环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及典型气体释放规律研究.pdf
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1、Journal of Electrical Engineering 电气工程电气工程,2023,11(2),37-45 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jee https:/doi.org/10.12677/jee.2023.112005 文章引用文章引用:赵静.环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及典型气体释放规律研究J.电气工程,2023,11(2):37-45.DOI:10.12677/jee.2023.112005 环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及 典型气体释放
2、规律研究典型气体释放规律研究 赵赵 静静 云南电网有限责任公司瑞丽供电局,云南 瑞丽 收稿日期:2023年3月27日;录用日期:2023年5月29日;发布日期:2023年6月6日 摘摘 要要 为更好的实现气体组分分析法在环网柜绝缘状态预测评估这一领域的应用,本文对环网柜可分离连接器为更好的实现气体组分分析法在环网柜绝缘状态预测评估这一领域的应用,本文对环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及典型气体释放规律进行研究。实验对环网柜可分离连接器典型绝缘故障进行模拟,包括绝缘故障模拟及典型气体释放规律进行研究。实验对环网柜可分离连接器典型绝缘故障进行模拟,包括可分离连接器装配不到位、套管与可分离连接器之间有
3、金属丝、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面可分离连接器装配不到位、套管与可分离连接器之间有金属丝、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面有凹陷,同时选取非甲烷总烃、氢气、一氧化碳作为监测目标物。得出如下结论:环网柜可分离连接器有凹陷,同时选取非甲烷总烃、氢气、一氧化碳作为监测目标物。得出如下结论:环网柜可分离连接器典型绝缘故障模拟过程中会生成氢气、一氧化碳、非甲烷总烃气体;氢气、一氧化碳、非甲烷总烃气体典型绝缘故障模拟过程中会生成氢气、一氧化碳、非甲烷总烃气体;氢气、一氧化碳、非甲烷总烃气体浓度大小以及变化规律存在差异;试验箱内部位于可分离连接器上方的浓度大小以及变化规律存在差异;试验箱内部位于可
4、分离连接器上方的传感器氢气数值远大于下方传感传感器氢气数值远大于下方传感器数值。试验箱内部气体浓度位于可分离连接器下部的一氧化碳传感器数值大于上部传感器数值;在可器数值。试验箱内部气体浓度位于可分离连接器下部的一氧化碳传感器数值大于上部传感器数值;在可分离连接器装配不到位、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面有凹陷绝缘故障模拟过程中,试验箱内分离连接器装配不到位、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面有凹陷绝缘故障模拟过程中,试验箱内部气体浓度位于可分离连接器下部的非甲烷总烃传感器数值大于上部传感器数值,在套管与可分离连接部气体浓度位于可分离连接器下部的非甲烷总烃传感器数值大于上部传感器数值,在套管
5、与可分离连接器之间有金属丝绝缘故障模拟过程中,试验箱内部气体浓度位于可分离连接器下部的非甲烷总烃传感器器之间有金属丝绝缘故障模拟过程中,试验箱内部气体浓度位于可分离连接器下部的非甲烷总烃传感器数值小于上部传感器数值。数值小于上部传感器数值。关键词关键词 可分离连接器,绝缘故障模拟,气体成份分析可分离连接器,绝缘故障模拟,气体成份分析 Research on Insulation Failure Simulation and Typical Gas Release Law of Detachable Connectors in Ring Cabinet Jing Zhao Yunnan Powe
6、r Grid Co.,Ltd.,Ruili Power Supply Bureau,Ruili Yunnan 赵静 DOI:10.12677/jee.2023.112005 38 电气工程 Received:Mar.27th,2023;accepted:May 29th,2023;published:Jun.6th,2023 Abstract In order to better realize the application of gas component analysis method in the prediction and evaluation of ring cabinet in
7、sulation state,this paper studies the insulation fault simulation and typical gas release law of the detachable connector of ring cabinet.Typical insulation failures of detachable connectors in ring cabinet were simulated in the experiment,including the assembly of detachable connectors was not in p
8、lace,there were metal wires between the sleeve and the de-tachable connector,there were dents on the surface of the sleeve,and there were dents on the in-ner surface of the detachable connector.At the same time,non-methane total hydrocarbons,hy-drogen and carbon monoxide were selected as monitoring
9、targets.The following conclusions are drawn:Hydrogen,carbon monoxide and non-methane total hydrocarbon gases are generated during the typical insulation failure simulation of the detachable connector of the ring cabinet.There are differences in the concentration of hydrogen,carbon monoxide and non-m
10、ethane hy-drocarbon gases.The hydrogen value of the sensor above the detachable connector inside the test chamber is much greater than that of the sensor below it.The carbon monoxide sensor with the gas concentration in the test chamber located at the lower part of the separable connector is greater
11、 than the upper part of the sensor.In the insulation fault simulation process where the as-sembly of the detachable connector is not in place,the casing surface is concave,and the inner surface of the detachable connector is concave,the value of the non-methane total hydrocarbon sensor whose gas con
12、centration in the test chamber is located at the lower part of the detachable connector is greater than the value of the upper sensor.In the insulation fault simulation process where there is wire between the casing and the detachable connector,the non-methane total hy-drocarbon sensor with the gas
13、concentration in the test chamber at the lower part of the separable connector is smaller than that at the upper part.Keywords Detachable Connector,Insulation Fault Simulation,Gas Composition Analysis Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons
14、 Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 环网柜作为电力系统的一个重要组成部分,其安全运行具有重要意义。环网柜一般集中于一箱体内,结构紧凑、占地面积小,可以放置于马路或者建筑物边上,方便相关供电部门进行管理,当发生电力事故的时候,电力部门可以及时地处理故障;其全封闭、全绝缘放置于户外,可以适应户外部分恶劣环境;同时制作的成本低、维护方便,经济效益高1 2。部分环网柜在多年连续运行的情况下会产生绝缘缺陷,这些绝缘缺陷在开关柜的运行过程中容易引起电场畸
15、变,从而发生局部放电(PD)。若不及早发现开关柜内部的绝缘缺陷而任其发展至严重程度,最终将导致开关柜内绝缘破坏而引发安全事故,给企业带来巨大的经济损失和负面的社会影响。因此,环网柜绝缘故障预警监测已经成为重要的研究方向之一3。近年来,电网内部多次发生因环网柜内部局放引发绝缘材料老化,进而导致环网柜烧损事件。屏蔽Open AccessOpen Access赵静 DOI:10.12677/jee.2023.112005 39 电气工程 型可分离连接器是环网柜绝缘故障发生频率最高的绝缘部件之一。屏蔽型可分离连接器是电缆终端的一种,可用于电缆与环网柜、变压器和其他设备之间的连接。随着 10 kV 屏蔽
16、型可分离连接器的广泛应用,制造厂家良莠不齐和市场监管不力等因素,其在运行和使用过程中暴露出越来越多的问题和隐患,造成这些问题的因素,有的是肘型头存在设计或制造缺陷,有的是与之配套使用的套管存在设计或制造缺陷,有的是运行环境恶劣,有的是装配缺陷。随着运行时间的增加和缺陷的积累发展,造成沿面爬电、绝缘击穿和爆炸等恶性事故4 5 6 7 8。因此,需采用有效的监测手段在绝缘故障发生前期进行有效预判及时发现绝缘故障,将故障消除在萌芽状态。现阶段可用于环网柜可分离连接器绝缘故障检测的方法主要有:脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法、超声波检测法、光学检测法9 10。但受环网柜结构、测试时间与位置、测试人员
17、,以及设备本身抗干扰能力的影响,难以对柜内缺陷状况进行精准判断。且以上监测方法针对于局放本身进行监测,即使监测到有局放的发生,也无法对环网柜内绝缘件的绝缘损伤程度进行精确评估。基于以上问题近年来气体组分分析法在高压开关柜绝缘故障监测领域成为研究热点,此方法不属于电气量监测不存在电磁干扰问题,监测结果相对准确。但针对于该方法的研究目前集中于局部放电与无机气体生成关系的研究,如臭氧、一氧化碳、二氧化氮等,很少涉及到局部放电以及由此引发的绝缘材料分解与有机气体生成关系的研究,臭氧为高活性物质性质不稳定不便于监测,且仅针对于无机气体进行监测,无法对环网柜内绝缘件的绝缘损伤程度进行精确评估11 12 1
18、3 14。环网柜内部绝缘件采用的材料为有机高分子材料,当环网柜内部有局部放电作用于可分离连接器时,在电子碰撞以及瞬间高温的作用下,绝缘材料会发生分解释放出挥发性有机物与无机气体。通过对环网柜内特征气体的浓度、产气速率等进行在线监测,对监测数据进行分析可实时判断环网柜内部的绝缘状态,此方法可直接判断环网柜内部绝缘损伤程度,监测系统不存在电磁干扰问题,监测结果准确。综上所述,为更好的实现气体组分分析法在环网柜绝缘状态预测评估这一领域的应用,本文对环网柜可分离连接器绝缘故障模拟及典型气体释放规律进行研究。实验对环网柜可分离连接器典型绝缘故障进行模拟,包括可分离连接器装配不到位、套管与可分离连接器之间
19、有金属丝、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面有凹陷,同时选取非甲烷总烃、氢气、一氧化碳作为监测目标物。重点研究环网柜可分离连接器在产生不同绝缘故障过程中,以上目标气体浓度的变化规律。研究结论可为气体组分分析法在环网柜绝缘状态预测评估这一领域的应用提供理论依据与应用基础。2.实验装置实验装置 数字式局部放电检测仪(DPD-2012,上海松宝科技发展有限公司);可分离连接器绝缘故障模拟试验箱(定制型号);气体检测装置(JCXT-01,融研(上海)电气技术有限公司)。可分离连接器绝缘故障模拟及气体检测试验装置如图 1 所示,装置整体由数字式局部放电检测仪、气体检测装置和可分离连接器绝缘故障模拟试验箱
20、组成,其中气体检测装置由传感器模块、主机模块、4G DTU 模块以及数据平台软件组成,非甲烷总烃传感器浓度检测范围为 0.00 ppm500.00 ppm、一氧化碳和氢气传感器浓度检测范围为 0.0 ppm1000.0 ppm。试验装置由数字式局部放电检测仪提供可调节测试电压,同时可检测局放量。两组气体检测传感器(一氧化碳、氢气、非甲烷总烃)置于试验箱内部并分别置于可分离连接器上方与下方位置,用于监测试验箱内上部和下部一氧化碳、氢气、非甲烷总烃的浓度。主机模块、4G DTU 模块置于试验箱上部,可接收显示传感器数据并上传至网络。采用以上实验装置进行可分离连接器绝缘故障模拟及气体检测实验,分别模
21、拟可分离连接器装配不到位、套管与可分离连接器之间有金属丝、套管表面有凹陷、可分离连接器内表面有凹陷。以上四种缺陷进行故障模拟实验前后对比如图 2 所示。赵静 DOI:10.12677/jee.2023.112005 40 电气工程 Figure 1.Detachable connector insulation fault simulation and gas detection test equipment 图图 1.可分离连接器绝缘故障模拟及气体检测试验装置 Figure 2.Comparison of before and after simulation of insulation f
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