探析电力设备故障类型及监测技术

2022-09-12

电力设备的繁杂和设备不同的部分组成决定了电力设备的故障类型也是相当的繁多。先进的监测技术是正确了解和确定电力设备的故障类型以及电力设备的维修的保障。下面结合在工作中遇到的实际问题以高压断路器为例对电力设备的故障和监测技术进行研究。

1 电力设备 (高压断路器) 的主要故障类型

就电力设备常见的故障调查而言, 其异常故障形态有异常振动、疲劳、腐蚀、蠕变、磨损、脆性及塑性断裂、绝缘劣化等。从调查中看出, 异常振动故障形态在转动机械中所占的比列达到20%;静止设备腐蚀与裂纹占比例较大, 两者合计近50%;电力设备中, 绝缘劣化所占比例达到50%。通过统计, 针对概率最大的故障形态设置监测装置加以诊断, 能有效的提高故障诊断的可靠性。

2 电力设备 (高压断路器) 故障机理及故障分析

2.1 断路器出现故障的机理

(1) 部件:劣化异常→性能低下→性能丧失→故障→最终形态。 (2) 接触器:开闭次数过多→电极损耗过大→局部发热→局部放电→绝缘强度降低→内部电弧过大→断路器停运。 (3) 管道部:管道连接螺栓松动→漏气→气压降低→绝缘强度降低→内部电弧过大→断路器停运。 (4) 操作机构:机械卡涩→动作异常→动作时间增大→机械部分磨损→不能操作→断路器停运。

2.2 断路器的故障模式及原因分析

断路器的故障从工作性能与结构上可分为电气故障和机械故障。前者主要是指在满足电压性能的工作中出现异常和问题, 后者则指在结构以及满足断路器在电力系统连接中 (主要起通断功能的操作中出现的机械性能上的异常和问题。这里要特别指出的是机械性能可能直接影响电气性能。

机械故障主要有操作机构故障、传动部分机械故障、断路器本身机械故障等故障模式。电气故障主要约有绝缘故障、开断和关合性能不良故障, 导电性能不良故障等故障模式。

(1) 操作机构 (含传动部分) 故障。操作机构类型主要有电磁机构、弹簧机构和液压机构。从近年运行来看, 液压机构的缺陷和故障率最高, 弹簧机构故障率相对最少, 而电磁机构故障率居中。统计资料表明, 操作机构缺陷与故障主要要表现在机构失灵。对电磁机构、弹簧机构, 其机械故障原因主要表现在卡涩和不灵活, 而对液压机构, 其机构故障主要表现在油气系统的密封不良造成的泄漏。对机构的电气缺陷造成的事故, 主要是由于辅助开关, 微动开关缺陷造成的。 (2) 断路器本身的机械故障。主要包括瓷瓶损坏, 连接部位松动, 零部件损坏和异物卡涩等, 安装检修质量差, 各零部件有错装、漏装现象。 (3) 绝缘故障可分为内绝缘故障和外绝缘故障, 其中内绝缘故障危害一般较外绝缘故障更大。内绝缘故障主要是由套管和电流互感器因进水受潮、油质劣化、油量不足、裂纹、受损、主绝缘下降等原因造成故障。外绝缘故障主要是油瓷瓶污秽, 泄漏距离较短, 使断路器在内、外过电压下发生闪络、放电、爆炸的事故。 (4) 开断和关合性能发生故障。该故障发生的主要原因是由于断路器有明显的机械缺陷。 (5) 导电性能不良发生故障。

3 电气设备的故障诊断与监测技术

3.1 温度监测与诊断技术

电力设备导电部分通过电流必定有因热效应而发热, 势必就有绝缘材料在介质损耗的影响下的绝缘材料发热。设务运行最高允许温度是受使用的绝缘材料的特性所决定的, 设备币常运行时, 必须将温度控制在规定的允许值内。

(1) 接触式测温装置:水银或酒精温度计、热电阻温度计、热电偶温度计以及示温片和水温涂料等都是直接接触被测装置的工具。

(2) 非接触式测温装置:光学高温计、比色侧温计、红外测温计等都是这种方式。优点是不会破坏被测对象的温度场, 也不必与被测对象达到热平衡, 缺点主要是易受物体热辐射率和周围环境的影响。

3.2 绝缘监测与诊断技术

对断路器而言, 一般常以常规停电测其直流泄漏电流来发现其绝缘的受潮缺陷。这种常规的方法很难发现潜在的绝缘问题和反映绝缘现状。目前, 国内已经研究一种断路器的在线测量的方法。在绝缘拉杆上串入测试装置将信号引出, 在运行电压下监测电流, 从而实时反映绝缘受潮情况。其它的绝缘检测方法还有非真空开关火弧介质的泄漏/成分变化、局部放电、绝缘气体的密度/湿度等;真空开关真空度的监测等。

电气设备的故障监测与诊断是一门新技术、随着国家现代化建设发展的需要, 电气设备趋向高电压、大容量、精工艺、新技术。由子电气设备材料的特殊性及制造工艺的复杂性, 使得电气设备的造价相当的昂贵。因此防止运行中的设备事故, 充分利用设备的寿命, 已成为电力企业的重要工作内容。目前来说, 电力设备的监测技术有两种方式:离线监侧和在线监测。

(1) 离线监侧。离线监测就是指设备在停电状态下进行检查测试的方法。这种方法应用简单, 侧试仪器通用且配置费用较低, 检测的要求和判据有统一的要求和标准, 可操作性强。但离线监测不能完全防止电力设备事故的发生。在设备运行期间, 计划监测维修的周期当中, 设备发生突发故障或外界引发的突发故障则无法预知。所以设备监测的时间死区较大, 在这期间的设备故障无法监测和得到控制。尽管如此, 状态维修仍不排除离线监测的采用, 目的主要是为了更好的判断设备的状态并决定设备是否作为维修工作的项目内容。另外, 它可以提前发现部分慢性发展的设备缺陷。

(2) 在线监测。在线监测指设备不停电状态厂的测试, 首先这是对离线监测要求设备在停电状态下监测而言的。可以给用电客户和企业避免不必要的经济损失。根据在线监测周期可将在线监测分为两种形式: (1) 不定期或按要求作定期的间隔性测试, 对一些离线监测技术的改进, 将试验条件改为利用运行电压的条件进行, 所以不影响设备的正常运行, 通常所说的带电测试就属于此方式。如带电测试设备泄漏电流, 带电运行设备的油气进行分析的检测等, 这些测试的共同特点是存在一定的间隔期, 它不能作频繁或连续地进行监视和测试。 (2) 实时地或准确实时地对设备在运行状态下进行测试和监视。其特点是设备在带电运行状况下能自动地连续测试设备的某一种或几种物理量或化学量, 或根据被测试的性质, 允许对一些非突变性质的被测试量采用一定的间隔时间 (一般是按小时或天计) 进行准确实时的测试方式。一般称这种实时的带电测试为在线测试, 它与带电测试主要不同特点是连续性和自动性。

随着先进的传感器技术、计算机技术和数字波采集及处理等高新技术的应用, 高压电器的在线监测技术将向更高阶段发展, 实现全自动在线监测与专家诊断系统的完美结合, 从而构成智能化高压电器绝缘及特性的在线监测与诊断系统, 并可纳入整个电网的自动化系统。

摘要：本文以高压断路器为例, 通过调查高压断路器运行中的故障类型, 并对其故障机理与故障原因进行了分析, 阐述了现有的电力设备故障诊断与监测技术。

关键词：电力设备,故障类型,监测技术