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        一起220 kV電流互感器故障原因分析

        2022-06-10 01:57:32付麗君關艷玲
        黑龍江電力 2022年1期
        關鍵詞:油位互感器絕緣

        付麗君,陸 昊,關艷玲,衛(wèi) 兵

        (1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院,哈爾濱 150030; 2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司,哈爾濱150001)

        0 引 言

        電流互感器在電力系統(tǒng)設備中起著非常重要的作用,它可以將一次側(cè)電流轉(zhuǎn)換成可供測量、保護或控制等儀器、儀表或繼電保護裝置使用的二次側(cè)電流,其運行的可靠性直接關系到電網(wǎng)能否安全穩(wěn)定運行[1-3]。目前,電流互感器在電網(wǎng)中大量應用,其設計結(jié)構(gòu)、制造工藝及運行維護水平造成設備內(nèi)部放電故障甚至事故的情況時有發(fā)生[4]。220 kV 及以下電壓等級主要使用油浸式電流互感器,當設備發(fā)生故障時,液體絕緣介質(zhì)可能會引發(fā)設備爆炸起火,給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來嚴重危害[5]。

        1 故障情況

        2019年10月7日,新勝變電站220 kV新牽丁線8024 A相電流互感器油位異常增長,油位指示超出上限。該電流互感器型號為LB7-220W3,出廠日期為2019年6月,投運日期為2019年6月,剛投運時監(jiān)測油中溶解氣體含量無異常。電流互感器發(fā)現(xiàn)異常后,對異常電流互感器以及相同生產(chǎn)廠家的其他電流互感器進行油中溶解氣體含量檢測,發(fā)現(xiàn)新牽丁線8024 A相、新牽丁線8024 B相、新牽丙線8023 B相(以下簡稱新牽丁線A相、新牽丁線B相、新牽丙線B相)電流互感器油中溶解氣體都存在異常情況(見表1),初步判斷為內(nèi)部局部過熱兼放電故障。

        表1 油中溶解氣體檢測Table 1 Detection of dissolved gas in oil 單位:μL/L

        2 解體檢查

        2019年11月5日,對新勝變各故障電流互感器進行返廠解體檢查。解體檢查情況:設備膨脹器膨脹節(jié)有變形拉伸,瓷套無破損、緊固件無松動;一次端子內(nèi)部連接緊固無松動,無過熱現(xiàn)象,末屏端子、二次繞組各端子緊固無松動、無異常;器身表面完好、無異常,油箱內(nèi)部清潔完好;一次繞組絕緣包扎緊實,高壓電纜紙完全浸油,無放電痕跡,屏間絕緣清潔,無鋁屑等雜質(zhì)。將在設備生產(chǎn)過程追溯及解剖中發(fā)現(xiàn)的問題,總結(jié)如下。

        2.1 設備真空干燥記錄檢查中發(fā)現(xiàn)的問題

        1)設備編號與數(shù)量不符,編號存在遺漏,與裝機容量總數(shù)不對應。

        2)設備整個干燥過程220 h,在累計時間第 57 h 停電一次,累計停電時間2 h;在累計時間第88 h停氣一次,累計停氣時間70 min(干燥罐通過蒸汽加熱),但總體真空干燥時間符合工藝要求。

        3)設備真空干燥工藝規(guī)定,在設備結(jié)束真空干燥之前,應通過三次露點測試,并且三次露點測試溫度均超過-60 ℃,可確定完成干燥過程,允許裝配。按照真空干燥記錄,露點溫度均為-60 ℃,測試數(shù)據(jù)值得商榷。

        4)設備工藝規(guī)定,真空干燥結(jié)束后,破空溫度應在(45±5) ℃。該罐設備破空溫度最高為89 ℃,不符合工藝要求。

        2.2 設備一次主絕緣解體中發(fā)現(xiàn)的問題

        1)3臺設備主屏為打孔鋁箔包繞,圖紙規(guī)定鋁箔為1/3疊包繞,在解體中發(fā)現(xiàn)局部包繞不平整,鋁箔疊積達到3層。疊積處鋁箔氧化明顯,如圖1所示。

        圖1 打孔鋁箔包繞缺陷圖Fig.1 Defect diagram of perforated aluminum foil wrapping

        2)3臺設備部分主屏及端屏位置存在一定的偏差,超出圖樣規(guī)定;部分絕緣存在褶皺,如圖2所示。

        圖2 絕緣缺陷圖Fig.2 Insulation defect diagram

        3)3臺設備主屏端部及端屏部位加強絕緣不符合圖樣要求,圖樣規(guī)定為2/3疊一層加上3/4疊一層,實際包繞為2/3疊兩層(絕緣紙厚度為0.13 mm),如圖3所示。

        圖3 加強絕緣缺陷圖Fig.3 Reinforced insulation defect diagram

        4)新牽丁線A相設備,P2側(cè)7主屏到3主屏兩端屏之間變壓器油劣化明顯,油質(zhì)發(fā)黏,如圖4所示。

        圖4 新牽丁線A相設備變壓器油劣化圖Fig.4 Transformer oil deterioration diagram

        5)新牽丁線B相設備,P2側(cè)3主屏3端屏到1主屏之間變壓器油劣化明顯,油質(zhì)發(fā)黏,如圖5所示。

        圖5 新牽丁線B相設備變壓器油劣化圖Fig.5 Transformer oil deterioration diagram

        6)新牽丙線B相設備,P1側(cè)4主屏到2主屏兩端屏之間變壓器油劣化明顯,油質(zhì)發(fā)黏,如圖6所示。

        圖6 新牽丙線B相設備變壓器油劣化圖Fig.6 Transformer oil deterioration diagram

        7)新牽丁線B相設備和新牽丙線B相設備在解體前經(jīng)過長時間高壓試驗,在解體中發(fā)現(xiàn)P1、P2側(cè)溫度相差明顯。新牽丁線B相設備P1、P2側(cè)相差5 ℃左右,新牽丙線B相設備P1、P2側(cè)相差2 ℃左右,如圖7、圖8所示。

        圖7 新牽丁線B相設備溫差圖Fig.7 Temperature difference diagram of phase B equipment of Xinqian IV line

        圖8 新牽丙線B相設備溫差圖Fig.8 Temperature difference diagram of phase B equipment of Xinqian III line

        3 故障原因分析

        局部絕緣受潮(介質(zhì)損耗增加)、絕緣包扎偏差(電場分布不均),造成設備運行中發(fā)生局部過熱、水分解、局部放電現(xiàn)象。局部放電和過熱的加劇,導致絕緣油劣化和大量氣體析出。

        3.1 主絕緣干燥過程偏差

        追溯發(fā)現(xiàn),3臺缺陷設備為放置在同一干燥罐內(nèi)進行同批次處理,通過查詢本批設備的真空干燥過程記錄,發(fā)現(xiàn)在真空干燥處理過程中,存在一定的偏差。如停電、停氣等過程,露點測試數(shù)據(jù)存疑,干燥罐破空時溫度過高,新牽丁線B相和新牽丙線B相電流互感器解體發(fā)現(xiàn)的油質(zhì)發(fā)粘部位均在內(nèi)層絕緣中,說明破空溫度過高,空氣中水分通過一次導體,致使內(nèi)層絕緣吸潮。以上過程偏差的累計極易導致主絕緣內(nèi)部存在局部干燥不徹底現(xiàn)象發(fā)生。

        3.2 主絕緣包扎偏差

        該設備為油紙電容型絕緣結(jié)構(gòu),通過在絕緣中設置一定數(shù)量的主屏及端屏,以達到均勻電場的目的。主屏的設置,可以實現(xiàn)設備的徑向電場均勻分布,但是端部電場是相對不均勻的。為了改善端部電場結(jié)構(gòu),在主屏之間設定數(shù)個端屏,以改善軸向電場分布。為了提高設備的局部放電水平,在主屏端部和端屏部位,設置加強絕緣。設備端部耐受電場強度同屏間梯差成正比,同端屏的長度成反比,測量中發(fā)現(xiàn),最大屏間梯差與圖樣規(guī)定相差7.5 mm,降低局部放電水平達4.3%。從一次主絕緣解體過程中發(fā)現(xiàn),端部加強絕緣不符合圖樣要求,每處缺少一層紙,降低局部放電水平10%。

        由于主屏打孔鋁箔重疊部位較多,以致主屏打孔鋁箔的孔被遮蓋,在影響干燥、注油效率同時,設備局部絕緣的呼吸性能下降,容易導致局部形成相對封閉的小空間。

        綜合絕緣解體測量分析,因屏間梯差較大及加強絕緣偏少,嚴重影響設備局部放電水平。

        3.3 變壓器油色譜數(shù)據(jù)

        從各設備變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)可以看出,缺陷設備的特征氣體主要成分為H2和CH4,次要成分為C2H6、C2H4和C2H2,為內(nèi)部局部過熱兼放電故障。

        4 預防措施

        1)設備運行階段,充分利用油色譜分析等有效監(jiān)督手段,定期對電流互感器絕緣油中溶解氣體含量進行檢測。

        2)加強設備的巡檢工作,重點觀察油位的異常變化和膨脹器的外形變化,發(fā)現(xiàn)異常時應及時上報并取樣分析,對存在故障隱患的設備要及時更換。對油位較低的少油設備在冬季到來前應適量補油。寒冷地區(qū)冬季長期停運時,應有足夠油量,防止因油位降低影響設備安全運行。

        3)設備制造階段依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝,合理提高設計裕度,留足工藝誤差。提高對設備的工藝要求,努力改進結(jié)構(gòu)、工藝,進一步提高機包率和手工包繞水平。嚴格執(zhí)行各項工藝要求,保證工藝時間,尤其是浸油、干燥和試驗工藝等,從源頭上提高設備制造質(zhì)量。改進油樣閥門,實現(xiàn)運行中取油樣和帶電補充油。

        4)重視膨脹器容量的設計,并進行實際測試,改進油位標志,確保溫度變化時有充足油量補充。建議油位標志線僅設置最高和最低油位線,且最低油位線應在視窗內(nèi)最低位,防止誤判斷。由于膨脹器制造時波紋管及底座和防護外罩為成套供應,其油位指示應與其適應,如在互感器廠安裝錯誤,可能導致油位指示不正確,所以,必需保證其配套的準確性,以防止對油位的誤判斷。

        5)設備的交接驗收應嚴格開展,并將試驗結(jié)果與設備廠家和安裝單位的報告數(shù)據(jù)進行對比,發(fā)現(xiàn)較大差異時,查明原因,以盡早發(fā)現(xiàn)設備隱患。

        5 結(jié) 語

        對一起220 kV電流互感器故障原因進行分析,由設備解體檢查及分析可知,電氣設備生產(chǎn)過程中存在未嚴格執(zhí)行操作規(guī)程、國家標準及偷工減料的問題。該電流互感器故障事件警醒電氣設備生產(chǎn)廠家要嚴格執(zhí)行相關國家標準和操作規(guī)程,規(guī)范設計工藝,保證電氣設備的生產(chǎn)質(zhì)量。同時,購置電氣設備的單位也要嚴格把關招、投標等環(huán)節(jié),務必做好電氣設備的購買、交貨驗收等工作,進而保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

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