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通过积极主动的套 管群体管理 提高变压器可靠性
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通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性

June 9, 2016 • Bushings, 最近文章汇总

套管是可靠性很高的设备, 但是 一旦发生故障, 通常的后果是 电力变压器停运时间延长, 不仅造成重大经济损失, 也因补偿损坏的 故障变压器给系统运营商带来了挑战。
由于变压器套管过早击穿是人们特别不希 望出现的,所以需要尽一切可能来防止这 种情况发生。本文由ABB公司的Ansgar Dais, Thomas Schütte 和Jan Czyze- wski撰写, 提出了在套管寿命周期内有效 管理套管群体的策略, 以降低套管故障 的风险以及避免延长系统的停电时间。

套管技术概述 目前应用的大多数高压套管是电容 式,也被称为精细分级或电容分级。 电容式套管设计为降低最高场强,并 优化接地变压器外壳轴向和径向的 场强分布。 电容型套管的三大主要技术已经发 展很多年。胶纸式套管(RBP)的使用 已经超过了一个世纪。然而,由于胶 纸式套管通常不在真空情况下进行 卷绕,空气会进入到其内部并在固化后形成空隙。因此无法保证胶纸式套 管避免产生局部放电, 而且相对于介 质损耗角正切不高于0.4%的现代套 管技术,胶纸式套管的介质损耗角正 切介于0.5%~0.7%之间。有些使用矿 物油绝缘的胶纸式套管还会在接近 其套管单元预期寿命极限时造成可 靠性问题。此外, 胶纸式套管芯部并 不是不透气的, 所以不能用于SF6的 装置中。由于以上原因, 这项技术正 被逐渐淘汰。
第二个历史悠久的套管技术是油浸 纸 (OIP) 型电容套管。由于油浸纸 型套管相对低廉的购置成本, 仍然 主导着当今的电容型套管市场。电 容器芯子浸渍了变压器级矿物油, 放 在瓷或复合绝缘瓷套内密封, 防止湿气渗入。高质量OIP套管可以做到低 电容损失,且无局部放电。但在电容 器的整个寿命周期中,其电容器芯子 一直保持在液体环境中,所以偶尔会 发生垫片周围泄漏的问题。此外,在 内部电击穿的情况下, 内部压力可以 快速升高, 常常造成爆炸。
行业中大多认为,技术最先进的电容 型套管仍然是树脂浸渍纸(RIP)。RIP 套管由未经处理绉纱纸制成的卷绕 芯组成,并经可固化环氧树脂浸渍。
如果在室外应用,使用瓷或复合绝 缘外套。RIP套管具有一系列技术 优点, 诸如:
电力变压器的所有故障中由套管 问题所导致的占约12%。 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 Screen Shot 2016 01 22 at 1

电力变压器的所有故障中由套管 问题所导致的占约12%。

• 完全干燥, 无气压; • 较高的温度等级; • 无局部放电; • 低介电损耗; • 防火;以及 • 优异的机械性能。 与OIP型相比, 虽然RIP技术的初期 成本通常较高,但其寿命周期维护成 本较低, 几乎不需要监测。
现在引入的更新技术与以前的RIP类 似,但由于使用了合成材料来替代纸, 提供了更多的优点。树脂浸渍聚合物 (RIS)是这一技术的其中之一,其特点 是介电损耗因子(tanδ)非常低,通 常在0.35%以下。与RIP套管类似的 电气设计和无空隙浸渍工艺允许即 使在两倍于最高相对地工作电压下, 套管也不会发生局部放电。 RIS的初始性能堪比最先进的RIP套 管,但如果RIP套管处理和存放不当容易受到湿气侵入并且增加损耗因 子, 而与RIP套管不同的是, RIS套管 可以避免这一风险, 因此需要的忧虑 更少。同样,不能排除老化变压器油 中的高水分含量可能会侵入RIP套管, 影响其性能。RIS套管在运行中则不 会遭遇这种风险, 这是促使其预期寿 命比其它技术更长的另一个因素。由 于RIS套管存放时可以不需要采取额 外措施来屏蔽湿气, 预期其寿命周 期的费用甚至比RIP套管更低。基 于此, 对于依据长远考虑而选择套 管的电力公司而言, RIS套管具备了 最佳的选择优势。
套管在变压器故 障中的作用 套管是电力变压器最关键的组件之
RIP bushings 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 Screen Shot 2016 01 22 at 1

RIP 套管(bushings)

一,有充分证据表明,套管是故障的 主要导火索之一。例如,每年运行中 的大型电力变压器故障风险高达1%。 此外,据估计10%的变压器故障导致 严重火灾, 这意味着变压器运行中每 年的这种风险高达0.1%。几乎所有严 重的变压器火灾中, 50%是由OIP套 管故障引起的, 所以这种情况可以归 类为导致变压器火灾的单一起因。 例如,国际大电网工作组A2.37确定, 对于运行在德国、奥地利、瑞士和荷 兰的电力公司, 主要变压器故障中的 约12%通常由套管引起。如果分析仅 限于运行电压大于100kV的变压器, 这一比例将上升至大约17%。 风险评估 当进行正确的风险评估时,重要的是 不仅要考虑故障的概率, 而且要考 虑故障造成的损失所产生的影响。
作为初始的系统性方法,降低故障 本身的概率是很重要的。如果发生 故障的概率不能降至可接受的水平 (例如经济或技术原因),故障的影响 则会降至期望值水平以下。 假设变压器故障比率遵循众所周知 的“浴盆曲线”, 变压器寿命初始和 末尾阶段的故障比率应该增加。通 过进行严格的工厂验收试验, 由于 材料被施加了预应力,早期故障的 概率趋于显著降低。还表明, 接近 预期寿命的末尾阶段时, 变压器故 障的概率迅速增高。 变压器故障引发严重火灾的概率取 决于所采用的套管技术。因此, OIP 套管造成变压器火灾的可能性明显高 于RIP套管。而且,户外绝缘子的材料 选择会影响任何故障的严重程度。
变压器套管的老化 和故障机理 根据对熟知的套管技术的长期现 场经验,可以识别出需要大修或更 换套管的根本原因大致分布如下: • 80%泄漏 (仅适用于含绝缘油的 套管) • 13%绝缘老化 • 7%机械损伤 (主要是瓷绝缘子)此外, 变压器套管的老化主要受下 列因素影响: • 高环境温度和温度变化 • 高和频繁的负载周期 (如抽水蓄能电站) • 过压/瞬变 (开关, 雷电, 谐波) •泄漏→湿气进入 • 漏油 (仅OIP) →绝缘/介电性能丧失 • 油中腐蚀性污染物 (仅OIP)
图1:某些欧洲国家的变压器故障位置分析,(左)全部统计,(右)输电变压器的额定运行电压大于100kV。 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 通过积极主动的套管群体管理提高变压器可靠性 Screen Shot 2016 01 22 at 1

图1:某些欧洲国家的变压器故障位置分析,(左)全部统计,(右)输电变压器的额定运行电压大于100kV。

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