绝缘油试验判定充油电气设备故障原因的方法分析

0引言

随着电网相关技术的不断发展,电网规模不断扩大,相关电气设备更新换代的速度也不断加快。如何有效、准确地对电气设备进行诊断己经成为电气设备维护的关键问题。传统的定期检修模式己经不能完全适应电网发展的要求,由此带电状态检修机制应运而生。相比于传统的停电试验,带电检测具有延长电力设备的使用寿命、诊断结果更加具有适用性和可信度等优点。随着电网规模的不断扩大,带电检测技术由于其特有的优势,逐渐成为对设备进行缺陷排查、保证电网安全可靠运行的重要手段,其在超前发现设备隐患、降低事故损失、提高工作效率、降低供电风险等方面具有重要意义^[1]。

在低电压等级领域,为降低成本和危险性,许多固体绝缘电气设备己经逐步取代充油电气设备。但是,充油电气设备由于其良好的绝缘性能,依然占据着高电压等级电气设备的主导地位。绝缘油不合格会妨碍电气设备正常工作,严重时将导致设备故障,造成经济损失和安全事故。所以,定期对设备的绝缘油进行相关试验是一种重要的设备运行状态带电检测手段,当充油设备发生故障时,绝缘油的相关试验结果也能帮助判断设备的故障类型。绝缘油不合格导致电气设备发生故障的情况主要分为两种:绝缘油劣化和绝缘油受潮^[2]。

1 绝缘油劣化

1.1 对电气设备的影响

绝缘油随着放置时间(恶劣环境)的增加其本身的绝缘性能会逐步下降,这种绝缘性能下降导致的结果就是绝缘油的劣化。

绝缘油劣化到一定程度后,将无法满足电气设备原有的绝缘性能需求,此时,还在运行中的电气设备内部就会在绝缘薄弱部位发生放电,从而演变成电气故障。

1.2 实际案例

2017年8月,某110 kV变电站发出CT异常报警信号。检修人员赶往现场,观察流变外观无明显异常;利用红外测温,发现流变A相温度异常,需要停电进行相关检查。

停电后对流变三相进行油样采集,对三相油样外观观察发现三相油样颜色正常,无法通过外观判断油样情况。随后对所有油样进行相关试验,试验结果如表1所示。

1.3 故障原因分析

从试验结果可以看出,A相油样的色谱试验,总烃明显超标。同时,其击穿电压相较于B、C两相也偏低,不符合合格标准,但是微水值正常,排除油样受潮的可能。初步推断故障原因为A相油样劣化,导致绝缘强度不足,流变A相在运行过程中发生内部持续放电现象,破坏了线圈绕组,导致流变A相不能正常工作,从而触发报警信号^[3]。

2绝缘油受潮

2.1对电气设备的影响

绝缘油在运行过程中由于某种原因混入了非油物质,从而影响其绝缘性能,其中最常见的情况是水混入绝缘油造成绝缘油受潮^[4]。矿物绝缘油中,水的存在形式主要为3种形态:游离态、分散态、溶解态^[5]。

2.1.1 游离态

游离态的水与绝缘油有较为明显的界线(图1),可以清晰地观察到油、水分层现象。当水分较少时,水分会沉积在底部,电气设备内部的相关部件依然浸没在绝缘油中,这样的存在形式对设备的影响较小^[6]。

2.1.2分散态

分散态的水会以较小的水珠悬浮在绝缘油中的各部位(图2),由于水分子为极性分子且各水珠的体积较小,在设备运行过程中极易受到内部电场的影响聚集形成水桥,从而形成放电通道。所以,分散态的水对于设备的绝缘性能危害很大。

2.1.3溶解态

溶解态的水会与油均匀地分布在一起(图3),这样的绝缘油也被称为乳化油。此时,油与水不会有明显的分层,水分子反而不易在电场的作用下形成水桥,这种状态的油水混合物绝缘性能反而要比分散态的油水混合物高,但仍然对于电气设备危害较大。

2.2 实际案例

2020年3月30日,某220 kV变电站发PT断线告警信号,运行现场检查发现220 kV副母线压变A、C相电压正常,B相电压偏低(3 V左右),B相压变异响,电磁单元轻微锈蚀。该设备上次停电修试 日期为2019年11月22日,上次红外检测日期为2019年8月,检测结果无异常。

CVT电气原理图如图4所示,C₁₁、C₁₂和C₂组成的电容分压器叠装在电磁单元油箱上。电磁单元的绝缘油与电容分压器的绝缘油相互独立。

设备停运前进行红外精确测温,发现B相电磁单元温度同比异常(测试仪器Testo 890,辐射系数0.90,测试距离5 m,环境参照体温度5 ℃,表面温度32.5 ℃ ,正常相温度7.7℃ ,温差24.8K,天气为小雨,环温5℃,湿度90%,风速0.5 m/s)。

停电后,对三相压变均取油样,取油样过程中A、C两相由于内部压力较低,绝缘油无法正常流出,需要打开压变的排气阀才能正常取油,而B相无须打开排气阀就能取到油样,其中B、C两相的油样外观对比结果如图5所示。

A相油样与C相油样的外观无明显差异,而由图5中可以明显看出,B相油样浑浊。对A、B、C三相油 样进行相关试验,试验结果如表2所示。

2.3 故障原因分析

从试验结果可以看出,对于油样的色谱试验,A、C两相油样较为正常,B相油样总烃明显超标。微水检测中,A、C两相正常,B相油样的微水测量结果高达126.6μg/g,由此可以判定B相油样受潮。击穿电压的结果显示,B相略微低于A、C两相的击穿电压值,但仍处于合格范围内。从图5可以看出,B相油样浑浊,呈现明显的乳化现象。根据现场检查以及相关试验数据,对故障过程进行如下分析:

电压互感器长时间运行导致密封不良,故障发生时天气为暴雨,由于压变运行过程中环境温度变化较大,油箱内外压差增大,设备表面的雨水在内外压差的作用下得以进入油箱内部。此时油中的水处于分散态,由于水分子是极性分子,在内部线圈产生的电场作用下会有序排列形成导电水桥,大幅度降低了内部绝缘性能,造成二次绕组放电^[3]。

雨水中的硫化物和绝缘油在放电过程中发生了反应,产生了乳化剂的主要成分(十二烷基硫酸钠等),进而导致油水乳化,水分子在油中变为溶解态,从而在电场作用下不易形成导电水桥,油的击穿电压反而变高了。由于水分子和油分子只是通过乳化剂相互形成稳定的分子连接,水分子依然存在,所以微水试验依旧能检测出水分。

3故障分析总结

充油类电气设备发生故障时,可以通过绝缘油试验帮助判断故障类型。如果绝缘油存在问题,则需要区分绝缘油劣化和绝缘油受潮两种情况。分辨两种情况最为直接的试验为油击穿电压和微水试验。绝缘油劣化后油击穿电压会明显降低,而且多次击穿的电压值呈现递减状态;而绝缘油受潮的状态下,设备内部极有可能放电,水分子大概率以溶解态的形式存在,仅从击穿电压判断无法确定绝缘油的好坏,而微水试验最能检测出绝缘油是否受潮。绝缘油劣化和绝缘油受潮均能导致设备内部绝缘不足而放电,从而使绝缘油分解出色谱检测的烃类物质,所以色谱试验无法作为绝缘油故障的判定依据。

4结束语

本文通过对绝缘油劣化和绝缘油受潮两种情况的讨论,结合相关案例进行分析,总结出了两种情况下绝缘油试验结果特征,确定了绝缘油故障情况下,用于判断故障类型的重要试验项 目,为以后相关的故障处理提供了参考依据。

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2024年第18期第16篇