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        超高壓輸變電關鍵設備裝配局放在線監測的必要性

        作者:admin     發布日期: 2019-08-31     二維碼分享

        超高壓輸變電配備局放裝配在線監測裝置的必要性

        西安智源電氣有限公司技術漫談


        電力能源是國民經濟發展的命脈,電力能源工業的發展對國家實現預期的戰略目標 具有重要的意義。近二十年間我國電力工業得到了較快發展,連續上了兩個臺階,繼 1981 年發電裝機容量跨上 100GW臺階后,1995年又突破 200GW,2000年全國發電裝機容 量達到了 300GW,預期到 2010年達到 550GW、2020 年達到 750GW。目前,我國現在總發電量排列世界第二位,但人均擁有裝機容量遠落后于發達國家,我國人均年消耗的 能源水平仍很低,要滿足國民經濟發展的需要,就必須在加快裝機容量的增長速度的基 礎上,提高大型電力設備的運行可靠性。隨著電力設備電壓等級的提高、單機容量的增大,電力設備運行的可靠性問題越來 越突出。大型電力設備供電覆蓋面廣,一旦發生故障,造成的直接和間接經濟損失非常巨大, 同時還將造成巨大的社會影響。研究表明,變電站電力設備的故障 80%以上是由于電力 設備絕緣故障所引起的。通常電力設備絕緣系統是固體、液體和氣體電介質材料組成, 電力設備絕緣材料和結構在各種因素(包括:電、熱、機械、化學、環境等因素)的長 期作用下發生一系列的化學、物理變化,導致在電力設備絕緣系統中產生可逆和不可逆 的損壞,使電力設備的電性能和機械性能等不斷下降,.終導致電力設備產生運行故障。

        電力設備絕緣的缺陷通??梢苑殖蓛纱箢悾?.類是集中性缺陷,指缺陷集中于絕 緣的某個或某幾個部分,例如局部受潮、局部機械損傷、絕緣內部氣泡、瓷介質裂紋等, 它又分為貫穿性缺陷和非貫穿性缺陷,這類缺陷的發展速度較快,因而具有較大的危險 性;第二類是分布性缺陷,指由于受潮、過熱、動力負荷及長時間過電壓的作用導致的 電力設備整體絕緣性能下降,例如絕緣整體受潮、充油設備的油變質等,它是一種普遍 性的劣化,是緩慢演變而發展的。電力設備的絕緣缺陷有可能是在制造、運輸和檢修過程中產生的,也有可能因發生 意外事故而殘留下潛伏性缺陷,這些缺陷可以通過交接試驗和預防性試驗進行檢查。電力設備.主要地導致絕緣缺陷的途徑是:在長期運行過程中電力設備受到電場的作用、 熱場的作用、機械力損傷、化學腐蝕以及大氣環境條件的作用,導致電力設備的絕緣品 質逐漸劣化,使其性能變壞,這就是通常所說的老化,老化的結果是一個漸變的過程, 但.終作用結果是導致電力設備絕緣系統的不可恢復性破壞。在運行過程,導致電力設備絕緣系統產生的不可逆的劣化(即老化)的因子稱為老化因子,常見的老化因子有:

        (a)電老化是指在電場長期作用下電力設備絕緣系統中發生的老化,電老化機理很復雜,它包含放電引起的一系列物理和化學效應。隨著外施電壓的增加,絕緣系統中的 放電增強,放電量和放電重復率也增加,導致電老化速度加快,絕緣壽命降低;

        (b)熱老化是指在高溫的長期作用下電力設備絕緣系統中發生的老化,有機絕緣材料在高溫的作用下發生熱降解,導致絕緣材料的結構變化,使其電氣性能和機械性能劣 化。隨著溫度的上升,絕緣的熱老化速度迅速增加,不同的絕緣材料受溫度的影響程度 不一樣,在室溫下絕緣系統的老化極其緩慢;

        (c)機械老化是指固體絕緣系統在運行過程中受到各種機械應力的作用發生的老化,機械老化過程是絕緣材料在機械應力的作用下細觀缺陷發生規則運動,形成微裂縫 并逐漸擴大而導致的。機械應力產生的微裂縫在強電場作用下將引發局部放電,從而加 速絕緣系統的破壞;

        (d)環境老化是指在水分、氧氣、陽光輻射、化學塵埃等自然環境條件下和在高海拔地理條件下導致的絕緣系統表面老化,特別是當有機高聚物表面沉積污穢物后,在水 和強電場的作用下將產生強烈的污穢放電,導致絕緣表面產生破壞。在開展電力設備檢測與診斷技術研究之前需要充分認識電力設備受各老化因子作 用導致絕緣剩余壽命下降和.終破壞的規律。電力設備的老化過程是多因子共同作用的 結果,其作用過程極其復雜。例如:發電機在運行過程中就可能受到發熱、機械振動、 高電壓等因子的共同作用;變壓器在運行過程中可能受到高電壓強場強、高熱、化學分 解等因子的協同作用;斷路器在運行過程中可能受到高電壓、電弧、溫度、濕度等因子 的影響,等等。電力設備的絕緣老化是時間和老化因子的函數,絕緣劣化的程度要根據 其性能的變化來確定,當絕緣性能的指標達到某一極限值時,絕緣已不能在工作電壓下 正常使用,其壽命將達到使用極限。電力設備的運行檢測就是希望通過各種不同的方法, 準確檢測能夠表征電力設備性能的各有關參數,進而得到運行條件下的電力設備狀態。

        目前國際國內上制定了一系列電力設備試驗、檢測標準,包括:電力設備在制造過程中的檢測(型式試驗、例行試驗和出廠試驗)和電力設備在運行前及運行中的檢測(交 接試驗、預防性試驗和在線監測)。對于運行中的電力設備目前國際國內主要采用預防 性試驗進行電力設備狀態的診斷。

        電力設備預防性試驗在一定程度上可以對電力設備的狀態進行判斷,其也是目前國際國內通行的試驗方法,通常預防性試驗可分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類:

        ..類是非破壞性試驗或稱絕緣特性試驗,是指在較低的電壓下或是用其它不會損 傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性,從而判斷絕緣內部有無缺陷。主要指測量絕緣電 阻、泄漏電流和介質損失角正切等電氣試驗項目。由于這類試驗施加的電壓較低,故不 會損傷設備的絕緣性能,其目的是判斷絕緣狀態,及時發現可能的劣化現象,實踐證明 這類方法是有效的,但目前還不能只靠它來可靠地判斷絕緣的耐壓水平。

        第二類是破壞性試驗或稱絕緣耐壓試驗,在高于工作電壓下所進行的試驗稱為破壞 性試驗。試驗時在設備絕緣上加上規定的試驗電壓,考驗絕緣對此電壓的耐受能力,因 此也叫耐壓試驗。它主要指交流耐壓和直流耐壓試驗。由于這類試驗所加電壓較高,考 驗比較直接和嚴格,特別是能揭露那些危險性較大的集中性缺陷,它能保證絕緣有一定 的水平或裕度,缺點是可能會在耐壓試驗時給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗是在非破 壞性試驗之后才進行,如果非破壞性試驗已表明絕緣存在不正常情況,則必須在查明原 因并加以消除后再進行耐壓試驗,以避免不應有的擊穿。

        我國現行的電力設備預防性試驗主要項目見表 1。

        表 1 現行電力設備預防性試驗主要項目


         發電機

        電力變壓器

        電力電纜

        高壓套管

        斷路器

         

         

         

         

         

         SF6

        充油

         絕緣電阻測量

         

         

         

         

         

         

         直流泄漏電流測量

         

         

         

         ×

         

         

        介質損耗角正切值測量

         

         

         

         

         

         

         絕緣油試驗

         

         

         

         

         ×

         

         微量水分測定

         ×

         

         ×

         

         

         ×

        油中溶解氣體色譜分析

         ×

         

         ×

         

         ×

         ×

         局部放電試驗

         ×

         ×

         ×

         

         ×

         ×

         直流耐壓試驗

         

         ×

         

         ×

         ×

         ×

         交流耐壓試驗

         

         

         ×

         

         

         


               注:“☆”表示正常試驗項目,“×”表示不進行該項試驗,“△”大修后進行,“○”必要時進行。

        根據過去長期的運行經驗及試驗研究中已逐步確立起來的這些預防性試驗項目,為 確保電力設備的安全運行發揮了很大作用?,F行的預防性試驗的方法是前人多年工作的 結晶,它對電力設備的安全運行發揮著積極作用,但近年來愈來愈多的電力工作者從實 踐中意識到,常規預防性試驗存在著試驗時需要停電、試驗時間集中工作量大、停電試 驗是否能表征電力設備的運行狀態等問題,特別在電力設備運行過程中,人們.關心的 是絕緣結構的剩余電氣強度,但至今還未找到它與絕緣電阻、泄漏電流及介質損耗因數 等非破壞性試驗參數之間的直接函數關系,所以僅憑這些試驗項目難以準確、有效地判 斷電力設備絕緣的好壞,這就暴露出現行的電力設備預防性試驗本身存在的缺陷。

        為了提高電力設備絕緣試驗的準確性、有效性,電力工作者對電力設備的預防性試 驗方法進行了必要地修正,一方面提出了一些新預防性試驗項目,如:色譜分析、局部 放電試驗等,使電力設備檢測的有效性明顯提高;另一方面對原有的試驗技術進行修正, 如:“分解試驗”(即在可能的情況下,將大型電力設備分解成若干部分進行試驗)起到 了一定的效果。

        電力設備雖然都按規定、按時做了常規預防性試驗,但事故往往仍然時有發生,其 主要原因之一是由于現有的試驗項目和方法往往難以保證在這一個周期內不發生故障。 由于絕大多數故障在事故前都有先兆,這就要求發展一種連續或選時的帶電監視技術, 在線監測就是在這種情況下產生的。

        近年來得到飛速發展的電力設備在線檢測技術,是一種利用電力設備運行電壓來對 電力設備狀態進行試驗的方法,它可以大大提高試驗的真實性與靈敏度。常規的預防性 試驗一般以一年為一周期,現在完全可以根據設備的絕緣狀況的好壞來選擇不同的在線 檢測周期,使試驗的有效程度明顯提高。通過在線檢測可以積累大量的數據,結合電力 設備預防性試驗數據和以往的運行數據,可以對電力設備的狀態進行綜合評判——診斷。

        在線監測將成為電力設備運行狀態檢測與診斷的重要手段,它將在很多方面彌補僅 靠定期停電預防性試驗的不足,是電力設備檢測與診斷的發展方向。

        要提高電力設備運行可靠性,關鍵是提高現有電力設備運行檢測與診斷水平,這里特別要強調地是,僅僅只有檢測技術的提高是遠遠不夠的,要實現電力設備的準確、 有效的檢測與診斷,首先需要從研究電力設備絕緣老化特性入手,充分了解電力設備 絕緣劣化規律、得到絕緣狀態的特征量的變化規律,從而才能確定合適的檢測方法, 在此基礎上再開發相應的檢測裝置,以實現提高電力設備診斷與壽命評估水平的目的。

        西部地區環境條件十分復雜,致使大型電力設備的運行工況十分惡化、大型電力設 備的運行故障比其它地區更多,所以研制開發出適合西部地區的超高壓變電站關鍵電力 設備在線檢測與診斷儀的工作顯得更加重要。本課題提出,在研究超高壓變電站電力設 備絕緣劣化規律的基礎上,尋找并確定表征電力設備劣化規律的特征參量組,開發適合 于我國的110kV及以上變電站的大型電力設備狀態檢測與診斷設備。

        本公司局放在線監測系統以及鐵芯(夾件)接地電流裝置是針對西部地區運行的超高壓電力設備的檢測技術,希望通過研究提高西部地區電力網絡的運行可靠性,保證安全可靠地供電,并為將來在西部實施更高電壓等級輸電、保證關鍵設備的運行安全提供技術支撐。隨著技術和市場的拓展,還將對提高我國全國電力設備運行可靠性、提高我國電力系統供電質量具有重要意義。


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