Welche Methoden gibt es, um die Ausfallrate von Außenstromtransformatoren zu reduzieren

1. Forschungsgründe und Hintergrund
1.1 Bedeutung von Stromwandler

Stromwandler spielen die Rolle der Stromtransformation und elektrischen Isolation. Sie wandeln den großen Strom des Primärkreises in einen proportionalen kleinen Sekundärstrom um, der an Messgeräte, Schutzrelais und automatische Geräte geliefert wird. Im Energieversorgungssystem ist die Rolle von Stromwandlern unersetzlich und trägt direkt zu der sicheren und stabilen Betriebsführung des Stromnetzes bei.

1.2 Harte Arbeitsbedingungen für Außentransformatoren

Außenstromwandler müssen oft ungewöhnliche elektrische und natürliche Umgebungen überstehen, wodurch ihre Ausfallrate tendenziell hoch ist. Aufgrund praktischer Bedingungen ist die Kontrollierbarkeit der elektrischen und natürlichen Umgebung begrenzt. Es ist daher noch notwendiger, die Zuverlässigkeit ihrer Verbindung im Primärkreis zu gewährleisten, um besser auf die Umgebung anzupassen.

1.3 Unvollkommene traditionelle Technologie für Außenstromwandler

Für die Verbindung zwischen dem Stiftkopf des Außenstromwandlers und den Kupferblechen ist die Kontaktfläche nicht ausreichend. Während langfristigen Außeneinsatzes beeinflusst die Qualität der Verbindung direkt die Leistungsfähigkeit der Leitung. Eine kleine Kontaktfläche, schlechter Kontakt und hoher Kontaktwiderstand können Wärme erzeugen. Wenn dies nicht rechtzeitig entdeckt und behandelt wird, kann es zum Verbrennen des Stiftkopfs und des verbundenen Kupferblechs kommen. Langfristige Überlastung und extrem hohe Temperaturen können sogar den Außenstromwandler beschädigen.

2. Fehlerzustände von Stromwandlern in Umspannanlagen eines bestimmten Energieversorgungsunternehmens

Es gibt insgesamt fünf Außenumspannanlagen unter der Zuständigkeit eines bestimmten Energieversorgungsunternehmens. Davon sind in den 10kV-Ausgangsleitungen und der Niederspannungsseite des Haupttransformators der 35kV-Umspannanlage 1 und 2, 33 trockene Außenpostenstromwandler des Modells LBZW - 10 vorhanden. Die Anschlussstifte sind vom Schraubentyp, und die verbundenen Aluminium- (Kupfer-)Bleche werden durch zwei obere und untere Muttern an den Schrauben befestigt. Es sind mehrmals Fehlfunktionen wie Wärmeerzeugung an den Stiftköpfen und den verbundenen Aluminium- (Kupfer-)Blechen sowie das Schmelzen von Aluminiumblechen und Beschädigungen der Stromwandler aufgetreten.

Durch statistische Analyse der Fehlfunktionen und Mängel der Hauptprimäreinrichtungen der Umspannanlage 1 in den Jahren 2008, 2009 und 2010: Unter den fünf Arten von Hauptprimäreinrichtungen, nämlich Stromwandler, Haupttransformator, Abschalter und Spannungswandler, beträgt der Fehleranteil der Stromwandler 28%, was der höchste Anteil ist. Dies zeigt, dass Stromwandler unter gleichen Betriebsbedingungen anfälliger für Fehlfunktionen sind als andere Einrichtungen. Eine detaillierte Analyse zeigt, dass die Anzahl der Fehlfunktionen in diesen drei Jahren direkt mit der Zeit zusammenhängt. Die spezifischen Details sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Aus der Tabelle lässt sich直观地从表中可以看出，故障集中在5月至8月的汛期（尤其是6月）。三年内平均每月故障次数达到1.17次，表明线路负载越大，电流互感器越容易发生故障。 深入分析故障发生次数，主要故障因素为：2008年至2010年期间，有14次故障是由于电流互感器接头处的故障引起的，有2次故障是由于雷击等其他因素造成的。除了2008年和2009年的两次直接由雷击造成的损坏外，其他故障点均在桩头与铝（铜）排的连接处。 主要的故障处理方法有：重新拧紧螺丝，更换损坏的螺母和垫片；更换损坏的铝排；更换电流互感器（当桩头损坏且绝缘试验不合格时）。然而，这些方法无法从根本上消除此类故障。 ### 3. 电流互感器故障原因分析及对策 通过分析认为，户外10kV电流互感器故障的主要原因有以下四点： #### 3.1 设备原因 电流互感器本身结构不合理。 #### 3.2 人为原因 人员维护技术水平不高，日常维护不到位。 #### 3.3 方法问题 基于经验解决故障，缺乏针对性的方法。 #### 3.4 环节因素 电流互感器长期高负荷运行，变电站位于潮湿山区，因此接头易腐蚀氧化。 确认主要原因在于电流互感器本身的结构不合理。螺栓式接线桩头与铜排的接触面太小，这是导致铝排熔化和电流互感器发热损坏的主要原因。改善户外电流互感器桩头与铜排的连接状况，增加接触面积，降低接触电阻成为改进方向。初步设想设计一种连接线夹来实现这一目标。 ### 4. 具体实施 #### 4.1 确定线夹规格 根据1号变电站10kV户外电流互感器桩头的螺栓外径（12mm，粗牙），向厂家定制双孔杆夹线夹，型号为M-12。 #### 4.2 试装验证 在部门试验区内，在试验电流互感器上安装符合GB-2314-2008标准的改进线夹，发现其能与桩头紧密接触，并扩大了接触面积。 #### 4.3 全站试验应用 将双孔铜杆夹线夹旋入电流互感器的螺栓中，拧紧固定螺丝，确保接触面积和连接牢固性，降低接触电阻。对1号变电站进行全站试验，改善户外电流互感器桩头与铜排的连接状况。 ### 5. 效果检验 经过半年的实际运行观察和分析，在1号变电站全部10kV户外电流互感器桩头上安装双孔杆夹线夹后，得出以下结论： #### 5.1 接触面积改善 改进前，桩头与铜排的接触面积为2.26cm²。改进后为15cm²，扩大比率达到563.7%。 #### 5.2 接触电阻降低 用回路电阻测量仪测量，改进前桩头直接固定铝排时的接触电阻为608μΩ。改进后（用双孔铜杆夹线夹固定）为460μΩ，降低比率为24.3%。 #### 5.3 温度降低 在相同负载（150A）下，改进前红外成像测温值为52℃，改进后为46℃，降温率为11.5%。 #### 5.4 故障率降低 跟踪调查改进后的电流互感器。汛期（5月至8月）故障统计显示：改进前总故障次数为14次（平均每月3.67次），改进后总故障次数为1次（6月因雷击引起）。汛期故障次数从每月近1.17次降至每月0.25次。 改造后，除了一次雷击引起的故障外，未再发生发热烧毁等故障。电流互感器在主一次设备中的故障次数占比下降至不到15%。在整个1号变电站10kV户外电流互感器桩头上安装改进后的双孔铜杆夹线夹，增加了接触面积，降低了接触电阻，成功降低了户外电流互感器的故障率。 以10kV线路停电12小时、电流200A、电价0.5元计算，每减少一次停电可增收电费约2万元以上。十次可达到20万元以上，不仅提高了供电可靠性，还给企业带来了巨大的经济效益。