Wat zijn de kenmerken van storingmechanismen en preventieve maatregelen voor stroomcondensatoren
1 Mislukkingmechanismen van stroomcondensatoren
Een stroomcondensator bestaat voornamelijk uit een behuizing, condensatorkern, isolatiemiddel en terminalstructuur. De behuizing is meestal gemaakt van dun staal of roestvrij staal, met bushings gelast aan deksel. De condensatorkern is gewikkeld van polypropyleenfolie en aluminiumfolie (elektroden), en de binnenkant van de behuizing is gevuld met vloeibaar dielectrisch medium voor isolatie en warmteafvoer.
Als een volledig gesloten apparaat zijn de meest voorkomende mislukkingstypen van stroomcondensatoren:
Interne condensatorelementbreuk;
Veiligheidszeker doorslaan;
Interne kortsluiting;
Externe ontladingfouten.
Interne fouten zijn meer schadelijk voor het condensatorlichaam en, wanneer deze optreden, kunnen ze meestal niet ter plaatse worden hersteld, wat de efficiëntie van de uitrusting aanzienlijk beïnvloedt.
1.1 Interne Condensatorelementbreuk
Condensatorelementbreuk wordt voornamelijk veroorzaakt door factoren zoals veroudering van het dielectrische materiaal, vochtinbreng, productiefouten en strenge werkomstandigheden. Als het element geen interne veiligheidszekering heeft, zal een enkele elementbreuk de parallel verbonden tegenhangers kortsluiten, waardoor zij niet langer bijdragen aan de spanningverdeling. Dit verhoogt de werkingsspanning over de resterende serieverbonden elementen. Zonder tijdige foutisolatie vormt dit ernstige veiligheidsrisico's en kan leiden tot catastrofale mislukkingen.Het gebruik van interne veiligheidszekeringselementen maakt effectieve en snelle isolatie van defecte elementen mogelijk, waardoor de bedrijfsveiligheid wordt verbeterd.
Condensatorbreuk kan worden ingedeeld in drie typen: elektrische breuk, thermische breuk en partiële ontladingsbreuk.
Elektrische breuk: Wordt veroorzaakt door overspanning of harmonischen, wat resulteert in een te hoge elektrische veldsterkte over het dielectrische materiaal, wat leidt tot isolatiebreuk op defecte punten. Het wordt gekenmerkt door korte duur en hoge veldintensiteit. De breuksterkte is nauw gerelateerd aan velduniformiteit maar minder gevoelig voor temperatuur en spanningduur.
Thermische breuk: Treedt op wanneer de warmteopwekking de warmteafvoer te boven komt, wat resulteert in een continue temperatuurstijging in het dielectrische materiaal, wat leidt tot materiaaldegradatie en uiteindelijke isolatiebreuk. Dit gebeurt meestal tijdens stabiele bedrijfsomstandigheden, met relatief lagere breukspanning en langere spanningstoepassingstijd vergeleken met elektrische breuk.
Partiële ontladingsbreuk: Resulteert uit lokale hoge elektrische velden binnen het dielectrische materiaal, die de breuksterkte van laag-permittiviteitsgebieden zoals vloeistoffen, gassen of verontreinigingen overstijgen. Dit initieert partiële ontladingen die geleidelijk de isolatieprestaties degradeeren, uiteindelijk evoluerend naar een complete door-elektrode breuk. Het proces is progressief, ontwikkelend van niet-doorborende ontladingen naar volledige isolatiebreuk.
1.2 Veiligheidszeker Doorslaan
Zekeringbescherming is een van de meest voorkomende beschermingsmaatregelen voor stroomcondensatoren en speelt een cruciale rol in de veilige en stabiele werking van compensatiesystemen. Het wordt onderverdeeld in externe en interne zekeringbescherming.
Externe Zekeringbescherming: Wanneer een intern condensatorelement faalt, neemt de foutstroom door de condensator en de externe zekering toe. Zodra de stroom de gerateerde smeltdrempel van de zekering bereikt, verwarmt de zekering, breekt de thermische evenwichtstoestand en smelt, waardoor de defecte condensator wordt afgescheiden om escalatie van de fout te voorkomen.
Interne Zekeringbescherming: Bij elementfalen ontladen parallel verbonden elementen in het defecte element, waardoor een hoog-amplitude, snel afnemende tijdelijke stroom wordt gegenereerd. De energie van deze stroom smelt de serieverbonden interne zekering, waardoor het defecte element wordt geïsoleerd en de rest van de condensator kan blijven werken.
In de praktijk kan onjuiste zekerverkiezing of slechte contacten op de terminals leiden tot ongewoon zekerslaan tijdens normaal gebruik, waardoor gezonde condensatoren per ongeluk worden verwijderd en de reactieve vermogensoutput wordt verminderd.
Als interne zekeringen onjuist zijn afgesteld en fouten niet tijdig isoleren, kan de fout erger worden, wat potentiële explosie of brand van de condensator kan veroorzaken.
1.3 Interne Kortsluiting
Interne kortsluitingen in stroomcondensatoren omvatten voornamelijk live elektrode-naar-behuizing kortsluitingen en inter-elektrode kortsluitingen. Deze worden voornamelijk veroorzaakt door langdurige veroudering van het dielectrische materiaal, interne vochtinbreng, overspanningsstress, of inherente isolatiedefecten van ontwerp of productieprocessen, die allemaal kunnen leiden tot perforatie-type isolatiebreuk en interne kortsluitingen.
1.4 Externe Ontladingsfouten
Externe ontladingsfouten verwijzen naar fouten die buiten het condensatorlichaam optreden, veroorzaakt door externe factoren zoals oppervlakflitsoverslag op bushings, bushingperforatie, fase-naar-fase of fase-naar-aarde kortsluitingen, of barsten in porseleinen bushings door mechanische stress. Deze fouten hebben diverse oorzaken maar treden op in de externe circuiten. Ze kunnen meestal op tijd worden gedetecteerd en verholpen door relaisbescherming, routine-inspecties of offline-tests. Hun voorkomenswaarschijnlijkheid en ernst zijn lager dan interne fouten, maar ze verdienen nog steeds voldoende aandacht.
2 Algemene Foutkenmerken en Oorzaken van Stroomcondensatoren
2.1 Olielijking van Condensatorlichaam
Als een volledig gesloten, hoog-veldsterkte, hoog-stroomapparaat, leidt olielijking in een stroomcondensator niet alleen tot een vermindering van de isolatieniveau door verlaagd oliveau, maar ook tot vochtinbreng door verlaagde interne druk. Dit leidt tot isolatievochtigheid, verlaagde isolatieweerstand en uiteindelijk interne elementbreuk of zelfs explosie.
De belangrijkste oorzaken van olielijking zijn: slechte laswerkzaamheden die leiden tot onvoldoende afsluiting; veroudering of oneven verdeelde spanningen op dichtingen; mechanische schade tijdens transport of installatie; onvoldoende onderhoud dat leidt tot corrosie van de behuizing; en mechanische spanningen die bushingafsluitingen beschadigen.
2.2 Behuizingdeformatie van Condensator
Onder normale werkomstandigheden is een kleine expansie of contractie van de condensatorbehuizing als gevolg van temperatuur- en spanningvariaties acceptabel. Echter, wanneer de interne elektrische veldsterkte te hoog is, wat partiële ontlading of kortsluitingen veroorzaakt, decomposeert het dielectrische materiaal en produceert grote hoeveelheden gas. Dit verhoogt de interne druk in de gesloten kamer, wat leidt tot uitpuilen of deformatie van de behuizing.
Wanneer er ernstige deformatie optreedt, is reparatie ter plaatse meestal onmogelijk en moet vervanging worden uitgevoerd. Behuizingdeformatie verergert niet alleen de interne isolatiedegradatie, maar kan ook de elektrische structuur beschadigen, waardoor de oorspronkelijke isolatieafstanden worden veranderd. In ernstige gevallen kan dit leiden tot bushingbreuk (zie Fig. 1), wat potentieel kan leiden tot explosie of brand.
Behuizingdeformatie wordt voornamelijk veroorzaakt door kwaliteitsproblemen van het product, zoals: slechte kwaliteit van elektrode of dielectrisch materiaal; gebruik van niet-gas-absorberend isolatieolie; substandaard productieomgeving of -processen; residuen tijdens de productie; excessieve streven naar specifieke prestatie-indicatoren; of te dun behuizingsmateriaal.
2.3 Abnormale Temperatuurstijging in Condensatoren
Een abnormale temperatuurstijging in stroomcondensatoren leidt tot een te hoge lichaamstemperatuur, wat de thermische veroudering van het interne dielectrische materiaal versnelt, de isolatiesterkte vermindert en zelfs partiële ontlading kan veroorzaken. De levensduur van stroomcondensatoren volgt doorgaans de "8°C-regel": voor elke 8°C stijging boven de toegestane werkingstemperatuur, wordt de verwachte levensduur ongeveer gehalveerd.
Abnormale temperatuurstijging wordt voornamelijk veroorzaakt door slechte ventilatie of langdurige overstroomcondities. Voorbeelden hiervan zijn: onredelijke ruimtelijke indeling van de condensatorkamer of onjuiste plaatsing van ventilatieapparatuur die leidt tot onvoldoende warmteafvoer; verhoogde warmteopwekking door overspanningsbedrijf dat leidt tot overstroom; en harmonische stromen die worden geproduceerd door rechtersystemen, die ook bijdragen aan oververhitting van de condensator. Bovendien kan de veroudering van het dielectrische materiaal, vochtinbreng of interne componentenfouten de vermogen-verliezen verhogen, waardoor de temperatuurstijging nog verder verergert.
2.4 Oppervlakflitsoverslag op Condensator Bushings
Componenten in stroomcondensatorinstallaties zijn meestal compact gerangschikt. Tijdens de werking kenmerkt de omgeving zich door hoge temperatuur en elektrisch veld, waardoor luchtgebonden geladen deeltjes gemakkelijk worden geabsorbeerd. Dit leidt tot besmetting op de bushingoppervlakken, wat de oppervlaktelektrische lekkage stroom verhoogt. Onder de gecombineerde invloed van systeemharmonischen en spanning kan lokale oppervlaktevonkovergang op de bushingporselein optreden. Wanneer de besmetting een kritisch niveau bereikt, kan dit leiden tot oppervlakflitsoverslag, vergezeld van abnormale geluiden. In ernstige gevallen kan dit leiden tot externe fase-naar-aarde kortsluitingen.
2.5 Abnormale Geluiden van Condensatoren
Stroomcondensatoren zijn statische reactieve compensatieapparaten zonder bewegende delen of elektromagnetische opwekkingselementen. Tijdens normale werking moeten ze geen hoorbare geluiden produceren. Als tijdens de werking abnormale geluiden optreden, kan dit wijzen op hoge-energie partiële ontlading binnen de condensator, en het apparaat moet onmiddellijk worden afgeschakeld voor inspectie.
2.6 Condensatorruptuur
Condensatorruptuur is een ernstige mislukking met aanzienlijke gevolgen. Het treedt meestal op wanneer een intern condensatorelement een inter-elektrode of elektrode-naar-behuizing isolatiebreuk ervaart, wat resulteert in een doorfout kortsluiting. Andere condensatoren die parallel werken, zullen dan snel opladen en ontladen in het defecte apparaat. Als de ingebrachte energie de mechanische sterkte van de behuizing overstijgt, kan de condensator raken en olie uitwerpen, wat potentieel kan leiden tot brand, de veiligheid van de hele substation in gevaar brengen, en zelfs leiden tot letsel of dodelijke slachtoffers.
Een kettingreactieruptuurincident betreffende een heel condensatorbank wordt weergegeven in Figuur 2, getriggerd door interne condensatorelementbreuk; de gedetailleerde staat van het defecte element wordt weergegeven in Figuur 3.
2.7 Oververhitting van Condensatorbank Aansluitterminals
Zodra geactiveerd, werken stroomcondensatorbanken onder volle belasting met hoge circuitstromen. Als de interne verbindingen slecht contact maken, onvoldoende ontworpen of geïnstalleerd zijn, of onvoldoende worden onderhouden, kan er lokale oververhitting op de aansluitpunten optreden. Langdurige oververhitting kan leiden tot excessieve thermische energieaccumulatie, waardoor de aansluitdraden kunnen smelten. Oververhittingsfouten op condensatorbankterminals komen vrij vaak voor; de staat van een gesmolten verbinding wordt weergegeven in Figuur 4.
3 Preventieve Maatregelen Tegen Ongevallen
3.1 Garanderen van Kwaliteit bij Apparatuurproductie en Installatie-inrichting
De veilige werking van stroomcondensatoren hangt af van de kwaliteit van de apparatuurproductie en installatie-inrichting. Tijdens de productie is het essentieel om strikt de processen te volgen, gekwalificeerde grondstoffen en productieapparatuur te gebruiken, en de kwaliteitscontrole gedurende het hele proces te versterken. Strikte fabrieksinspecties garanderen de productkwaliteit. Ter plaatse moeten installaties redelijk "gefaseerd en gegroepeerd" worden om een evenwichtige capaciteitsovereenkomst tussen fasen en secties te waarborgen. Bovendien moet nadruk worden gelegd op de overdracht en aanvaarding na de installatie om de installatiekwaliteit te garanderen en fouten tijdens de werking te minimaliseren.
3.2 Verbeteren van Bedrijfs- en Werkmethoden
Bij het uitvoeren van inschakel- en uitschakeloperaties voor lijnbelastingen moet de principe van "eerst loskoppelen, dan aansluiten" worden nageleefd, terwijl belastingslijnen de volgorde "eerst aansluiten, dan loskoppelen" moeten volgen. Deze volgorde mag niet willekeurig worden gewijzigd.
Vóór het herstellen van de werking van condensatorbanken moet voldoende ontladingstijd worden gegarandeerd. Frequent schakelen van condensatorbanken moet worden geminimaliseerd; pas na volledige ontlading kan herinschakeling plaatsvinden. Als een fout de beschermingsapparatuur ertoe aanzet de condensatorbank te laten uitschakelen, mag deze niet opnieuw worden aangesloten voordat de oorzaak is vastgesteld om te voorkomen dat het ongeval escaleert.
Om hoge orde harmonischen te voorkomen die de condensatorbanken beïnvloeden, moet de juiste reactorcapaciteit worden geselecteerd op basis van specifieke toepassingsscenario's. Dit onderdrukt effectief hoge orde harmonischen, vermindert inrushstromen en overspanning bij het aansluiten, en garandeert de veilige werking van het hele systeem.
3.3 Controle van Werkomgevingstemperatuur
De werkingstemperatuur van condensatoren heeft directe invloed op hun prestaties en levensduur. Hoge temperaturen versnellen de isolatieveroudering, waardoor de levensduur wordt bekort. Daarom is het controleren van de werkomgevingstemperatuur cruciaal. Voor binnengeplaatste condensatorbanken moet er goede ventilatie worden gehandhaafd, en indien nodig automatische temperatuurregelsystemen worden geïnstalleerd. Buitenunits moeten directe zonnestraling worden vermeden en voldoende ventilatie en warmteafvoer worden gegarandeerd. Voer regelmatig live infraroodthermografie uit op condensatorbanken en bijbehorende apparatuur om tijdig maatregelen te nemen, zodat de interne mediumtemperaturen en omgevingstemperaturen voldoen aan de voorschriften.
3.4 Implementeren van Online Monitoring van Apparatuurstatus
Het installeren van online monitoringapparatuur op condensatorbanken faciliteert real-time monitoring van de werkingstatus, wat helpt bij het tijdig detecteren en afhandelen van potentiële fouten. Dit omvat het monitoren van de daadwerkelijke werkingsspanning, partiële ontladingen, dielectrisch verlies, capaciteit, lekkagestroom en andere karakteristieke signalen. Dit helpt niet alleen bij het diagnosticeren en isoleren van fouten, maar stelt ook analyses van potentiële defecten in staat, waardoor voorspellende foutwaarschuwingen worden bereikt.
3.5 Versterken van Regelmatige Inspectie van Apparatuur
Het versterken van regelmatige inspectie is cruciaal voor het waarborgen van de normale werking van condensatorbanken. De focus moet liggen op het controleren van behuizingdeformaties, olielijking, besmettingsniveaus van porseleinen isolatoren, tekenen van ontlading, elektrische afstanden en omgevingstemperaturen. Bijstandsmethoden zoals infraroodthermografie kunnen oververhitting op aansluitpunten detecteren, waardoor tijdig onderhoud mogelijk is en de veilige werking van stroomcondensatorassemblages wordt gegarandeerd.
Conclusie
Door de mislukkingmechanismen, kenmerken en oorzaken van stroomcondensatoren te analyseren, stelt dit artikel preventieve maatregelen voor van vijf aspecten: kwaliteit van apparatuur en installatie-inrichting, bedrijfsmethoden, controle van werkomgevingstemperatuur, online monitoring van werkingstoestand, en regelmatige inspecties. Deze aanbevelingen bieden praktische richtlijnen voor de effectieve toepassing van stroomcondensatoren.
