中低压电配电网设备故障检修策略

2022-09-11

电力行业是一个其资产密集型行业。电力系统的设备种类繁多、规模巨大、运行工况复杂、运行条件恶劣, 对设备维护造成了很大的难度。可以说电力设备的完好率很大程度上取决于维修水平。

目前在我国电网的设备维护体系中, 配电网的设备维修己成为一个“软肋”和薄弱环节。随着我国电网运行管理水平的不断提高, 关注配电网建设和运行维护、保障对用户的供电可靠性己成为电网运行管理中备受关注的环节。本文从电缆线路和变压器两个方面探讨了中低压电配电网设备故障检修策略。

1 电缆线路的故障模式后果分析与检修策略评估

1.1 电缆线路故障模式和后果分析

中低压电缆一般为交联聚乙烯电缆.电缆线路由导线、电缆接头 (中间头和终端头) 等部件组成。较常见的电缆故障类型同样包括短路和断线, 故障的危害与架空线路的分析相同。引致故障的原因按发生部件总结如下。

1.2 电缆绝缘破坏和短路故障

1.2.1 引起电缆导线绝缘破坏和短路的原因

(1) 绝缘受潮; (2) 由于绝缘材料与地下化学物质和水反应, 以及受电场作用导致绝缘老化; (3) 因过流和散热不好造成绝缘材料老化: (4) 因施工造成电缆机械损伤; (5) 安装时局部受拉力过大或弯曲过度导致绝缘和护层的损坏。

1.2.2 由电缆中间和终端接头导致的绝缘破坏和短路的原因

(1) 中间接头或终端头在结构不密封或安装不好而造成绝缘受潮; (2) 中间接头或终端头受自然拉力和内部绝缘胶膨胀的作用, 造成电缆护套的裂损; (3) 雷击过电压和内部过电压造成户外终端头绝缘击穿。

1.3 电缆断线故障

引起电缆线路断线的原因主要是施工造成的。非施工造成的电缆断线很多发生在中间接头或终端头。

1.4 电缆线路故障查找与检修策略评估

对电力电缆一般不采用定期检修方法。由于采用电缆沟、直埋等方式地下敷设, 巡视和观察一般也只能发现一些可能引起电缆故障的外部因素。因此对电缆线路故障的检查和故障隐患检测主要需依靠定期预防性试验。

1.4.1 电缆的巡视

采用直埋、电缆沟、隧道等方式架设的电缆, 一般每三个月应巡视一次。巡视内容和作用包括以下几点。

(1) 查看电缆敷设路径的路面有无挖掘的痕迹、线路桩是否完整、有没有堆积笨重物件和酸碱性化学物质等.有助于防范施工、外力和化学物质对电缆绝缘的破坏。 (2) 查看与架空线相连接的户外电缆和终端头, 检查接线状况、引出节点有无发热现象。有助于预防引线、接头断线和闪络故障。 (3) 除外观目测外, 对电缆应重视过流和发热情况。一方面监测电缆负荷电流, 另一方面可选择夏季高峰负荷时对电缆排列最密处、散热条件最差处、有外界热源影响的线段进行温度测量。对发现问题的线段采取降负荷运行、改善散热条件等措施, 防止电缆绝缘的加速老化。

1.4.2 电缆的预防性试验

预防性试验的主要目的是检查设备绝缘受潮、劣化和局部损伤的情况和变化规律。电力电缆的预防性试验项目、周期和功能如下。

(1) 测量绝缘电阻, 周期为1~3年。可发现电缆整体绝缘老化和劣化问题, 但对局部缺陷效果不佳。 (2) 直流耐压试验和泄漏电流测量, 周期为1~3年。可发现缆绝缘中的潜在和局部绝缘缺陷。据有关部门统计, 多数电缆高阻性故障是在预防性试验中击穿和发现的。但频繁进行耐压试验操作也可能加速电缆绝缘的损坏。 (3) 电缆线路的相位检查, 在重装接线盒或拆过接线头后进行。

1.5 电缆的故障定位

由于电缆在地下敷设, 一旦出现故障后, 准确判断故障位置对缩短检修时间和工作量至关重要。主要的电缆的故障定位方法包括以下几点。

(1) 电桥法:适宜于低阻接地和相间短路故障的初步定位。 (2) 音频感应法:适宜于相间短路、高阻接地故障和断线故障的精确定位一般在初步定位后采用。 (3) 脉冲反射法:对于电缆的低阻接地、高阻接地、短路、断线和闪络性故障的初步定位均适用, 故障的性质可以根据反射波形的图形加以判别。尤其适宜进行断线故障、高阻和闪络性故障的探测。即使能准确测出故障点距首端的距离, 仍然不表示可以准确找到故障位置。这是由于电缆在地下敷设是并非走直线距离。尤其对直埋电缆, 必须开挖才能判断是否为故障点。因此在建设施工时建立电缆敷设路径的准确图纸资料, 并标桩清析对快速查找电缆故障同样至关重要。相关资料不全的可以通过重新探测电缆敷设路径, 完善布线资料。

1.6 电缆的故障的在线监测

目前可开展电缆绝缘在线监测的主要测试项目有以下几点。

(1) 直流泄漏成分监测, 可估计交联聚乙烯电力电缆的老化程度。 (2) 直流叠加法。通过接地的电流互感器的中性点加入低压直流电流, 测量相应电缆接地回路的直流成份, 可以诊断电缆绝缘状态。 (3) 介质损耗因数 (tgd) 的在线监测, 可以判断电缆的绝缘状况。 (4) 局部放电监测, 可以检查电缆早期绝缘缺陷。电缆终端和接线盒应是电缆在线监测的重点。在实施在线监测投资成本和维护成本都较高, 实际是否采用需要进行投资效益评估。

2 配电变压器的故障模式后果分析与检修策略评估

2.1 配电变压器故障模式和后果分析

南京供电公司的公用配电变压器中以油浸式为主, 近年开始采用干式变压器。配电变压器包含绕组、铁心、绝缘和冷却系统以及机械固定部件。根据配电变压器的结构, 可将其故障类型可以划分为电气故障 (包括短路故障和断线故障) 、铁芯故障、绝缘和冷却环节故障和机械部件故障。引致故障的原因按发生部件和危害程度总结如下。

2.1.1 绕组短路故障

短路故障主要由绝缘破坏引起。按照三相绕组的短接发生在任意两相之间、相绕组与铁芯、外壳等接地部件之间、匝间等类型, 又可将短路故障划分为单相对地和相间短路、匝间短路等类型。

发生在绕组的相间短路和两相以上短路的主要危害是产生大的短路电流, 加剧变压器发热、振动, 并可能导致绕组烧毁、变压器爆炸、烧毁等严重后果。绕组接地故障则会引起漏电和正常相电压升高、接地线烧断, 可能造成电气绝缘击穿, 并影响附近的用电设备, 甚至导致人身安全事故。引致变压器绕组短路故障的原因如下。

(1) 绕组因过流和绝缘水平下降而绕组击穿故障击穿; (2) 雷击过电压导致绝缘击穿; (3) 引线对地击穿; (4) 变压器内变压器油或绝缘纸、绝缘油老化、可燃气体增加、瓷套管击穿; (5) 纸板受潮导致绝缘水平下降; (6) 油中有金属颗粒、漏油导致油量不足等; (7) 因冷却风扇和输油泵等部件出现故障。

2.1.2 绕组断线故障

配电变压器的断线故障包括绕组断线、接地线断线等。主要发生部位和原因包括以下几点。

(1) 绕组接头部分接触不良: (2) 高温使线匝烧断; (3) 绕组或引线断股; (4) 铁心接地不良; (5) 端子排、引出线接触不良; (6) 有载分接开关触头接触不良。

2.1.3 铁芯故障

配电变压器的铁芯故障主要表现为:铁芯绝缘故障、铁心多点接地、接地带断裂、铁心叠片短路:夹件、螺栓、楔块等部件松动等。铁芯故障会增加涡流损耗, 引起铁心局部过热, 临近绕组和部件碳化。可能引起更严重的铁心过热烧毁, 接地线烧断等后果。铁芯故障主要原因如下。

(1) 铁心碰壳、碰夹; (2) 油箱内有金属异物, 使硅钢片局部短路。 (3) 铁心绝缘受潮或损伤, 夹件绝缘/垫铁绝缘/铁盒绝缘受潮或损坏等, 导致铁心高阻多点接地。

2.1.4 绝缘冷却系统故障

对油浸式配电变压器, 绝缘冷却系统的主要故障表现为油箱漏油、喷油, 油箱爆炸, 绝缘油老化、局部放电等。对干式变压器则主要表现为有机绝缘材料老化 (包括热老化和电老化) 。除此之外, 各种原因引起的局部放电问题也可纳入绝缘系统故障。绝缘系统故障的原因如下。

(1) 油箱焊接处、螺栓或管子、法兰连接处密封不严导致漏油; (2) 套管和分接开关处渗漏油; (3) 变压器密封不严造成绕组、油受潮; (4) 绝缘破损, 或因过热绝缘老化或炭化; (5) 绕组引出线同瓷套管、瓷套管本身局部放电; (6) 变压器内部发生过热等加快绝缘材料的热分解, 导致变压器油箱压力增高引起喷油或油箱炸裂。

2.1.5 机械环节故障

配电变压器的机械环节故障主要包括:绕组变形、分接开关错位或变形、有载分接开关折断、穿杆螺栓松动、铁夹件松动变形、散热器、冷却器堵塞或产生裂纹、绝缘瓷套管破裂等。引起故障的原因主要包括:短路或长期过热、部件老化、机械应力、设备质量不佳等。

2.2 配电变压器故障查找与检修策略评估

对配电变压器故障的查找和发现仍主要依靠巡视和预防性实验。

2.2.1 配电变压器的巡视

(1) 通过听运行噪声可以发现以下问题。

(1) 过电压和过负荷引起的共振加大; (2) 铁心夹件或压紧铁心的螺钉松动造成振动加大; (3) 变压器内部和套管等外部的局部放电或电接触不良; (4) 其它机械部件松动或磨损故障。

(2) 通过目测和观察可以发现以下故障。

(1) 端子、引线等接线松动、损伤; (2) 油箱过热 (观察局部油漆变色) 、变形、渗漏油等; (3) 瓷件、瓷套管污损、表面龟裂或因过热而表面氧化变色; (4) 受潮 (观察吸湿计变色) ; (5) 单凭气味不可能确定故障, 只有综合对外观和变色的检查结果后才比较完整。

(3) 采用非破坏性带电检测设备巡视。

用测温仪或温度计可以发现变压器各部位温升过高、变压器油温度不正常等。

2.2.2 配电变压器的预防性试验

变压器的试验可以发现绝大多数配变故障隐患。预防性试验类型包括电气试验、油中的含气分析、变压器总的绝缘性能试验、绝缘油试验等部分。各项试验可以发现的故障包括项目有以下几点。

(1) 油中含水量、含气量和溶解气体的色谱分析。 (2) 各部件 (绕组、铁芯、穿心螺栓、铁辘夹件等) 的绝缘电阻、吸收比或 (和) 极化指数:可检查变压器各部件的绝缘程度和绝缘材料的受潮程度。 (3) 绕组的介质损耗因数tgd:可判断变压器的整体受潮, 油质劣化和严重的局部缺陷。 (4) 电容型套管的介质损耗因数tsd及电容值。 (5) 交流耐压试验:是鉴定变压器绝缘强度最有效和最直接的方法。 (6) 有载装置的试验和检查。 (7) 各类测量保护装置及其二次回路试验。

摘要：中低压配电网的设备维护工作相对高压网而言, 更多的受到管理模式和经济性的影响, 而受具体检修技术进步的影响则相对较弱。本文重点从电缆线路和变压器两个方面探讨了中低压电配电网设备故障检修策略。

关键词：中低压,配电网,设备,故障检修