Vilka är kortslutningsmekanismernas egenskaper och förebyggande åtgärder för elkondensatorer

1 Felmekanismer för strömkondensatorer

En strömkondensator består huvudsakligen av en behållare, kondensorkärna, isolerande medium och terminalstruktur. Behållaren är vanligtvis tillverkad av tunn stålplåt eller rostfritt stål, med bussholster som är svetsade till locket. Kondensorkärnan är virad från polypropylenfilm och aluminiumfolie (elektroder), och inuti behållaren fylls det med flytande dielektrikum för isolering och värmeavledning.

Som ett heltäckande enhet är de vanligaste feltyperna för strömkondensatorer:

• Brott i interna kondensorelement;

• Fusmottagning;

• Intern kortslutningsfel;

• Externa utsläppsfel.

Interna fel är mer förstörande för kondensorkroppen och, när de inträffar, kan de vanligtvis inte repareras på plats, vilket drastiskt påverkar utrustningsutnyttjandegraden.

1.1 Brott i Interna Kondensorelement

Brott i kondensorelement orsakas huvudsakligen av faktorer som åldring av dielektrikum, fuktinträngning, tillverkningsdefekter och hårda driftförhållanden. Om elementet saknar intern fus, kommer ett enskilt elementbrott att kortsluta dess parallellkopplade motsvarigheter, vilket tar bort dem från spänningsdelning. Detta ökar driftspänningen över de återstående seriekopplade elementen. Utan snabb felisolering, detta innebär allvarliga säkerhetsrisker och kan leda till katastrofala fel. Användningen av interna fuser möjliggör effektiv och snabb isolering av defekta element, vilket förbättrar driftsäkerheten.

Kondensorbrott kan indelas i tre typer: elektriskt brott, termiskt brott och partiell utsläppsbrist.

• Elektriskt Brott: Orsakat av överspänning eller harmoniska, vilket leder till för högt elektriskt fält över dielektrikum, vilket resulterar i isoleringsbrott vid defekta punkter. Det kännetecknas av kort varaktighet och hög fältdensitet. Brottsstyrkan är nära relaterad till fältenhet men mindre känslig för temperatur och spänningsvaraktighet.

• Termiskt Brott: Inträffar när värmeproduktion överstiger avledning, vilket leder till kontinuerlig temperaturökning i dielektrikum, vilket leder till materialdegeneration och slutligen isoleringsbrott. Detta sker normalt under stillastående drift, med relativt lägre brottsspänning och längre spänningsapplikationstid jämfört med elektriskt brott.

• Partiell Utsläppsbrist: Resulterar från lokalt höga elektriska fält inom dielektrikum, som överstiger brottstyrkan av låg-permittivitetsregioner som vätskor, gaser eller föroreningar. Det initierar partiella utsläpp som gradvis degraderar isoleringsprestanda, vilket till slut utvecklas till full genom-elektrod-brott. Processen är progressiv, utvecklas från icke-trängerande utsläpp till fullständigt isoleringsbrott.

1.2 Fusmottagning

Fusbeskydd är en av de vanligaste skyddsåtgärderna för strömkondensatorer och spelar en viktig roll för den säkra och stabila drift av kompensationsystem. Det indelas i externt och internt fusbeskydd.

• Externt Fusbeskydd: När ett internt kondensorelement misslyckas, ökar felet genom kondensorn och externa fuset. När strömmen når fuset’s nominella smälttröskel, uppvärmning, bryter termisk jämvikt och smälter, kopplar bort det defekta kondensoren för att förhindra felutveckling.

• Internt Fusbeskydd: Vid elementfel, laddas parallella element ner i det defekta elementet, vilket genererar en högamplitud, snabbt avtagande transitorisk ström. Energin från denna ström smälter den seriekopplade interna fuset, isolerar det defekta elementet och låter resten av kondensorn fortsätta att fungera.

I praktiken kan felaktig fusbemanning eller dålig kontakt vid terminaler orsaka ovanlig fusmottagning under normal drift, vilket felaktigt tar bort friska kondensatorer och minskar reaktiv effektutdata.

Om interna fuser är felaktigt dimensionerade och inte isolerar fel snabbt, kan felet förvärras, vilket potentiellt kan leda till kondensatorexplosion eller brand.

1.3 Interna Kortslutningsfel

Interna kortslutningsfel i strömkondensatorer omfattar huvudsakligen levande elektrod-till-behållare kortslut och mellanelektrod kortslut. Dessa orsakas huvudsakligen av långsiktig åldring av dielektrikum, intern fuktinträngning, överspänningsspanning eller inhämtade isoleringsdefekter från design eller tillverkningsprocesser, vilka alla kan leda till sticktyps isoleringsbrott och interna kortslut.

1.4 Externa Utsläppsfel

Externa utsläppsfel refererar till fel som uppstår utanför kondensorkroppen, orsakade av externa faktorer som fläkt yta flashover, bussholster stickning, fas-till-fas eller fas-till-jord kortslut, eller sprickor i porcelän bussholster på grund av mekanisk stress. Dessa fel har många olika orsaker men uppstår i den externa kretsen. De kan vanligtvis identifieras och begränsas i tid genom reläskyddshandlingar, rutininspektioner eller offline-test. Deras sannolikhet och allvarlighetsgrad är lägre än interna fel, men de förtjänar ändå tillräcklig uppmärksamhet.

2 Vanliga Feltypers Karakteristika och Orsaker för Strömkondensatorer
2.1 Oljeläckage från Kondensorkroppen

Som en heltäckande, högfältsstyrka, högströmsenhet, oljeläckage i en strömkondensator minskar inte bara isoleringsnivån på grund av sänkt oljenivå, utan tillåter också fuktinträngning på grund av minskat internt tryck. Detta leder till isoleringsfukt, minskad isoleringsmotstånd och till slut internt elementbrott eller till och med explosion.

Huvudsakliga orsaker till oljeläckage inkluderar: dålig svetsning som leder till otillräcklig täthet; åldring eller ojämnt belastade packningar; mekanisk skada under transport eller installation; otillräcklig underhåll som leder till korrosion av behållaren; och mekanisk stress som skadar bussholster tättningar.

2.2 Kondensorbehållares Deformation

Under normal drift, är mindre expansion eller kontraktion av kondensorbehållaren på grund av temperatur- och spänningsvariationer acceptabel. Men när det interna elektriska fältet är för högt, vilket orsakar partiella utsläpp eller kortslut, dekomponerar dielektrikum och producerar stora mängder gas. Detta ökar det interna trycket i den täta kammaren, vilket leder till utbultning eller deformation av behållaren.

När allvarlig deformation inträffar, är det vanligtvis omöjligt att reparera på plats, och ersättning krävs. Behållardeformation förvärrar inte bara den interna isoleringsförsämringen, men kan också skada den elektriska strukturen, vilket ändrar ursprungliga isoleringsavstånd. I allvarliga fall kan det orsaka bussholsterfraktur (se Fig. 1), vilket potentiellt kan leda till explosion eller brand.

Behållardeformation orsakas huvudsakligen av produktkvalitetsproblem, såsom: dålig elektrod- eller dielektrikummaterialegenskaper; användning av icke-gasabsorberande isolerande olja; understandard tillverkningsmiljö eller processer; restprodukter under produktion; överdriven eftersträvan av specifika prestandamål; eller behållarmaterial som är för tunnt.

2.3 Ovanlig Temperaturhöjning i Kondensatorer

Ovanlig temperaturhöjning i strömkondensatorer leder till för hög kroppstemperatur, vilket accelererar den interna dielektrikums termiska åldring, minskar dess isoleringsstyrka och kan till och med utlösa partiella utsläpp. Servicehållbarheten för strömkondensatorer följer vanligtvis "8°C-regeln": för varje 8°C över den tillåtna drifttemperaturen, halveras den förväntade livslängden.

Ovanlig temperaturhöjning orsakas huvudsakligen av dålig ventilation eller långvariga överströmningsförhållanden. Exempel inkluderar: orimlig rumslig layout av kondensorrumsrummet eller felaktig placering av ventilationsutrustning som leder till otillräcklig värmeavledning; ökad uppvärmning på grund av överspänning som leder till överströmning; och harmoniska strömmar som genereras av rektifieringsenheter som också bidrar till kondensatoröverhettning. Dessutom kan dielektrikumsåldring, fuktinträngning eller interna komponentfel öka effektavlidningarna, vilket ytterligare förvärrar temperaturhöjningen.

2.4 Ytfläkt Flashover på Kondensatorbussholster

Komponenter i strömkondensatorinstallationer är vanligtvis arrangerade kompakt. Under drift, är omgivningen kännetecknad av hög temperatur och elektrisk fältstyrka, vilket gör det lätt för flyktiga laddade partiklar att adsorberas. Detta leder till kontamineringsackumulering på bussholster ytan, vilket ökar ytfläktströmmen. Under kombinerad inverkan av systemharmoniker och spänning, kan lokal ytfläktbåge uppstå på bussholsterporcelän. När kontaminering ackumuleras till ett kritiskt nivå, kan det resultera i ytfläkt flashover, följt av ovanlig buller. I allvarliga fall kan det leda till extern fas-till-jord kortslut.

2.5 Ovanlig Ljud från Kondensatorer

Strömkondensatorer är statiska reaktiv kompensationsenheter utan rörliga delar eller elektromagnetiska anregningskomponenter. Under normal drift bör de inte producera något hörbart ljud. Om ovanligt ljud uppstår under drift, kan det indikera högenergi partiella utsläpp inom kondensatorn, och utrustningen bör omedelbart avenergiseras för inspektion.

2.6 Kondensatorruptur

Kondensatorruptur är ett allvarligt fel med betydande konsekvenser. Det inträffar vanligtvis när ett internt kondensorelement lider av mellanelektrod- eller elektrod-till-behållare isoleringsbrott, vilket resulterar i en genomfelskortslut. Övriga kondensatorer som opererar parallellt kommer sedan snabbt att ladda och de-ladda i det defekta enheten. Om den infogade energin överstiger den mekaniska styrkan hos behållaren, kan kondensatorn ruppa och eja ut olja, vilket potentiellt kan leda till brand, hota hela understations säkerhet, och till och med leda till personskador eller dödsfall.

En kaskaderupturincident involverande hela kondensatorbanken visas i figur 2, utlöst av internt kondensorelementbrott; det detaljerade tillståndet av det defekta elementet illustreras i figur 3.

2.7 Överhettning av Kondensatorbankanslutningsterminaler

När den är energiserad, opererar strömkondensatorbanker under full last med höga kretsströmmar. Om interna anslutningar visar brist på kontakt, otillräcklig design eller installationspraxis, eller otillräckligt underhåll, kan lokala överhettning vid anslutningspunkterna uppstå. Prolongerad överhettning kan leda till för mycket termisk energi ackumulering, vilket potentiellt kan leda till att anslutningsledarna smälter. Överhettning fel vid kondensatorbankterminaler är relativt vanliga; tillståndet av en smält anslutning visas i figur 4.

3 Förbyggande Åtgärder mot Olyckor

3.1 Att Garantera Kvalitet i Utrustningsframställning och Installationskommissionering

Den säkra drift av strömkondensatorer beror på kvaliteten på utrustningsframställning och installationskommissionering. Under produktionen är det viktigt att strikt följa processflöden, använda godkända råmaterial och produktionsutrustning, och förbättra kvalitetsövervakning under hela processen. Stränga fabrikskontroller garanterar produktkvalitet. På platsinstallationer bör vara rimligt "fasade och grupperade" för att säkerställa balanserad kapacitetsmatchning mellan faser och sektioner. Dessutom ska man lägga stor vikt vid platsöverlämning och godkännande efter installation för att garantera installationskvalitet och minimera fel under drift.

3.2 Förbättra Drift- och Körningsmetoder

• När energi tas fram och bort för linjelaster, måste kondensatorbanker följa principen "koppla ur först, sedan koppla in", medan belastningslinjer ska följa sekvensen "koppla in först, sedan koppla ur". Denna ordning kan inte ändras godtyckligt.

• Innan kondensatorbankdrift återställs, måste tillräcklig utsläpptid garanteras. Frekventa växlingar av kondensatorbanker bör minimeras; endast efter fullständig utsläppning kan omkoppling ske. Om ett fel orsakar att skyddselement triggas och kopplar ur kondensatorbanken, kan den inte återkopplas innan orsaken har identifierats för att förhindra att olyckan eskalerar.

• För att undvika att högorder harmoniska påverkar kondensatorbanker, välj lämpliga reaktorstyrkor baserat på specifika tillämpningsområden. Detta undertrycker effektivt högorder harmoniska, minskar inloppscurrent och överspänning vid koppling, vilket säkerställer säker drift av hela systemet.

3.3 Kontroll av Driftsmiljötemperatur

Driftstemperaturen för kondensatorer påverkar direkt deras prestanda och livslängd. Hög temperatur accelererar isoleringsåldring, vilket förkortar servicehållbarheten. Därför är det viktigt att kontrollera driftsmiljötemperaturen. Inomhusinstallerade kondensatorbanker bör ha bra ventilation och, där det behövs, installera automatiska temperaturkontrollsystem. Utomhusenheter bör undvika direkta solbelystning och säkerställa tillräcklig ventilation och värmeavledning. Genomför regelbundna levande infraröd termografi på kondensatorbanker och associerade utrustningar för att vidta åtgärder i tid, säkerställa att interna mediumtemperaturen och miljötemperaturen följer föreskrifter.

3.4 Implementera Onlinesövervakning av Utrustningsdriftstillstånd

Installation av onlinesövervakningsenheter på kondensatorbanker underlättar realtidsövervakning av driftstillstånd, vilket hjälper till att snabbt upptäcka och hantera potentiella fel. Detta inkluderar övervakning av faktisk driftspänning, partiella utsläpp, dielektrisk förlust, kapacitans, läckström och andra karakteristiska signaler. Detta hjälper inte bara till att diagnostisera och isolera fel, utan ger också analys av potentiella defekter, vilket möjliggör prediktiva felvarningar.

3.5 Förbättra Regelbunden Inspektion av Utrustning

Att stärka regelbunden inspektion är avgörande för att säkerställa normal drift av kondensatorbanker. Fokus bör ligga på att kontrollera deformationer i behållare, oljeläckage, kontaminationsnivåer av porcelainsisolatorer, tecken på utsläpp, elektriska avstånd och miljötemperaturen. Hjälpmedel som infraröd termografi kan upptäcka överhettning vid anslutningar, vilket möjliggör snabbt underhåll och säker drift av strömkondensatoranordningar.

Slutsats

Genom att analysera felmekanismer, karaktäristik och orsaker till strömkondensatorer, föreslår denna artikel preventiva åtgärder från fem aspekter: utrustning och installationskommissionering, driftsmetoder, kontroll av driftsmiljötemperatur, onlinesövervakning av driftstillstånd och regelbunden inspektion. Dessa rekommendationer ger praktisk vägledning för effektiv tillämpning av strömkondensatorer.