絕緣油試驗(yàn)判定充油電氣設(shè)備故障原因的方法分析

0引言

隨著電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,相關(guān)電氣設(shè)備更新?lián)Q代的速度也不斷加快。如何有效、準(zhǔn)確地對電氣設(shè)備進(jìn)行診斷己經(jīng)成為電氣設(shè)備維護(hù)的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的定期檢修模式己經(jīng)不能完全適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求,由此帶電狀態(tài)檢修機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生。相比于傳統(tǒng)的停電試驗(yàn),帶電檢測具有延長電力設(shè)備的使用壽命、診斷結(jié)果更加具有適用性和可信度等優(yōu)點(diǎn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,帶電檢測技術(shù)由于其特有的優(yōu)勢,逐漸成為對設(shè)備進(jìn)行缺陷排查、保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要手段,其在超前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、降低事故損失、提高工作效率、降低供電風(fēng)險(xiǎn)等方面具有重要意義^[1]。

在低電壓等級領(lǐng)域,為降低成本和危險(xiǎn)性,許多固體絕緣電氣設(shè)備己經(jīng)逐步取代充油電氣設(shè)備。但是,充油電氣設(shè)備由于其良好的絕緣性能,依然占據(jù)著高電壓等級電氣設(shè)備的主導(dǎo)地位。絕緣油不合格會妨礙電氣設(shè)備正常工作,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備故障,造成經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。所以,定期對設(shè)備的絕緣油進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)是一種重要的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)帶電檢測手段,當(dāng)充油設(shè)備發(fā)生故障時(shí),絕緣油的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果也能幫助判斷設(shè)備的故障類型。絕緣油不合格導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生故障的情況主要分為兩種:絕緣油劣化和絕緣油受潮^[2]。

1 絕緣油劣化

1.1 對電氣設(shè)備的影響

絕緣油隨著放置時(shí)間(惡劣環(huán)境)的增加其本身的絕緣性能會逐步下降,這種絕緣性能下降導(dǎo)致的結(jié)果就是絕緣油的劣化。

絕緣油劣化到一定程度后,將無法滿足電氣設(shè)備原有的絕緣性能需求,此時(shí),還在運(yùn)行中的電氣設(shè)備內(nèi)部就會在絕緣薄弱部位發(fā)生放電,從而演變成電氣故障。

1.2 實(shí)際案例

2017年8月,某110 kV變電站發(fā)出CT異常報(bào)警信號。檢修人員趕往現(xiàn)場,觀察流變外觀無明顯異常;利用紅外測溫,發(fā)現(xiàn)流變A相溫度異常,需要停電進(jìn)行相關(guān)檢查。

停電后對流變?nèi)噙M(jìn)行油樣采集,對三相油樣外觀觀察發(fā)現(xiàn)三相油樣顏色正常,無法通過外觀判斷油樣情況。隨后對所有油樣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

1.3 故障原因分析

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,A相油樣的色譜試驗(yàn),總烴明顯超標(biāo)。同時(shí),其擊穿電壓相較于B、C兩相也偏低,不符合合格標(biāo)準(zhǔn),但是微水值正常,排除油樣受潮的可能。初步推斷故障原因?yàn)锳相油樣劣化,導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度不足,流變A相在運(yùn)行過程中發(fā)生內(nèi)部持續(xù)放電現(xiàn)象,破壞了線圈繞組,導(dǎo)致流變A相不能正常工作,從而觸發(fā)報(bào)警信號^[3]。

2絕緣油受潮

2.1對電氣設(shè)備的影響

絕緣油在運(yùn)行過程中由于某種原因混入了非油物質(zhì),從而影響其絕緣性能,其中最常見的情況是水混入絕緣油造成絕緣油受潮^[4]。礦物絕緣油中,水的存在形式主要為3種形態(tài):游離態(tài)、分散態(tài)、溶解態(tài)^[5]。

2.1.1 游離態(tài)

游離態(tài)的水與絕緣油有較為明顯的界線(圖1),可以清晰地觀察到油、水分層現(xiàn)象。當(dāng)水分較少時(shí),水分會沉積在底部,電氣設(shè)備內(nèi)部的相關(guān)部件依然浸沒在絕緣油中,這樣的存在形式對設(shè)備的影響較小^[6]。

2.1.2分散態(tài)

分散態(tài)的水會以較小的水珠懸浮在絕緣油中的各部位(圖2),由于水分子為極性分子且各水珠的體積較小,在設(shè)備運(yùn)行過程中極易受到內(nèi)部電場的影響聚集形成水橋,從而形成放電通道。所以,分散態(tài)的水對于設(shè)備的絕緣性能危害很大。

2.1.3溶解態(tài)

溶解態(tài)的水會與油均勻地分布在一起(圖3),這樣的絕緣油也被稱為乳化油。此時(shí),油與水不會有明顯的分層,水分子反而不易在電場的作用下形成水橋,這種狀態(tài)的油水混合物絕緣性能反而要比分散態(tài)的油水混合物高,但仍然對于電氣設(shè)備危害較大。

2.2 實(shí)際案例

2020年3月30日,某220 kV變電站發(fā)PT斷線告警信號,運(yùn)行現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)220 kV副母線壓變A、C相電壓正常,B相電壓偏低(3 V左右),B相壓變異響,電磁單元輕微銹蝕。該設(shè)備上次停電修試 日期為2019年11月22日,上次紅外檢測日期為2019年8月,檢測結(jié)果無異常。

CVT電氣原理圖如圖4所示,C₁₁、C₁₂和C₂組成的電容分壓器疊裝在電磁單元油箱上。電磁單元的絕緣油與電容分壓器的絕緣油相互獨(dú)立。

設(shè)備停運(yùn)前進(jìn)行紅外精確測溫,發(fā)現(xiàn)B相電磁單元溫度同比異常(測試儀器Testo 890,輻射系數(shù)0.90,測試距離5 m,環(huán)境參照體溫度5 ℃,表面溫度32.5 ℃ ,正常相溫度7.7℃ ,溫差24.8K,天氣為小雨,環(huán)溫5℃,濕度90%,風(fēng)速0.5 m/s)。

停電后,對三相壓變均取油樣,取油樣過程中A、C兩相由于內(nèi)部壓力較低,絕緣油無法正常流出,需要打開壓變的排氣閥才能正常取油,而B相無須打開排氣閥就能取到油樣,其中B、C兩相的油樣外觀對比結(jié)果如圖5所示。

A相油樣與C相油樣的外觀無明顯差異,而由圖5中可以明顯看出,B相油樣渾濁。對A、B、C三相油 樣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.3 故障原因分析

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,對于油樣的色譜試驗(yàn),A、C兩相油樣較為正常,B相油樣總烴明顯超標(biāo)。微水檢測中,A、C兩相正常,B相油樣的微水測量結(jié)果高達(dá)126.6μg/g,由此可以判定B相油樣受潮。擊穿電壓的結(jié)果顯示,B相略微低于A、C兩相的擊穿電壓值,但仍處于合格范圍內(nèi)。從圖5可以看出,B相油樣渾濁,呈現(xiàn)明顯的乳化現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場檢查以及相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù),對故障過程進(jìn)行如下分析:

電壓互感器長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致密封不良,故障發(fā)生時(shí)天氣為暴雨,由于壓變運(yùn)行過程中環(huán)境溫度變化較大,油箱內(nèi)外壓差增大,設(shè)備表面的雨水在內(nèi)外壓差的作用下得以進(jìn)入油箱內(nèi)部。此時(shí)油中的水處于分散態(tài),由于水分子是極性分子,在內(nèi)部線圈產(chǎn)生的電場作用下會有序排列形成導(dǎo)電水橋,大幅度降低了內(nèi)部絕緣性能,造成二次繞組放電^[3]。

雨水中的硫化物和絕緣油在放電過程中發(fā)生了反應(yīng),產(chǎn)生了乳化劑的主要成分(十二烷基硫酸鈉等),進(jìn)而導(dǎo)致油水乳化,水分子在油中變?yōu)槿芙鈶B(tài),從而在電場作用下不易形成導(dǎo)電水橋,油的擊穿電壓反而變高了。由于水分子和油分子只是通過乳化劑相互形成穩(wěn)定的分子連接,水分子依然存在,所以微水試驗(yàn)依舊能檢測出水分。

3故障分析總結(jié)

充油類電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí),可以通過絕緣油試驗(yàn)幫助判斷故障類型。如果絕緣油存在問題,則需要區(qū)分絕緣油劣化和絕緣油受潮兩種情況。分辨兩種情況最為直接的試驗(yàn)為油擊穿電壓和微水試驗(yàn)。絕緣油劣化后油擊穿電壓會明顯降低,而且多次擊穿的電壓值呈現(xiàn)遞減狀態(tài);而絕緣油受潮的狀態(tài)下,設(shè)備內(nèi)部極有可能放電,水分子大概率以溶解態(tài)的形式存在,僅從擊穿電壓判斷無法確定絕緣油的好壞,而微水試驗(yàn)最能檢測出絕緣油是否受潮。絕緣油劣化和絕緣油受潮均能導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部絕緣不足而放電,從而使絕緣油分解出色譜檢測的烴類物質(zhì),所以色譜試驗(yàn)無法作為絕緣油故障的判定依據(jù)。

4結(jié)束語

本文通過對絕緣油劣化和絕緣油受潮兩種情況的討論,結(jié)合相關(guān)案例進(jìn)行分析,總結(jié)出了兩種情況下絕緣油試驗(yàn)結(jié)果特征,確定了絕緣油故障情況下,用于判斷故障類型的重要試驗(yàn)項(xiàng) 目,為以后相關(guān)的故障處理提供了參考依據(jù)。

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2024年第18期第16篇