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为实现对绝缘设备故障的精准识别,提高检测结果的可靠性,以高压电气设备中氧化锌避雷器为例,对其带电检测方法展开设计.构建避雷器等效电路图,分析其故障机理.通过电流线与电压线连接、相电压与泄漏电流信号采集、基于参考电压的漏电流检测,完成该方法的设计.设计方法在经过对比测试后,证明了可以在应用后,达到预期效果,确保检测结果与人工测量结果的高度一致,为避雷器的故障诊断提供依据.
高压电气设备参考电压泄漏电流带电检测氧化锌避雷器
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由于避雷器红外图像与多个子特征图的灰度分布相似度较高,易造成误配准,影响受潮概率识别精度.为此,提出红外图像配准下的35 kV氧化锌避雷器受潮故障概率识别算法.利用互信息算法,将最大归一化比例系数对应层的特征子图位置作为避雷器红外图像与子图的最佳配准位置,结合红外图像的对比度拉伸和锐化完成避雷器红外图像的增强处理,并计算避雷器受潮特征参数,提取受潮故障特征,进一步求取输入的避雷器红外图像特征与故障特征库中各故障模式的相关系数,由此确定避雷器的受潮故障概率.实验结果表明,通过该算法得到的识别结果的约登指数始终控制在90%以上,识别出的避雷器受潮故障概率值与真实值的吻合程度更高,具有较高的识别准确度.该算法的应用实现了避雷器受潮故障的早期检测和预警.与传统检测手段相比,可以更快速精准地检测出避雷器受潮故障概率,降低了因设备故障造成的安全隐患,为电厂安全稳定运行提供了技术支持.
红外图像配准氧化锌避雷器受潮故障故障概率故障模式
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多重雷击易在电力系统传输线上感应出波前时间小于100 ns的陡波前冲击电压,严重威胁电力设备安全.为此,研制了一套陡波前冲击电压发生装置,可输出波前时间约23～25 ns、峰值90～240 kV连续可调的冲击电压.在此基础上,系统研究了YH5WZ-51/134型氧化锌避雷器及D50/22.5型氧化锌电阻片在陡波前冲击电压下的保护特性、动作时延及残压过冲抑制方法.结果表明:在波前时间28 ns、峰值167 kV的陡波前冲击电压下,整只避雷器残压过冲峰值达144.7 kV,稳定限压值为86.1 kV,残压过冲幅度达68.06%,并存在约1 μs的动作时延,表明避雷器难以在百纳秒级陡波前沿内完成由高阻态向非线性限压态的转换.进一步研究了并联电容、并联间隙、组合结构和高频滤波结构等外电路抑制方法,其中LC滤波结构可将4片氧化锌电阻片残压由78.33 kV降至46.83 kV,降幅为40.21%.研究结果可为多重雷击陡波过电压下避雷器外电路协同防护设计提供试验依据.
多重雷击陡波前冲击电压氧化锌避雷器残压保护特性
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针对 6 kV 系统三相组合式过电压保护器发生的爆炸事故,结合现场勘查、运行记录、工频放电试验及解体检查结果,对事故原因进行了系统分析.结果表明,该类带串联间隙结构的过电压保护器在长期运行过程中,由于密封性能不足,易产生"呼吸效应",导致间隙受潮并引起氧化锌阀片性能劣化,表现为放电电压偏移及泄漏电流增大.在此基础上,内部电流持续增加引发元件发热并形成热积累,最终导致串联电阻烧断,形成电弧放电通道,引燃可燃绝缘材料并发展为相间及对地短路故障,造成保护器爆炸.针对上述问题,对原有装置进行结构优化,采用无间隙氧化锌避雷器进行替代,从根本上消除了间隙受潮及密封缺陷带来的隐患.运行实践表明,该改造措施有效提升了系统运行可靠性.
过电压保护器串联间隙氧化锌阀片
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陕西北元化工集团PVC装置为连续化生产系统,主变压器与动力变压器是装置电力供应的核心设备,其安全稳定运行直接决定装置长周期、满负荷、优质化生产.装置投运初期,主变压器未配置快速限流保护设备,曾多次发生高压电动机接线盒接地短路、高压动力电缆绝缘击穿等故障,引发主变压器高压绕组损伤、热电侧越级跳闸等严重安全事故,威胁生产系统稳定.同时,主变压器高压侧高压柜电缆室内设备布置拥挤,氧化锌避雷器、放电计数器、电流互感器与高压电缆集中布设,导致接线难度大、预防性试验操作不便、放电计数器观测困难、安全距离不足,曾诱发电缆室局部放电造成主变压器非计划跳闸.此外,装置动力变压器采用油浸自冷结构,夏季高温满负荷运行时绝缘油热膨胀致使密封面、瓷瓶渗漏油严重,冬季低温油位收缩频繁触发轻瓦斯报警.为进一步提升变压器操作安全性,后期新增了高压开关柜"五防闭锁"智能防误操作系统,实现操作票程序化管控,有效杜绝误操作风险.本文结合PVC装置电气运行实际,围绕主变压器快速开关保护应用、电缆室设备移位优化、动力变油枕与瓦斯继电器改造、主变压器高压开关柜五防闭锁升级4大核心问题,系统阐述故障成因、改造方案、实施过程与应用效果.改造后,主变压器故障切除速度大幅提升,电缆室运维与安全条件显著改善,彻底解决动力变压器渗漏油与瓦斯报警问题,变压器误操作风险得到根本性遏制,全面提升装置供电可靠性,为同类化工企业变压器系统优化改造提供实践参考与技术借鉴.
变压器电气系统优化改造大容量高速开关避雷器五防闭锁防误操作
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低压避雷器主要是用于保护低压交流配电系统电力设备免受雷击瞬态过电压(瞬态过电压包括雷击、操作、陡波三种)危害并迅速切断工频续流的一种电气保护装置。配电线路多分支、结构复杂、绝缘水平低，雷击故障定位慢、雷电冲击破坏大，因此安装避雷器是配网防雷的最重要措施。但常规氧化锌避雷器安装在高强度雷电频发区域时，故障停电概率激增，防灾减灾能力锐减。通过"产学研用测"联合攻关，研制了一种新型低压交流配电系统用复合外套无间隙内置脱离器金属氧化物避雷器。在此基础上发布了团体标准、立项了行业标准，并在IEEE和IEC工作会议上进行了汇报。
低压交流避雷器标准化内置脱离器
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氧化锌避雷器对于保障电网主设备安全具有重要意义,然而随着设备规模的不断增大而运维资源增长相对缓慢,及时发现已劣化的避雷器面临挑战.为此文中研究了基于状态量优化的避雷器健康状态评估方法,为应对设备规模大幅增加条件下开展运维检修策略优化提供参考.首先分析了氧化锌避雷器的故障特征,发现通过泄漏电流或红外热成像能有效检出电阻片受潮或劣化缺陷;针对电阻片受潮和劣化等典型缺陷提出以巡视和带电检测为主开展状态评估的优化状态量;接着建立了基于优化状态量的避雷器健康状态评估模型,通过不同状态量分段扣分与单一扣分相结合,提升避雷器状态评估结果的准确性.最后将该评估模型应用于避雷器的实际运维中,表明其对于有效检出避雷器缺陷具有一定应用价值.
氧化锌避雷器故障特征健康状态评估可靠性优化状态量
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为应对柔性低频输电系统在故障后易引发严重操作过电压的问题,围绕其过电压特性分析与抑制开展研究.通过建立计及断路器燃弧特性的双端柔性低频输电系统电磁暂态模型,在考虑保护动作全过程的典型故障工况下,分析系统关键位置操作过电压水平分布特性.针对系统操作过电压抑制,在常规避雷器配置基础上,进行低频可控耗能限压装置参数设计,提出避雷器单独配置及其与低频可控耗能限压装置协同配置的2种操作过电压抑制方案.计算结果表明:系统在低频变压器阀侧发生单相接地故障下,最大操作过电压可达4.65(标幺值);仅配置氧化锌避雷器,可将过电压水平降至2.33(标幺值);采用低频可控耗能限压装置与配置氧化锌避雷器的协同抑制方案,可进一步将过电压水平降至1.48(标幺值).研究结论可为柔性低频输电系统的过电压与绝缘配合的优化设计提供参考.
柔性低频输电模块化多电平矩阵换流器操作过电压可控耗能限压装置过电压抑制
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强电磁脉冲上升时间短,场强峰值大,通过与线缆的强耦合作用传播至电力设备,对设备造成损伤.为探究强电磁脉冲与一次设备的耦合效应,建立了强电磁脉冲传导环境,搭建了氧化锌避雷器、玻璃绝缘子和配电变压器的等效电路模型,通过仿真计算获得了强电磁脉冲环境下各设备端口电压和电流.结果表明,强电磁脉冲耦合架空线产生的末端电压波形进入典型一次设备后,在端口接保护电阻时避雷器、绝缘子和变压器的电压和电流仍为脉冲波形,但是前沿变缓,脉宽增大;在无保护电阻时绝缘子串表面会在闪络后形成流注,此时等效阻抗由容性转变为感性,导致接地电流持续振荡,发生闪络时电压、电流幅值迅速减小;变压器端口电压和对地电流在不接入保护电阻时均为振荡波形,并逐渐衰减为0.
强电磁脉冲架空线耦合传导环境一次设备宽频等效电路
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氧化锌避雷器是防止配网线路雷击事故的主要装置.在实际运行过程中,避雷器的运行工况复杂多样,在遭受由非垂直安装方式、风力和水平拉力等因素导致的多种不平衡受力,叠加雷电冲击作用的热应力,是导致避雷器老化和故障的重要原因.考虑多种不平衡受力和多重雷击的影响,基于电-热-力多场耦合的原理,搭建了避雷器运行参数计算的仿真模型.分析了整支10 kV避雷器在不同工况下的内部电、热、力分布情况.计算结果表明,多重雷击较单一雷击在避雷器内部氧化锌电阻片界面处应力有 15%左右的增加;不平衡受力和雷击联合作用下氧化锌电阻片界面处应力比不平衡受力与雷电冲击分别单独作用时的应力之和增加了 25%左右;热应力和机械应力的相互耦合,出现了应力非线性增强现象.研究结果为从应力的角度分析复杂运行工况下避雷器的故障原因提供参考.
氧化锌避雷器多物理场耦合多重雷击
