免类似情况发生。
针对无法及时更换的情况，应对此类设备进行以下预防措施：
1、利用红外热成像仪，对设备设备温度进行跟踪，并通过数据进行对比，掌握设备温度变化趋势，有助于及时发现内部缺陷。
2、加大日常巡视力度，及时把控设备运行状态，发现电压输出异常时采取应急措施。
3、定期进行油色谱分析，及时发现电磁单元的故障。