數(shù)字化變電站智能變壓器和智能斷路器的故障分析

劉銀 曹彥朝

(廣東電網(wǎng)公司茂名供電局,廣東茂名 525000)

數(shù)字化變電站智能變壓器和智能斷路器的故障分析

劉銀 曹彥朝

(廣東電網(wǎng)公司茂名供電局,廣東茂名 525000)

現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模、容量和覆蓋的范圍越來越大,運(yùn)行越來越接近極限,一旦發(fā)生故障將造成難以估計(jì)的損失。防止發(fā)生大面積停電事故需要解決的問題很多,發(fā)生故障后盡快找出故障位置、正確對(duì)事故進(jìn)行處理并能及早恢復(fù)正常供電以減少停電損失便是一種有效手段。因此,通過研究數(shù)字化變電站中關(guān)鍵設(shè)備的原理和特性,充分利用數(shù)字化變電站的優(yōu)勢(shì),逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站設(shè)備的故障診斷與分析,對(duì)于數(shù)字化變電站的正常運(yùn)行具有重要的意義。

數(shù)字化變電站 智能變壓器 智能斷路器 故障分析

數(shù)字化變電站智能變壓器和智能斷路器內(nèi)出現(xiàn)的故障,常處于逐步發(fā)展的狀態(tài),同時(shí)大多又不是單一類型的故障,經(jīng)常呈現(xiàn)伴隨態(tài)或同時(shí)出現(xiàn),需要認(rèn)真分析和具體對(duì)待,因此本文將就智能變壓器和智能斷路器的常見故障進(jìn)行探討。

1 智能變壓器的故障分析

1.1 短路故障

智能變壓器短路故障是指智能變壓器內(nèi)部或者外部的各種短路故障,包括出口短路、內(nèi)部引線或繞組間對(duì)地短路、以及相與相之間發(fā)生的短路。在智能變壓器的正常運(yùn)行中,出口短路造成的繞組變形,燒壞事故占很大一部分比例,而且造成的損失巨大,因此引起了電力部門的足夠重視。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,變壓器的短路電流越來越大,單臺(tái)容量也在不斷增大。在智能變壓器突發(fā)的短路故障中,主要存在短路電流引起的絕緣過熱和短路時(shí)的輻向力和軸向力引起的繞組損壞兩方面的故障:

(1)短路電流引起絕緣過熱:智能變壓器突發(fā)短路時(shí),在高壓側(cè)和低壓側(cè)可能同時(shí)流過為額定數(shù)值數(shù)十倍的短路電流,因此會(huì)產(chǎn)生很大的熱量,使變壓器發(fā)熱,若變壓器的熱穩(wěn)定性差,將會(huì)使變壓的絕緣材料嚴(yán)重受損,引起變壓器擊穿或損毀事故。

(2)引起的繞組變形故障:在變壓器出口短路時(shí),變壓器繞組將承受很大的軸向和輻向電動(dòng)力,若短路電流小,保護(hù)動(dòng)作及時(shí)正確,那么繞組的變形比較輕微,若短路電流大,保護(hù)動(dòng)作延時(shí)甚至不動(dòng)作,變形會(huì)很嚴(yán)重甚至造成繞組燒毀。對(duì)于輕微的變形,若不及時(shí)檢修,在多次沖擊后累積效應(yīng)也會(huì)使變壓器損壞。

1.2 放電故障

(1)智能變壓器的局部放電。智能變壓器的局部放電是指由于電場(chǎng)分布不均勻,局部電場(chǎng)過高,導(dǎo)致的局部放電或擊穿現(xiàn)象。發(fā)生的原因主要有:油中存在氣泡或固體絕緣材料中存在空穴或空腔、外界環(huán)境的影響(例如油中含有雜質(zhì)或外界溫度高而使油中析出氣泡)、加工制造質(zhì)量不高和金屬部件或?qū)щ婓w之間接觸不良。測(cè)量局部放電的主要方法為電測(cè)法、超聲測(cè)法和化學(xué)測(cè)法。

(2)智能變壓器的火花放電。發(fā)生火花放電時(shí)放電能量密度大于10-6c數(shù)量級(jí)。引起火花放電的原因?yàn)?①懸浮電位引起火花放電。根據(jù)電場(chǎng)理論,具有懸浮電位的部件附近的場(chǎng)強(qiáng)較集中,往往會(huì)逐漸燒壞周圍固體介質(zhì)或使之炭化,也會(huì)使絕緣油在懸浮電位作用下分解出大量特征氣體,從而使絕緣油色譜分析結(jié)果超標(biāo);②油中雜質(zhì)引起火花放電。油中含有雜質(zhì)是引起變壓器油中火花放電的主要原因,雜質(zhì)的主要成分由水分和纖維質(zhì)構(gòu)成。水的介電常數(shù)比油的高的多,在電場(chǎng)中,雜質(zhì)首先被極化并按電力方向排列在電極附近形成“小橋”。而雜質(zhì)引起變壓器油發(fā)生火花放電,與“小橋”的加熱過程相聯(lián)系:如果雜質(zhì)足夠并且極間距離不大,則可能連通兩個(gè)電極,由于“小橋”的電導(dǎo)較大,沿“小橋”流過很大的電流,使“小橋”發(fā)熱,“小橋”中的水分和附近的油化氣,造成一個(gè)氣體通道,從而發(fā)生火花放電。

(3)智能變壓器的電弧放電。電弧放電屬于高能量放電,電弧放電故障由于放電能量密度大,產(chǎn)氣急劇,常以電子崩形式?jīng)_擊電介質(zhì),經(jīng)常造成繞組匝層間絕緣擊穿,其次會(huì)造成引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)故障和分接開關(guān)飛弧故障等。

①電弧放電的影響:造成絕緣紙穿孔、燒焦,使金屬材料變形甚至熔化燒毀,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備燒損,甚至發(fā)生爆炸事故。

②電弧放電的特征:出現(xiàn)電弧放電故障后,油中特征氣體的主要成分是H2和C2H2,其次C2H6和CH4。當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣時(shí),除了上述氣體外,CO2和CO含量也會(huì)明顯增加。事故一般無明顯預(yù)兆,常以突發(fā)的形式暴露出來,事先難以預(yù)測(cè)。

1.3 鐵芯故障

具有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),鐵芯問題造成的故障比例,占智能變壓器各類故障的第三位。造成智能變壓器鐵芯故障的原因有:安裝、制造或大修過程中的疏忽,致使部件遺漏或本該不接觸的地方接觸了;鐵心夾件、尺寸不對(duì);鐵心絕緣脫落;運(yùn)輸中定位釘未翻動(dòng)或拆除;絕緣油泥污垢堵塞鐵心散熱通道等。

故障的影響有:鐵芯局部過熱燒壞,造成磁路短路,使鐵芯損耗增加;鐵芯局部過熱,使變壓器油分解性能下降;變壓器內(nèi)氣體不斷增加,可能使氣體繼電器動(dòng)作跳閘事故。

2 智能斷路器的故障分析

由于斷路器的分合閘等過程涉及了很多電氣及機(jī)械等方面的內(nèi)容,故障的種類很多,一般根據(jù)斷路器的結(jié)構(gòu),可以將斷路器的故障分為滅弧室內(nèi)的故障和操動(dòng)機(jī)構(gòu)及附件的故障。

根據(jù)滅弧室結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的不同,SF6斷路器滅弧室常見的故障有SF6氣體含量超標(biāo)、氣體泄漏等;真空斷路器滅弧室的常見故障為真空度的下降、觸頭磨損使接觸電阻增大等故障;機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障更加繁多,有機(jī)械部件的磨損、卡滯、松動(dòng)、脫落等等。

實(shí)現(xiàn)智能斷路器在線診斷的方法很多,如鐵譜分析、紅外線分析、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的測(cè)試分析、系統(tǒng)壓力的動(dòng)態(tài)測(cè)試、元件殼體的振動(dòng)信號(hào)分析、超聲波的分析等,這些方法原理各異,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度和成本也不同。因此如果要獲取操動(dòng)機(jī)構(gòu)所有的狀態(tài)特征既不現(xiàn)實(shí),其經(jīng)濟(jì)性也是電力部門不能接受的。但是,如果能可靠地將斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)概率最大的故障檢測(cè)到,或者按照概率因素分配監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資源和重要性權(quán)重,那么就既可以顯著提高設(shè)備可靠性,又可以降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性,節(jié)省費(fèi)用,其實(shí)用性價(jià)比也大大提高。

3 結(jié)語

在數(shù)字化變電站中存在大量需要監(jiān)測(cè)診斷的對(duì)象,而且對(duì)象分布在整個(gè)變電站中,傳統(tǒng)的單一的故障診斷方法很難實(shí)現(xiàn)良好的故障診斷效果。數(shù)字化變電站的一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)就在于它的信息的共享性和互操作性,利用全站的信息進(jìn)行智能變壓器、智能斷路器等設(shè)備的故障診斷與分析是診斷方面的一個(gè)進(jìn)步,也是數(shù)字化變電站的發(fā)展趨勢(shì)。

[1]趙永俊,趙書濤．基于智能巡視系統(tǒng)的變壓器故障診斷方法[J]．河北電力技術(shù),2013(1)．

[2]李斌,徐建源.變壓器油中溶解氣體的多智能體故障診斷方法[J].中國電力,2011(2)．

[3]段迎春.智能斷路器的保護(hù)作用與實(shí)現(xiàn)方法探析[J].電子制作,2013(22)．

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(K-GD2012-221)。

劉銀(1983—),男,本科,天津人,工程師,主要從事電力一次設(shè)備技術(shù)研究及管理工作;曹彥朝(1980—),男,碩士,工程師,長期從事繼電保護(hù)及智能變電站技術(shù)研究。