Hva er feilmekanismenes kjennetegn og forebyggende tiltak for strømkondensatorer

1 Kondensatorfeilmekanismer

En strømkondensator består hovedsakelig av et kabinet, en kondensatorelement, et isolerende medium og en terminalstruktur. Kabinetet er vanligvis laget av tynn stål eller rostfritt stål, med busser som er sveiset til lokket. Kondensatorelementet er viklet fra polypropylenfilm og aluminiumsfolie (elektroder), og innenfor kabinetet er det fylt med flytende dielektrisk for isolasjon og varmeavledning.

Som et helt lukket enhet, inkluderer de vanlige feiltype for strømkondensatorer:

• Innendørs kondensatorelementnedbryting;

• Sikring springer;

• Interne kortslutningsfeil;

• Eksterne utslippfeil.

Innvendige feil er mer ødeleggende for kondensatorens kropp, og når de forekommer, kan de generelt ikke repareres på stedet, noe som betydelig påvirker utstyrets effektivitet.

1.1 Innvendig nedbryting av kondensatorelement

Nedbryting av kondensatorelement er hovedsakelig forårsaket av faktorer som aldring av dielektrikk, fuktighet, produksjonsdefekter og tøffe driftsbetingelser. Hvis elementet mangler en intern sikring, vil en enkelt elementnedbryting føre til kortslutning av parallellelementene, som fjerner dem fra spændingsdelering. Dette øker driftsspenningsen over de gjenstående serieforbindte elementene. Uten tilstrekkelig feilisolering, kan dette representere alvorlige sikkerhetsrisikoer og potensielt føre til katastrofale feil.Bruk av interne sikringer gjør det mulig å effektivt og raskt isolere defekte elementer, noe som øker driftssikkerheten.

Kondensatornedbryting kan inndelas i tre typer: elektrisk nedbryting, termisk nedbryting og delvis utslippnedbryting.

• Elektrisk nedbryting: Forårsaket av overspenningsforhold eller harmoniske, som fører til ekstremt høy elektrisk feltstyrke over dielektrikken, resulterer i isolasjonsfeil ved defekte punkter. Det karakteriseres ved kort varighet og høy feltintensitet. Nedbrytingsstyrken er nært knyttet til feltuniformiteten, men mindre sensitiv for temperatur og spenningsvarighet.

• Termisk nedbryting: Oppstår når varmegenerering overstiger varmeanvendelse, som fører til en kontinuerlig temperaturstigning i dielektrikken, som fører til materialealdring og eventuelt isolasjonsfeil. Dette skjer vanligvis under stabilt drift, med relativt lavere nedbrytingsvoltage og lengre spenningsanvendelsesvarighet sammenlignet med elektrisk nedbryting.

• Delvis utslippnedbryting: Resultat av lokal høy elektrisk feltstyrke innenfor dielektrikken, som overstiger nedbrytingsstyrken av lave-permittivitetsområder som væsker, gasser eller urenheter. Dette initierer delvis utslipp som gradvis forverrer isolasjonsytelsen, og endelig utvikler seg til en full gjennomgående elektrodnedbryting. Prosesse er progressiv, utvikler seg fra ikke-gjennomgående utslipp til full isolasjonsfeil.

1.2 Sikring springer

Sikringsbeskyttelse er en av de mest vanlige beskyttelsesforanstaltningene for strømkondensatorer og spiller en viktig rolle for trygg og stabil drift av kompensasjonssystemer. Den er inndelt i ekstern og intern sikringsbeskyttelse.

• Ekstern sikringsbeskyttelse: Når et intern kondensatorelement mislykkes, øker feilstrømmen gjennom kondensatoren og den eksterne sikringen. Når strømmen når sikringens nominelle smeltegrense, blir sikringen varm, bryter termisk likevekt og smelter, koble fra det defekte kondensatoren for å unngå feilutvikling.

• Intern sikringsbeskyttelse: Ved elementmislykkelse, slipper parallellelementer ut i det defekte elementet, som genererer en høyamplitud, hurtig avtakende midlertidig strøm. Energi fra denne strømmen smelter den serieforbindte interne sikringen, isolerer det defekte elementet og lar resten av kondensatoren fortsette å operere.

I praksis kan feil valg av sikring eller dårlig kontakt ved terminaler føre til uvanlig sikringsbrudd under normal drift, som feilaktig fjerner sunne kondensatorer og reduserer reaktiv effektproduksjon.

Hvis interne sikringer er feil dimensjonert og mislykkes med å isolere feil raskt, kan feilen verre, potensielt føre til kondensatoreksplodering eller brann.

1.3 Interne kortslutningsfeil

Interne kortslutningsfeil i strømkondensatorer inkluderer hovedsakelig live elektrode til kabinet kortslutninger og inter-elektrode kortslutninger. Disse er primært forårsaket av langvarig aldring av dielektrikk, interne fuktighetsinnslipp, overspenningsstress eller innebygd isolasjonsdefekter fra design eller produksjonsprosesser, alle som kan føre til boretyper isolasjonsnedbryting og interne kortslutninger.

1.4 Eksterne utslippfeil

Eksterne utslippfeil refererer til feil som oppstår utenfor kondensatorkroppen, forårsaket av eksterne faktorer som overfladeutslipp på busser, bussepunkttering, fase til fase eller fase til jord kortslutninger, eller sprukker i porseleinkonduktører på grunn av mekanisk stress. Disse feilene har mange ulike årsaker, men forekommer i eksterne kretser. De kan generelt bli oppdaget og begrenset i tide gjennom relébeskyttelsesforanstaltninger, rutineinspeksjoner eller offline testing. Sannsynligheten for og alvorligheten av disse feilene er lavere enn interne feil, men de fortjener fremdeles tilstrekkelig oppmerksomhet.

2 Vanlige feilegenskaper og årsaker for strømkondensatorer
2.1 Oljelekasje fra kondensatorkropp

Som en helt lukket, høyfeltstyrke, høystrøm enhet, oljelekasje i en strømkondensator reduserer ikke bare isolasjonsnivået på grunn av nedsatt olnivå, men tillater også fuktighet innslipp på grunn av nedsatt inntrykk. Dette fører til isolasjonsfuktighet, nedsatt isolasjonsmotstand, og til slutt interne elementnedbryting eller eksplosjon.

Hovedårsakene til oljelekasje inkluderer: dårlig svelling som fører til utilstrekkelig tettning; aldring eller ujevn belasted gasket; mekanisk skade under transport eller installasjon; utilstrekkelig vedlikehold som fører til korrosjon av kabinet; og mekanisk stress som skader bussettet.

2.2 Deformasjon av kondensatorkabinet

Under normale driftsbetingelser, er ringe utvidelse eller kontraksjon av kondensatorkabinetet på grunn av temperatur- og spenningsvariasjoner akseptabelt. Imidlertid, når den interne elektriske feltstyrken er for høy, som fører til delvis utslipp eller kortslutninger, dekomponerer dielektrikken og genererer store mengder gass. Dette øker inntrykket i den lukkede kammeren, som fører til kabinetbulging eller deformasjon.

Når alvorlig deformasjon forekommer, er reparasjon på stedet vanligvis umulig, og bytte er nødvendig. Kabinetdeformasjon forverrer ikke bare innvendig isolasjonsforverring, men kan også skade elektrisk struktur, endre original isolasjonsavstander. I alvorlige tilfeller kan det føre til busseknakk (se Fig. 1), som potensielt kan føre til eksplosjon eller brann.

Kabinetdeformasjon er hovedsakelig forårsaket av produktkvalitetsproblemer, som: dårlig elektrode eller dielektrisk materialkvalitet; bruk av ikke-gassabsorberende isolerende olje; understandard produksjonsmiljø eller prosesser; resterende urenheter under produksjon; for stor etterlatelse av spesifikke ytelsesmål; eller kabinetmateriale som er for tynnt.

2.3 Anormal temperaturstigning i kondensatorer

Anormal temperaturstigning i strømkondensatorer fører til unormalt høy kropptemperatur, som akselererer termisk aldring av det interne dielektrikk, reduserer dens isolasjonstyrke, og kan til og med utløse delvis utslipp. Driftstiden for strømkondensatorer følger generelt "8°C regelen": for hver 8°C økning over den tillatte driftstemperaturen, halveres den forventede levetiden.

Anormal temperaturstigning er hovedsakelig forårsaket av dårlig ventilasjon eller langvarige overstrømingsforhold. Eksempler inkluderer: urimelig romoppsett av kondensatorrommet eller feil plassering av ventilasjonsutstyr som fører til utilstrekkelig varmeavledning; økt varmeproduksjon på grunn av overspenningsdrift som fører til overstrømning; og harmoniske strømmer generert av rettifierenheter som også bidrar til kondensatorovervarming. I tillegg kan aldring av dielektrikk, fuktighet innslipp, eller interne komponentfeil øke effektforlust, som forverrer temperaturstigningen ytterligere.

2.4 Overflateutslipp på kondensatorbusser

Komponentene i strømkondensatorinstallasjoner er vanligvis kompakt plassert. Under drift, er omgivelsene rundt høy temperatur og elektrisk feltstyrke, som gjør det lett for luftbårne ladete partikler å bli absorbert. Dette fører til forurensning på bussoverflater, som øker overflatelekkasjonsstrøm. Under kombinert innflytelse av systemharmonier og spenning, kan lokale overflatebueopptrekk forekomme på porseleinen. Når forurensningen akkumulerer seg til en kritisk nivå, kan det føre til overflateutslipp, ofte følgt av anormal lyd. I alvorlige tilfeller kan dette føre til eksterne fase til jord kortslutninger.

2.5 Anormal lyd fra kondensatorer

Strømkondensatorer er statiske reaktiv kompensasjonsenheter uten bevegelige deler eller elektromagnetiske opptrekk. Under normal drift, burde de ikke produsere hørbare lyder. Hvis anormal lyd forekommer under drift, kan dette indikere høyenergi delvis utslipp i kondensatoren, og utstyret skal umiddelbart de-energisers for inspeksjon.

2.6 Kondensatorruptur

Kondensatorruptur er en alvorlig feil med betydelige konsekvenser. Det forekommer typisk når et internt kondensatorelement opplever inter-elektrode eller elektrode til kabinet isolasjonsnedbryting, som fører til en gjennomgående feil kortslutning. Andre kondensatorer som opererer parallelt vil deretter hurtig lade og slippe til det defekte enheten. Hvis den injiserte energien overstiger den mekaniske styrken til kabinetet, kan kondensatoren rive og utskyte olje, potensielt føre til brann, trusler mot sikkerheten for hele transformatorstasjonen, og kan til og med føre til personskader eller død.

Et kaskaderende rupturforklart for en hel kondensatorbank er vist i figur 2, utløst av intern kondensatorelementnedbryting; den detaljerte tilstanden for det mislykkede elementet er illustrert i figur 3.

2.7 Overvarming av kondensatorbank koblingskontakter

Når de er energisert, opererer strømkondensatorbanker under full last med høy kretstrøm. Hvis interne koblinger viser dårlig kontakt, utilstrekkelig design eller installasjonspraksis, eller utilstrekkelig vedlikehold, kan det oppstå lokal overvarming ved koblingspunktene. Langvarig overvarming kan føre til unormal varmeakkumulering, potensielt føre til at koblingsledere smelter. Overvarmingsfeil ved kondensatorbankkontakter er relativt vanlige; tilstanden for en smeltet kobling er vist i figur 4.

3 Forebyggende foranstaltninger mot ulykker

3.1 Sikring av kvalitet i utstyrproduksjon og installasjonskommissjonering

Den sikre driften av strømkondensatorer er avhengig av kvaliteten på utstyrproduksjon og installasjonskommissjonering. Under produksjon, er det essensielt å strengt følge prosessflyter, bruke godkjente råmaterialer og produksjonsutstyr, og forbedre kvalitetskontroll gjennom hele prosessen. Streng fabrikkontroll sikrer produktkvaliteten. På stedet installasjoner bør være rimelig "fasert og gruppert" for å sikre balansert kapasitetsmatching mellom fasene og seksjonene. I tillegg, bør det legges vekt på overdragelse og godkjenning av stedet etter installasjon for å sikre installasjonskvaliteten og minimere feil under drift.

3.2 Forbedring av driftsmetoder

• Ved utførelse av strømtil- og strømfradrift for linjebelastninger, må kondensatorbanker følge prinsippet om "kopling først, deretter kobling", mens belastningslinjer skal følge sekvensen "kobling først, deretter kopling". Denne rekkefølgen kan ikke endres vilkårlig.

• Før gjenoppretting av kondensatorbankdrift, må det være sikret tilstrekkelig løsningstid. Frekvent skifte av kondensatorbanker bør minimaliseres; kun etter full løsning kan det skje genkobling. Hvis en feil fører til at beskyttelsesenheter stopper kondensatorbanken, kan den ikke kobles på igjen før årsaken er identifisert for å unngå at en ulykke eskalerer.

• For å unngå høyorden harmoniske påvirkning av kondensatorbanker, velg passende reaktortakster basert på spesifikke anvendelsesscenarier. Dette undertrykker effektivt høyorden harmoniske, reduserer innskytingstrøm og overvoltage ved kobling, og sikrer sikker drift av hele systemet.

3.3 Kontroll av driftsomgivelses temperature

Driftstemperaturen for kondensatorer påvirker direkte deres ytelse og levetid. Høye temperaturer akselererer isolasjonsaldring, kortsitter levetiden. Derfor er kontroll av driftsomgivelses temperature viktig. Innenforinstallerte kondensatorbanker bør ha god ventilasjon, og der det er nødvendig, installere automatiske temperaturkontrollsystemer. Utendørs enheter bør unngå direkte sollysutsikt og sikre god ventilasjon og varmeavledning. Gjennomfør regelmessig levende infrarødt termografi på kondensatorbanker og relatert utstyr for å ta tiltak i tide, og sørge for at interne mediumtemperaturer og miljøtemperaturer er i samsvar med forskrifter.

3.4 Implementering av online overvåking av utstyrs driftsstatus

Installering av online overvåkingsenheter på kondensatorbanker gjør det mulig å overvåke driftsstatus i sanntid, som hjelper med rask oppdagelse og håndtering av potensielle feil. Dette inkluderer overvåking av faktisk driftsspennings, delvis utslipp, dielektrisk tap, kapasitans, lekkasjonsstrøm, og andre karakteristiske signaler. Dette hjelper ikke bare med feildiagnose og isolering, men gir også analyse av potensielle defekter, og oppnår prediktive feilvarsler.

3.5 Forbedring av rutineinspeksjon av utstyr

Styrking av rutineinspeksjon er viktig for å sikre normal drift av kondensatorbanker. Fokus bør legges på sjekking av deformasjoner i kabinett, oljelekasje, forureningsnivåer av porseleinen isolatorer, tegn på utslipp, elektriske avstander, og miljøtemperaturer. Hjelpemetoder som infrarødt termografi kan oppdage overvarming ved koblinger, gjøre det mulig med tidsmessig vedlikehold, og sikre sikker drift av strømkondensatoranlegg.

Konklusjon

Ved å analysere feilmekanismer, egenskaper og årsaker for strømkondensatorer, foreslår denne artikkelen forebyggende foranstaltninger fra fem aspekter: utstyr og installasjonskommissjonering kvalitet, driftsmetoder, kontroll av driftsomgivelses temperature, online overvåking av driftsforhold, og rutineinspeksjon. Disse anbefalingene gir praktisk veiledning for effektiv anvendelse av strømkondensatorer.