Rozwiązanie diagnostyki awarii wysokonapięciowych szeregowych banków kondensatorów
1. Testy diagnostyczne po awarii
1.1 Identyfikacja przyczyn uszkodzeń i określenie jednostek testowych
Na przykład, w przypadku zastosowania kondensatora montowanego na szafie, każda pojedyncza jednostka kondensatora jest zwykle wyposażona w wybuchowy zewnętrzny bezpiecznik jako główny element ochronny. Jeśli jeden kondensator ulegnie awarii, równoległe kondensatory rozładowują się przez punkt awarii. Bezpiecznik i element spalający uszkodzonego kondensatora mogą pęknąć szybko, izolując uszkodzony fragment, aby zapewnić ciągłą pracę banku.
Jednak, jeśli kondensatory rozwijają obwody otwarte lub inne uszkodzenia, mogą one nadal działać bez pękania bezpiecznika. Krytyczne ryzyko kaskadowe: Wczesne pękanie sąsiednich bezpieczników powoduje reakcje łańcuchowe. Zbyt duża liczba odłączonych kondensatorów powoduje nierównowagę przekraczającą granice projektowe, co ostatecznie prowadzi do awarii wszystkich bezpieczników w banku. Na przykład, w 220kV podstacji, w Banku Kondensatorów 10kV nr 2, faza B, kondensator z tylko 14% odchyleniem pomiarowym rozpoczął taki kaskadę, powodując kompleksową awarię grupy bezpieczników.
Wniosek: Gdy wystąpi pęknięcie grupy bezpieczników, każdy kondensator musi być indywidualnie sprawdzany i testowany, aby wykryć:
- Wnikanie wilgoci do wnętrza
- Awarie komponentów/zamknięcia
- Zmniejszenie izolacji
To pozwala zidentyfikować defektne jednostki, zmniejszyć wskaźniki awarii i eliminować zagrożenia operacyjne.
1.2 Wybór testów do badania uszkodzeń
1.2.1 Wizualna inspekcja
Skupienie uwagi:
- Czystość/gładkość korpusu
- Wycieki oleju, pęknięcia, ślady wyładowań
- Przegrzewanie, zmiany barwy
- Lokalne napęcznienia/deformacje
Te problemy wskazują na zmiany strukturalne wewnątrz, uszkodzenia komponentów lub dryf pojemności, które tworzą ryzyko operacyjne. Zmiana barwy szczególnie wymaga rozmontowania do analizy przegrzewania/awarii, zwiększając złożoność kontroli.
1.2.2 Pomiar oporu izolacji między końcówką a korpusem
Cel testu: Wykrycie degradacji izolacji spowodowanej wilgocią, starzeniem lub awarią poprzez monitorowanie spadku oporu.
Ograniczenia: Ten test służy tylko jako uzupełniające odniesienie, gdy współistnieją inne defekty.
Zastosowanie:
- ✅ Wykonywane na kondensatorach dwukoncowych
- ❌ Nie wymagane dla kondensatorów jednokoncowych (korpus działa jako elektroda)
Metoda testu przedstawiona poniżej:
1.2.3 Pomiar pojemności
Banki kondensatorów montowane na szafie zazwyczaj wykorzystują konfigurację szeregowo-równoległą elementów kondensatorów, aby spełnić wymagania dotyczące napięcia i pojemności.
- Zwiększenie pojemności: Wskazuje na zmniejszenie segmentów szeregowych ze względu na wewnętrzne uszkodzenia (zamknięcie/breakdown). Wnikanie wilgoci (wysoka stała dielektryczna wody) lub uszkodzenie bezpieczników elementów może również powodować wzrost pojemności.
- Zmniejszenie pojemności: Sygnalizuje zmniejszenie ścieżek równoległych z powodu obwodów otwartych, luźnych połączeń lub działania wewnętrznego bezpiecznika. ⚠️ Krytyczne ryzyko: Napięciowe obciążenie zdrowych elementów zwiększa się, przyspieszając awarię i zmniejszając wydajność mocy biernej.
- Wpływ wycieków oleju: Wyższa stała dielektryczna oleju w porównaniu do powietrza powoduje mierzalny dryf pojemności.
Znaczenie diagnostyczne: Odchylenie pojemności bezpośrednio odzwierciedla integralność wewnętrzną i jest kluczowe dla rozwiązywania problemów w terenie.
Zakres akceptacji: ±5% do +10% wartości tablicowej.
Protokół pomiarowy:
- Wykluczenie interferencji ładunku pozostałościowego
- Powtórz z kilkoma mostkami pojemnościowymi
- Jeśli odchylenie trwa:
- Odłącz linki bezpieczników
- Usuń połączenia ze strony wysokiego napięcia
- Pomiar ponowny. Stałe odchylenie potwierdza wewnętrzny defekt.
Studium przypadku: 110kV Podstacja, 10kV, Bank Kondensatorów 11A (Jednostka B2)
|
Parametr |
Wartość |
|
Tablicowa pojemność (Cₓ) |
8.03 μF |
|
Pomiar (Cᵧ) z podłączonym wysokim napięciem |
10.04 μF |
|
Pomiar (Cᵧ) po odłączeniu wysokiego napięcia |
10.05 μF |
|
Odchylenie |
+25.16% |
|
Wniosek: Jednostka B2 przekracza dopuszczalne tolerancje → Awaria. |
1.3 Technika testu wytrzymałości na napięcie przemiennoprądowe
Cel: Zweryfikuj integralność głównej izolacji (izolatorów/obudowy) poprzez zastosowanie napięcia przemiennoprądowego między skróconymi końcówkami a korpusem.
Wartość testu: Wykrywa:
- Niski poziom oleju
- Wilgoć wewnętrzna
- Uszkodzone izolatory
- Defekty mechaniczne
Obsługa końcówek:
- Skróć obie końcówki razem
- Zastosuj napięcie między skróconymi końcówkami a uziemionym korpusem
Uwaga branżowa: Regularne testy wytrzymałości na napięcie przemiennoprądowe często nie są konieczne ze względu na naturalnie wysoką wytrzymałość izolacji między końcówką a korpusem kondensatorów.
2. Racionalny wybór metod pomiaru pojemności
Typowe techniki:
|
Metoda |
Typowe zastosowanie |
|
Amperometr/woltometr (I/V) |
Testy terenowe ★ Preferowane |
|
Cyfrowy miernik pojemności |
Testy terenowe |
|
Mostek pojemnościowy |
Akceptacja fabryczna |
Przewaga metody I/V:
- Przewaga napięcia: Zastosowane napięcie testowe > napięcia pracy kondensatora
- Wykrywanie ukrytych uszkodzeń: Aktywuje punkty breakdown, gdzie:
- Awaryjne elementy zachowują resztową oporność izolacyjną
- Mierniki pojemności pokazują fałszywie normalne odczyty
- Procedura: Zobacz Rysunek 2 (Test reaktancji kontrolowanej napięciem)
|
Numer etykiety urządzenia |
B2 |
|
Tablicowa pojemność, Cₓ (μF) |
8.03 |
|
Pomierzona Cᵧ (μF) przed odłączeniem przewodu wysokiego napięcia |
10.04 |
|
Pomierzona Cᵧ (μF) po odłączeniu przewodu wysokiego napięcia |
10.05 |
|
% różnicy (w stosunku do wartości tablicowej) |
25.16% |
3. Kluczowe punkty techniczne testu amperometrem/woltometrem
3.1 Fala i częstotliwość zasilania zgodne z normą
- Wybór napięcia: ≤5× nominalne napięcie (zależnie od pojemności źródła i zakresu miernika)
- Stabilność częstotliwości: Utrzymuj stabilną sinusoidalną formę fali
- Protokół pomiarowy:
- Stabilizuj napięcie na wartości nominalnej
- Synchronicznie zapisz napięcie, prąd i częstotliwość
- Oblicz pojemność:
Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx=2πfVI - Kluczowe wymagania:
- Czysta sinusoidalna forma fali (granica THD ±3%)
- Fluktuacja częstotliwości ≤±0.5%
- Preferuj napięcie sieciowe (redukuje harmoniczne rzędu 3)
Niezgodność z normą >10% błędu pomiarowego ze względu na charakterystykę XC∝1/fX_C \propto 1/fXC∝1/f kondensatora.
3.2 Wybór precyzyjnych, odpornych na zakłócenia instrumentów
- Minimalne specyfikacje:
- Klasa dokładności: 0.5 lub lepsza
- Zgodność elektromagnetyczna: zgodność z IEC 61000-4
- Studium przypadku - 220kV podstacja:
