数字化变电站智能变压器和智能断路器的故障分析

2014-12-23刘银曹彦朝

中国科技纵横 2014年24期

关键词：绕组断路器短路

刘银曹彦朝

(广东电网公司茂名供电局,广东茂名 525000)

数字化变电站智能变压器和智能断路器的故障分析

刘银曹彦朝

(广东电网公司茂名供电局,广东茂名 525000)

现代电网规模、容量和覆盖的范围越来越大,运行越来越接近极限,一旦发生故障将造成难以估计的损失。防止发生大面积停电事故需要解决的问题很多,发生故障后尽快找出故障位置、正确对事故进行处理并能及早恢复正常供电以减少停电损失便是一种有效手段。因此,通过研究数字化变电站中关键设备的原理和特性,充分利用数字化变电站的优势,逐步实现数字化变电站设备的故障诊断与分析,对于数字化变电站的正常运行具有重要的意义。

数字化变电站智能变压器智能断路器故障分析

数字化变电站智能变压器和智能断路器内出现的故障,常处于逐步发展的状态,同时大多又不是单一类型的故障,经常呈现伴随态或同时出现,需要认真分析和具体对待,因此本文将就智能变压器和智能断路器的常见故障进行探讨。

1 智能变压器的故障分析

1.1 短路故障

智能变压器短路故障是指智能变压器内部或者外部的各种短路故障,包括出口短路、内部引线或绕组间对地短路、以及相与相之间发生的短路。在智能变压器的正常运行中,出口短路造成的绕组变形,烧坏事故占很大一部分比例,而且造成的损失巨大,因此引起了电力部门的足够重视。随着电力系统的快速发展,变压器的短路电流越来越大,单台容量也在不断增大。在智能变压器突发的短路故障中,主要存在短路电流引起的绝缘过热和短路时的辐向力和轴向力引起的绕组损坏两方面的故障:

(1)短路电流引起绝缘过热:智能变压器突发短路时,在高压侧和低压侧可能同时流过为额定数值数十倍的短路电流,因此会产生很大的热量,使变压器发热,若变压器的热稳定性差,将会使变压的绝缘材料严重受损,引起变压器击穿或损毁事故。

(2)引起的绕组变形故障:在变压器出口短路时,变压器绕组将承受很大的轴向和辐向电动力,若短路电流小,保护动作及时正确,那么绕组的变形比较轻微,若短路电流大,保护动作延时甚至不动作,变形会很严重甚至造成绕组烧毁。对于轻微的变形,若不及时检修,在多次冲击后累积效应也会使变压器损坏。

1.2 放电故障

(1)智能变压器的局部放电。智能变压器的局部放电是指由于电场分布不均匀,局部电场过高,导致的局部放电或击穿现象。发生的原因主要有:油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔、外界环境的影响(例如油中含有杂质或外界温度高而使油中析出气泡)、加工制造质量不高和金属部件或导电体之间接触不良。测量局部放电的主要方法为电测法、超声测法和化学测法。

(2)智能变压器的火花放电。发生火花放电时放电能量密度大于10-6c数量级。引起火花放电的原因为:①悬浮电位引起火花放电。根据电场理论,具有悬浮电位的部件附近的场强较集中,往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化,也会使绝缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体,从而使绝缘油色谱分析结果超标;②油中杂质引起火花放电。油中含有杂质是引起变压器油中火花放电的主要原因,杂质的主要成分由水分和纤维质构成。水的介电常数比油的高的多,在电场中,杂质首先被极化并按电力方向排列在电极附近形成“小桥”。而杂质引起变压器油发生火花放电,与“小桥”的加热过程相联系:如果杂质足够并且极间距离不大,则可能连通两个电极,由于“小桥”的电导较大,沿“小桥”流过很大的电流,使“小桥”发热,“小桥”中的水分和附近的油化气,造成一个气体通道,从而发生火花放电。

(3)智能变压器的电弧放电。电弧放电属于高能量放电,电弧放电故障由于放电能量密度大,产气急剧,常以电子崩形式冲击电介质,经常造成绕组匝层间绝缘击穿,其次会造成引线断裂或对地闪络故障和分接开关飞弧故障等。

①电弧放电的影响:造成绝缘纸穿孔、烧焦,使金属材料变形甚至熔化烧毁,严重时会造成设备烧损,甚至发生爆炸事故。

②电弧放电的特征:出现电弧放电故障后,油中特征气体的主要成分是H2和C2H2,其次C2H6和CH4。当放电故障涉及到固体绝缘时,除了上述气体外,CO2和CO含量也会明显增加。事故一般无明显预兆,常以突发的形式暴露出来,事先难以预测。

1.3 铁芯故障

具有关资料统计,铁芯问题造成的故障比例,占智能变压器各类故障的第三位。造成智能变压器铁芯故障的原因有:安装、制造或大修过程中的疏忽,致使部件遗漏或本该不接触的地方接触了;铁心夹件、尺寸不对;铁心绝缘脱落;运输中定位钉未翻动或拆除;绝缘油泥污垢堵塞铁心散热通道等。

故障的影响有:铁芯局部过热烧坏,造成磁路短路,使铁芯损耗增加;铁芯局部过热,使变压器油分解性能下降;变压器内气体不断增加,可能使气体继电器动作跳闸事故。

2 智能断路器的故障分析

由于断路器的分合闸等过程涉及了很多电气及机械等方面的内容,故障的种类很多,一般根据断路器的结构,可以将断路器的故障分为灭弧室内的故障和操动机构及附件的故障。

根据灭弧室结构和灭弧介质的不同,SF6断路器灭弧室常见的故障有SF6气体含量超标、气体泄漏等;真空断路器灭弧室的常见故障为真空度的下降、触头磨损使接触电阻增大等故障;机械结构的故障更加繁多,有机械部件的磨损、卡滞、松动、脱落等等。

实现智能断路器在线诊断的方法很多,如铁谱分析、红外线分析、系统动态响应特性的测试分析、系统压力的动态测试、元件壳体的振动信号分析、超声波的分析等,这些方法原理各异,现场实施难度和成本也不同。因此如果要获取操动机构所有的状态特征既不现实,其经济性也是电力部门不能接受的。但是,如果能可靠地将断路器操动机构概率最大的故障检测到,或者按照概率因素分配监测系统资源和重要性权重,那么就既可以显著提高设备可靠性,又可以降低监测系统的复杂性,节省费用,其实用性价比也大大提高。