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SF6电流互感器的故障原因及预防性措施

jiang_0514  发表于 2009/8/26 16:12:40      1487 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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SF6电流互感器的故障原因及预防性措施
作者:宁夏电力科技教育工程院 吴旭涛 艾绍贵 樊益平 严南征  来源:输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第80期
  摘要:SF6电流互感器的故障类型主要包括:主绝缘击穿、内部放电、瓷套断裂、防爆膜破裂、气体泄漏、气体受潮、二次接线板老化、二次引线绝缘破损等8种。设备材料和零部件的质量不良以及装配质量不良是SF6电流互感器在运行中发生故障的主要原因,不当的运输和吊装也会给SF6电流互感器留下故障隐患。为了有效地防止SF6电流互感器故障的发生,生产厂家应选择质量优异的材料和零部件,加强工艺管理,并严格进行检验,提高设备的制造水平。设备的运输应严格按照相应的技术标准进行。运行单位则应加强设备的交接验收,定期开展设备的预防性试验。
  
  关键词:SF6 电流互感器 故障原因 预防性措施
  
  1前言

  
  SF6电流互感器是近年来出现的一种新型电气设备,在国内电网投入运行仅10余年时间。因其结构简单,运行维护工作量小,而受到运行单位的广泛青睐。但由于缺乏相应的研究工作,SF6电流互感器及配套套管的生产制造、出厂检验、交接验收及运行维护均缺乏有效的技术标准和检测手段。因此,随着SF6电流互感器的大量投入运行,也暴露出一些问题。据统计,1998年6月至2005年7月,国家电网公司系统有44台SF6电流互感器在运行中程度不同地发生了故障。其中一些故障造成了变电所全停的严重后果,甚至对变电所运行、检修人员的人身安全构成了极大的威胁。为此,需要对SF6电流互感器的故障原因进行深入的分析,并采取有效的防止事故措施。
  
  2 SF6电流互感器的故障类型及特点
  
  根据统计,SF6电流互感器故障主要有8种类型,分别是:主绝缘击穿、内部放电、瓷套断裂、防爆膜破裂、气体泄漏、气体受潮、二次接线板老化、二次引线绝缘破损等。其中主绝缘击穿、内部放电、瓷套断裂等三类故障对设备、系统及人身安全的威胁最大。
  
  发生故障的SF6电流互感器,其运行时间都不长。其中27.3%的故障SF6电流互感器的运行时间不足100天;59.1%的故障SF6电流互感器的运行时间不足1年。这充分反映出,SF6电流互感器的制造质量不够稳定,必须加强SF6电流互感器投运前和运行初期的管理工作。
  
  随着电压等级的提高,设备的相对故障率也随之增长。特别是500kV系统中,SF6电流互感器故障情况最为严重,约占SF6电流互感器总故障数的59.1%,同时占在运500kV电压等级SF6电流互感器总数的2.25%。这表明,随着电压等级的提高,产品的制造及质量控制难度也越来越大。
  3 SF6电流互感器的故障原因分析
  
  3.1 主绝缘击穿
  
  造成SF6电流互感器主绝缘击穿故障的主要原因包括:
  
  (1)设计不合理,导致SF6电流互感器内部电位分布不均匀,局部场强过于集中。
  
  (2)电容屏连接筒材料机械强度不够,制造或安装工艺不良。导致电容屏在运输或安装过程中发生位移,引起内部场强发生变化。
  
  (3)二次绕组屏蔽罩因材质不良或安装存在缺陷而发生破裂或屏蔽罩螺丝松动等。导致电场畸变,直接造成内部主绝缘击穿;或因产生局部放电并持续发展,最终造成内部主绝缘击穿。
  
  (4)支撑件的微小裂缝或气泡,以及支撑件的松脱等。支撑件的微小裂缝或气泡在运行电压的作用下,产生局放并发展至击穿。支撑件松脱后,会造成内部间隙距离发生变化,而导致击穿故障的发生。
  
  (5)异物造成主绝缘击穿。导致SF6电流互感器主绝缘击穿的异物,可能是由于连接筒和电容屏上端的开口圆筒之间在运输过程中磨擦所产生,也可能是因为接触不良造成的局部放电所生成,还有可能是制造过程中混入杂质。这些异物散落到电容屏外表面和玻璃钢内壁上,使得电容屏外表面和玻璃钢内壁的电场分布发生畸变,产生持续的局部放电,最终造成了电流互感器内部绝缘击穿。
  
  3.2 内部放电
  
  造成SF6电流互感器内部放电的主要原因包括:
  
  (1)电容屏因固定螺丝松动而出现悬浮电位。
  
  (2)连接筒和电容屏上端的开口圆筒之间接触不良。
  
  (3)二次绕组屏蔽罩失地后,可能出现电位悬浮。
  
  3.3 瓷套断裂
  
  造成SF6电流互感器瓷套断裂的主要原因包括:
  
  (1)制造质量不良
  
  瓷套断裂故障的发生与环境温度的急剧变化密切相关,但温度变化不会直接导致瓷套的断裂。理论计算表明,水压试验中采用带躯壳和带两端盖板两种方式时,瓷套上应力分布大体一致,但在上法兰和瓷套的结合处,带躯壳的瓷套上存在明显拉应力集中,这个应力值约是平均应力的5倍。该应力区不是环形分布,在躯壳两个肩部以下对应的法兰瓷套结合处最大。温度急剧变化时,SF6电流互感器内部的压力会相应发生变化。理论计算还表明,沥青缓冲层对于降低温度导致的内应力作用非常明显。而发生断裂故障的瓷套无沥青缓冲层,因此最终发生了断裂。
  
  由于电瓷制造业属于劳动密集型产业,生产环节多,手工操作多,产品的质量影响因素涉及面广,产品的生产流程、产品的配方、产品的生产工艺、产品的生产周期、产品的出厂检验等都对产品的质量起着决定性的作用。因此电瓷产品的质量分散性相对较大,采用湿法工艺生产的电瓷产品尤其明显。一般而言,采用等静压法(即干法)工艺,由于生产环节少,生产流程相对简单,因此产品质量一般比较稳定。电瓷产品存在老化现象,根据国外研究,高硅瓷(普通瓷)质绝缘子的强度过15年就达到设计极限,而高铝瓷(高强瓷)寿命长的多,但也存在老化的问题。因此SF6电流互感器瓷套的长期运行性能还值得进一步研究。
  
  (2)运输和吊装不当
  
  理论计算表明,如果瓷套上产生裂纹,内压可能会进入裂纹面内,增加裂尖的应力,极易造成裂纹快速扩展瓷套断裂。若运输和吊装过程存在剧烈振动,可能导致在互感器颈部瓷套等部位的材料损伤。因此在设备的运输和吊装过程中,必须严格按照有关规定的要求进行。
  3.4 防爆膜破裂
  
  造成SF6电流互感器正常运行中防爆膜破裂的原因主要有防爆膜质量不良,以及防爆膜装配质量不良等。
  
  3.5 气体泄漏
  
  造成SF6电流互感器气体泄漏的原因主要有:密封结构设计不合理,密封件材质不良,装配工艺或质量不良等。
  
  3.6 气体受潮

  
  造成SF6电流互感器气体受潮的原因主要是:管路密封不严而造成水分浸入,通过管路最终导致SF6电流互感器内部受潮。
  
  3.7 二次引线绝缘破损
  
  造成SF6电流互感器二次引线破损的原因主要有材质不良,以及装配不当等。
  
  3.8 二次接线板老化
  
  造成SF6电流互感器二次接线板老化的主要原因是材料的耐老化性能不良。
  
  4 预防SF6电流互感器故障的措施
  
  4.1 主绝缘击穿故障的预防措施
  
  4.1.1 设备的生产制造阶段

  
  (1)制造厂应提高产品的设计水平,新型产品投产前,应严格对内部的场强进行充分的理论计算和实际测量。
  
  (2)SF6电流互感器生产制造应选择质量优异的材料和零部件,严格对每批次材料和零部件进行入厂检验。对于电容屏连接筒材应充分验证其机械强度和延展性,支撑件必须满足全电压下20h无局部放电的要求。
  
  (3)生产厂家应制订合理的装配流程,并要求工作人员严格执行,同时应切实保证厂房的环境条件满足装配要求。
  
  (4)产品出厂前,应严格进行一次绕组的工频耐压试验、局部放电试验。必要时,订货单位应安排人员对产品的出厂试验进行现场监督。
  
  4.1.2 设备的运输过程
  

  (1)运输中,每台产品上应安装量程为10g的振动记录仪或安装振动子(110kV~220kV安装10g一只,330kV~500kV安装10g和20g各一只,到达目的地后检查振动记录装置,若记录数值超过10g或10g钢球落下,则产品应返厂检查。
  
  (2)运输车辆的行驶速度应符合产品技术标准的规定。
  
  4.1.3 设备的交接验收
  
  (1)在SF6电流互感器现场安装完成后,投运前应严格进行一次绕组的老炼及工频耐压试验。
  
  (2)有条件时,应对投运前的SF6电流互感器进行局部放电试验。由于现场试验背景噪声一般难以满足常规局部放电测试的要求,因此SF6电流互感器局部放电试验通常只能在试验条件较好的试验室内进行。但随着特高频局部放电测试技术的成熟,通过现场特高频局部放电测试,可能能够有效地发现SF6电流互感器内部的绝缘缺陷。
  
  4.1.4 设备的预防性试验
  
  绝大部分的SF6电流互感器的主绝缘击穿事故是由于产品材料和零部件质量不佳,或制造质量不良所致。当SF6电流互感器内部出现诸如金属物件脱落缺陷等导致内部电场严重畸变,甚至发生短路时,设备在投运过程中即会发生主绝缘击穿。而人为因素以外的其它缺陷导致的主绝缘击穿,会有一个或长或短的过程,这个过程中会伴有局部放电产生,同时会导致SF6气体成份发生改变。因此,对于运行中的SF6电流互感器可采用气体成分检测的方式,检查内部的绝缘状况。
  4.2 内部放电故障的预防措施
  
  设备内部放电故障的最终结果将会导致主绝缘击穿故障的发生。因此,防止SF6电流互感器主绝缘击穿的措施,对防止设备内部放电故障同样有效。一些类型的SF6互感器,当屏蔽罩失地后,因电位悬浮也会发生内部放电故障。对于这种类型的设备,在设备的出厂前和安装前,还应对二次绕组屏蔽罩的接地连通进行检查。接地连通检查可采用电压电流法或电容量测试法。其中电压电流法适用于二次绕组屏蔽罩经接地端子接地,或通过二次穿线管接地的互感器;而电容量测试法则仅适用于通过互感器接地端子接地的二次绕组屏蔽罩接地连通检查。
  
  4.3 瓷套断裂故障的预防措施
  
  4.3.1 设备的生产制造阶段
  
  随着市场竞争的日益激烈,个别瓷套生产厂家为了更多地赚取利润,而不顾工艺流程的要求,忽视了产品的质量,同时也不能严格开展出厂检验,导致产品存在质量隐患,且不能有效检出。而一些产品质量优良的瓷套生产厂家,因为需要严格按照工艺流程组织生产,往往难以及时供货。互感器生产厂家为了及时供货,有时便选用质量低劣的瓷套,特别是220kV及以下电压等级的SF6电流互感器,这种现象比较突出。最终将危险带入了电网中。
  
  因此,为了预防SF6电流互感器瓷套断裂事故的发生,瓷套生产厂家应该严格按照工艺流程组织生产。互感器生产厂家应选用质量优良的瓷套。此外,在SF6电流互感器的质量能够得到保证的前提下,建议优先选用复合绝缘套管,从根本上消除瓷套断裂故障隐患。
  
  4.3.2 设备的运输和吊装

  
  互感器的运输和吊装工作,必须按照相应的技术标准进行。
  
  4.3.3 设备的检验
  
  (1)瓷套必须按照技术标准进行逐只和抽样试验。瓷套的内压耐受,应采取安装SF6电流互感器躯壳的方式进行。
  
  (2)SF6电流互感器生产厂家应对每批次的瓷套进行安装SF6电流互感器躯壳的方式的抽样内压试验。
  
  (3)SF6电流互感器在装配前,应对符合检测条件的瓷套进行超声探伤检测。
  
  4.4 防爆膜破裂故障的预防措施
  
  4.4.1 设备的生产制造阶段
  
  (1)SF6电流互感器生产厂家应选配质量优良的防爆膜,所选用的防爆膜应具有良好的防潮措施和防锈蚀性能。
  
  (2)SF6电流互感器生产厂家还应对入厂的每批次防爆膜进行抽检试验。
  
  (3)SF6电流互感器生产厂家应按照工艺要求装配防爆膜。
  
  4.4.2 设备运行阶段
  
  (1)运行单位在有条件的情况下,可定期停电,将SF6电流互感器降至微正压后,对设备的防爆膜进行检查。
  
  (2)在对运行中SF6电流互感器进行补气时,应注意将补气速度控制在0.1Mpa/h,以防止因补气速度过快引起防爆膜的误动作。
  
  4.5 气体泄漏故障的预防措施
  
  4.5.1 设备制造阶段

  
  (1)生产厂家应合理设计SF6电流互感器的密封结构。
  
  (2)生产厂家选用优质的密封件及设备附件,并要求工作人员严格执行合理的装配流程。
  
  (3)产品出厂前,应严格进行密封性试验。
  
  (4)应通过温度循环试验,对压力释放装置、密度继电器、气体充气及取样阀门及接头的密封性能。
  
  4.5.2 设备的交接验收
  
  (1)设备安装完成后,在投运前应进行气体检漏试验。
  
  (2)设备安装完成后,应对设备安装密度继电器进行校验。
  
  4.5.3 设备的运行维护
  
  (1)应定期开展设备的气体检漏工作,单点检测泄漏值不大于0.2×10-12MPa?ml/s,年漏气率应不大于0.5%。
  
  (2)应定期设备密度继电器进行校验。
  
  (3)应定期对压力表的运行工况进行巡视,若压力表偏出正常压力区时,应引起注意,并及时按厂家要求补气。
  4.6 气体受潮故障的预防措施
  
  4.6.1 设备制造阶段
  
  (1)生产厂家应选用质量优良的产品附件。
  
  (2)在装配过程中应采取有效的措施,防止产品内部受潮。
  
  (3)在产品出厂前应严格进行SF6气体微水含量测试。
  
  4.6.2设备的运输和贮存
  
  SF6电流互感器应充入气体进行运输和储存,充气压力为0.03~0.05Mpa。
  
  4.6.3 设备的安装及交接验收
  
  (1)SF6电流互感器在安装前,应对内部的气体微水含量进行检测。
  
  (2)SF6电流互感器安装工作完成后,应对设备注入经检验合格的气体。
  
  (3)SF6电流互感器充气静置1h后,应进行SF6气体微水测量。
  
  4.6.4 设备的运行维护
  
  (1)运行中应定期对SF6电流互感器的气体进行微水测试。
  
  (2)运行中应定期对压力表及其管路进行巡视检查。
  
  4.7 二次引线破损故障的预防措施
  
  (1)SF6电流互感器生产厂家应使用性能良好的导线,在装配过程中注意不得造成二次引线的损伤。
  
  (2)设备出厂前应认真的进行二次绕组的绝缘试验。
  
  (3)设备在交接时应进行二次绕组的绝缘电阻测试,在运行中也应定期开展二次绕组的绝缘电阻测试工作。
  
  4.8 二次接线板老化故障的预防措施
  
  (1)SF6电流互感器生产厂家应选用耐老化性能良好的板材。
  
  (2)运行中应对SF6电流互感器二次接线板及二次接线端子进行定期巡视检查和红外检测。
  
  5 结束语
  
  (1)设备材料和零部件的质量不良以及装配质量不良是SF6电流互感器在运行中发生故障的主要原因,因此生产厂家应选择质量优异的材料和零部件,并严格对每批次材料和零部件进行认真的入厂检验。生产厂家还应加强工艺管理,并严格进行检验,提高设备的制造水平。
  
  (2)一些SF6电流互感器的故障与不当的运输和吊装有关,因此有关单位在设备运输和吊装过程中,应严格执行相关规定。
  
  (3)为了能够及时发现SF6电流互感器的故障隐患,设备投运前应进行工频耐压试验,并可进行超声探伤检测,必要时还可进行局部放电测量。在运行中应定期开展SF6气体的成份、泄漏及微水检测工作,并定期对SF6电流互感器的压力表、密度继电器及二次接线板进行巡视检查。必要时,应对防爆膜进行检查。
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