Возможные причины повреждений и отказов основного электрооборудования

Состояние электрооборудования во многом зависит от надежности работы системы электроснабжения. В свою очередь, к системам электроснабжения предъявляются различные требования, основными из которых являются надежность, экономичность, гибкость и качество электроэнергии.

Для того чтобы система электроснабжения удовлетворяла предъявляемым к ней требованиям, она должна обладать определенными качествами, например, обеспечивать надежное питание потребителей, которое может нарушаться перерывами, вызванными повреждениями электрооборудования, ошибками персонала и т.д. Причем, одинаковые повреждения в одной системе приводят к перерыву электроснабжения, а в другой нет; длительность перерыва в одной системе определяется временем работы автоматики, а в другой — временем производства переключений оперативным персоналом. В разных системах изменяется и длительность простоев потребителей из-за плановых ремонтов электрооборудования: в одной системе ремонт выключателей связан с отключением потребителя, в другой нет.

Кроме того, в одном случае отказ функционирования приводит к ограничению потребляемой мощности (частичный отказ), в другом — к полному прекращению питания (полный отказ).

Все эти примеры говорят о том, что, во-первых, состояние системы электроснабжения и состояние электрооборудования связаны между собой, а, во-вторых, одинаковые повреждения электрооборудования или системы приводят к разным последствиям [16J.

Анормальные режимы работы систем электроснабжения могут приводить к серьезным повреждениям. Так, замыкание фазы на землю хотя и не нарушает электроснабжение потребителей, однако в месте замыкания обычно возникает перемежающаяся дуга, длительное горение которой при большом емкостном токе создает благоприятные условия для возникновения междуфазных КЗ. Кроме того, прерывистый характер горения заземляющей дуги приводит к опасным перенапряжениям (до 3?/ф и выше), распространяющимся по всей сети, и даже к аварийным отключениям электрооборудования [7].

На электростанциях, в электрических сетях и системах могут иметь место как повреждения, так и отказы электрооборудования. Повреждение представляет собой событие, заключающееся в нарушении исправности электрооборудования вследствие влияния различных внешних и внутренних факторов. Повреждение может быть существенным, если значительно нарушается работоспособность электрооборудования (например, неустойчивость его работы, частые остановы), и несущественным, если работоспособность нарушается в малой степени.

Отказ является событием, которое заключается в нарушении работоспособности электрооборудования, т.е. в переходе его с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние.

В процессе эксплуатации электрооборудования в материалах, из которых оно изготовлено, вследствие термических, механических воздействий, электромагнитных полей, агрессивной среды, снижения показателей качества электроэнергии, накапливаются необратимые изменения, снижающие прочность, нарушающие координацию и взаимодействие его частей. Эти изменения в случайные моменты времени могут приводить к отказу электрооборудования [18].

Отказы классифицируют по ряду следующих признаков:

  • 1) по степени нарушения работоспособности (полные и частичные);
  • 2) связи с отказами других объектов (независимые и зависимые);
  • 3) характеру процессов проявления (внезапные и постепенные);
  • 4) времени существования (устойчивые и неустойчивые);
  • 5) времени проведения (плановые и неплановые).

В практике эксплуатации электростанций, сетей и систем отказы подразделяют также на аварии и браки в работе. Наиболее тяжелым видом отказов являются аварии, приводящие к нарушению электроснабжения значительного числа потребителей, с созданием условий, опасных для людей и окружающей среды, к порче дорогостоящего электрооборудования. Большие аварии, как правило, возникают в результате развития мелких, локальных аварий, а также из-за нарушений нормального режима электроснабжения, которые можно классифицировать следующим образом:

  • • кратковременные и длительные отклонения качества электроэнергии от нормированных значений;
  • • внезапные кратковременные (до нескольких секунд) перерывы электроснабжения или глубокие посадки напряжения, вызванные переходными процессами в системе электроснабжения;
  • • внеплановые перерывы электроснабжения с предварительным предупреждением;
  • • внезапные длительные (до нескольких часов) перерывы электроснабжения;
  • • ограничения электроснабжения по мощности или электроэнергии.

Нарушения нормального режима электроснабжения могут привести к следующим возможным последствиям:

  • 1) разладке технологического процесса;
  • 2) браку продукции;
  • 3) выходу из строя и сокращению срока службы электрооборудования;
  • 4) увеличению удельных затрат электроэнергии, сырья, материалов и труда на выработку продукции;
  • 5) простою обслуживающего персонала.

Как показывает опыт эксплуатации, развитие аварий происходит в большинстве случаев при неправильной работе устройств релейной защиты и автоматики, при ошибочных действиях оперативного персонала, а также при недостаточной надежности применяемых схем электроснабжения и самого электрооборудования [18].

Так, повреждения и отказы в работе масляных выключателей, как правило, приводят к крупным авариям с пожарами в распределительных устройствах. Наиболее часто повторяющимися неполадками являются следующие:

  • • отказы выключателей в отключении токов КЗ;
  • • неисправности контактных систем;
  • • перекрытия внутренней и внешней изоляции;
  • • поломки изолирующих частей;
  • • отказы передаточных механизмов и приводов [7].

Различают расчетную и эксплуатационную надежность электрооборудования электростанций, сетей и систем. Первая характеризует собой ожидаемую надежность работы электрооборудования или системы электроснабжения в целом, полученную расчетным путем с использованием статистических данных. Эксплуатационная надежность характеризует надежность работы конкретного, эксплуатируемого электрооборудования, надежность электроснабжения потребителей.

В современных условиях решить возникающие проблемы (в частности, проблемы прогнозирования уровня надежности и его управления на стадии проектирования электрических сетей и систем) представляется возможным при использовании статистических методов с анализом физических процессов, происходящих в элементах конструкций и вызывающих старение, износ и отказы электрооборудования.

Для предупреждения отказов и определения оптимальных сроков ремонта электрооборудования необходимо шире внедрять диагностические методы контроля за его техническим состоянием. С этой целью должны быть выполнены следующие основные мероприятия:

  • 1) разработана программа технической диагностики по видам электрооборудования;
  • 2) установлена очередность внедрения диагностических методов для различных видов электрооборудования;
  • 3) проведен тщательный анализ причин отказов и характера повреждений электрооборудования.

Из различных видов электрооборудования наиболее часто в электрических сетях и системах повреждаются линии электропередачи (из- за территориальной рассредоточенности, подверженности влиянию внешних неблагоприятных условий среды и др.).

Основными причинами повреждения воздушных линий электропередачи являются:

  • • наличие гололедно-ветровых нагрузок;
  • • обрыв одного или обоих проводов линии;
  • • соединение между собой двух проводов линии (схлестывание неизолированных проводов);
  • • перекрытие изоляции вследствие грозовых разрядов;
  • • повреждение опор и проводов автотранспортом и другими механизмами;
  • • дефекты изготовления опор, проводов и изоляторов;
  • • перекрытие изоляции из-за птиц;
  • • несоответствие опор, проводов и изоляторов природно-климатическим зонам;
  • • неправильный монтаж опор и проводов;
  • • несоблюдение сроков ремонта и замены электрооборудования и др. [18J.

Эти причины, как правило, приводят к ослаблению или нарушению механической прочности опор, проводов, изоляторов, а также к поломке деталей опор, коррозии металлических частей опор, гниению деревянных опор. Вибрация, «пляска» и обрыв проводов, разрушение опор сопровождается в большинстве случаев коротким замыканием (одно- или многофазным) линий электропередачи. Таким образом, на повреждаемость воздушных линий влияют атмосферные и коммутационные перенапряжения, изменения температуры окружающей среды, действие ветра и загрязнение воздуха.

Несмотря на систематический осмотр кабельных трасс и кабелей и профилактические испытания, на кабельных линиях имеют место повреждения.

Основными причинами повреждения кабельных линий электропередачи являются:

  • 1) ошибки при проектировании;
  • 2) нарушение правил при монтаже (крутые изгибы на поворотах кабеля, ломающие поясную изоляцию жил кабеля, перекрутка кабеля, ведущая к излому изоляции и др.);
  • 3) неправильная эксплуатация кабелей (разрыв кабеля в муфтах от проседания грунта, попадание влаги в муфты, коррозия кабеля от блуждающих токов и др.);
  • 4) нарушения механической прочности кабелей землеройными машинами и механизмами (до 70% от всех повреждений), а также при транспортировке и хранении (удары, вмятины и др.);
  • 5) электрические пробои в кабельных муфтах (соединительных) и на концевых воронках, участках кабелей, проложенных с большим уклоном;
  • 6) электрический пробой изоляции одной, двух или трех фаз без обрыва жил;
  • 7) обрыв одной, двух или трех жил кабеля с заземлением или без заземления;
  • 8) дефекты изготовления кабеля производителем;
  • 9) нарушения при прокладке кабеля;
  • 10) старение и износ изоляции (междуфазной и поясной);
  • 11) попадание влаги и коррозия металлических частей (металлических оболочек кабеля);
  • 12) неправильно выбранный тип кабеля.

Наибольшая повреждаемость кабельных линий возникает при прокладке кабелей непосредственно в земле. Электрические пробои составляют значительную долю повреждения кабельных линий. Коррозия металлических частей усиливается при появлении блуждающих токов. Повреждения кабельных линий могут сопровождаться короткими замыканиями.

Одним из основных показателей электрооборудования, воздушных и кабельных линий, определяющих надежность систем электроснабжения, является частота повреждений, частота выводов в профилактический ремонт, средняя длительность аварийного простоя и нахождения в профилактическом ремонте.

Силовые трансформаторы повреждаются реже, чем кабельные и воздушные линии электропередачи, но их восстановление требует более продолжительного времени.

Основными причинами повреждения силовых трансформаторов являются следующие:

  • • нарушения изоляции обмоток вследствие воздействия внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов коротких замыканий, дефектов изготовления;
  • • износ и старение изоляции обмоток вследствие перегрузок, недостаточного охлаждения;
  • • дефектность межлистовой изоляции из-за перегрева вихревыми токами или токами в короткозамкнутых контурах, имеющих место при нарушении изоляции в листах магнитопровода; местное замыкание листов стали и «пожар» в стали;
  • • витковые замыкания и обрыв в обмотках;
  • • повреждения устройств, регулирующих напряжение (РПН); нарушения в работе контакторов и переключателей, повреждение регулировочной обмотки;
  • • повреждения вводов трансформаторов вследствие перекрытия изоляции, которые, как правило, сопровождаются пожарами трансформаторов;
  • • повреждения контактных соединений.

При анализе надежности систем электроснабжения обращают внимание не только на причины отказов, но и на их частоту. Как показывает опыт эксплуатации, среди электрооборудования распределительных устройств часто отказывают масляные выключатели (при оперативных переключениях, при отключении КЗ и др.); сравнительно редкие отказы имеют место при работе разъединителей, сборных шин.

Кроме повреждений силовых трансформаторов, отключаемых релейной защитой, или выводом их в ремонт, трансформаторы могут отключаться при следующих ситуациях:

  • 1) при повреждениях смежных элементов;
  • 2) ложных действиях релейной защиты и автоматики;
  • 3) ошибочных действиях персонала.

Неисправностями, которые могут стать причиной вывода трансформаторов в ремонт, являются:

  • • течь масла, недостаточный уровень его в расширителе, нагрев верхних слоев масла выше обычного, резкое ухудшение качества масла (для масляных трансформаторов);
  • • ненормальный шум и потрескивание внутри трансформаторов;
  • • трещина на вводе;
  • • нарушение работы охладителей или вентиляторов обдува.

Из всех видов защит трансформаторов наиболее часто действует газовая зашита, которую устанавливают на трансформаторах, имеющих расширители, и осуществляют с помощью различных видов газовых реле. Газовая зашита действует на сигнал или на отключение трансформатора при внутренних повреждениях, сопровождаемых обильным выделением газообразных продуктов вследствие разложения изоляционных материалов. При появлении сигнала газовой защиты необходимо немедленно включить в работу резервный трансформатор, а затем осмотреть работающий.

Газовая защита обычно приводится в действие:

  • 1) вследствие попадания в трансформатор воздуха из-за неплотных соединений в системе масловодяного охлаждения или появления вместе с маслом при его очистке;
  • 2) недостатка масла, понижения его уровня, что может произойти при течи или охлаждении трансформатора;
  • 3) газообразования внутри трансформатора вследствие разложения масла под действием высокой температуры;
  • 4) возникновения сквозных КЗ, сопровождаемых толчками масла через газовое реле (ложное действие реле).

Если признаков повреждения (потрескиваний, щелчков внутри бака, выбросов масла) не выявлено, а сигнал газовой защиты появился, то отбирать пробы газа на анализ можно без отключения трансформатора. При обнаружении горючего газа или газа, содержащего продукты разложения, трансформатор должен быть немедленно отключен, после чего на нем должны быть проведены измерения и испытания. Совместное срабатывание газовой и дифференциальной защит трансформатора говорит о серьезных повреждениях внутри трансформатора.

Для предупреждения аварий и продления срока службы силовых трансформаторов в условиях эксплуатации необходимо следить за нагрузкой, температурным режимом, поддерживать хорошее качество масла (для масляных трансформаторов), а также проводить качественные осмотры и ремонты трансформаторов.

Коммутационные аппараты также могут отказывать в работе. С точки зрения характера действия они подразделяются на автоматические (высоковольтные выключатели, отделители с короткозамыка- телями, автоматические воздушные выключатели) и неавтоматические (разъединители и рубильники). Повреждения коммутационных аппаратов происходят при выполнении ими своих штатных функций (отключение коротких замыканий и нагрузок, оперативных переключений и др.).

Основными причинами повреждения коммутационных аппаратов являются следующие:

  • • несрабатывание приводов;
  • • механические повреждения;
  • • износ дугогасительных камер;
  • • обгорание контактов;
  • • перекрытие изоляции при внешних и внутренних перенапряжениях;
  • • короткое замыкание в ячейке выключателя при оперативных переключениях и во включенном состоянии, не отключаемое этим выключателем;
  • • разрушение выключателя при отключении КЗ и др.

Состояние привода существенно влияет на надежность выключателей: неисправность привода — причина 30—40% всех отказов. Привод должен не только надежно срабатывать (включать или отключать), но и обеспечивать определенную скорость движения контактов выключателя. Замедление движения контактов увеличивает время горения дуги, что может привести к завариванию контактов при включении или взрыву при отключении (масляные выключатели). Привод работает в тяжелых условиях — он преодолевает силы отключающих выключатель пружин, трения в приводе и контактах, инерции подвижных и других частей, которые могут быть достаточно велики при протекании токов короткого замыкания.

Отказом разъединителя является всякое случайное механическое или электрическое повреждение, приводящее к КЗ, в том числе:

  • 1) короткие замыкания из-за ошибок персонала (включение на неснятое заземление, отключение рабочего тока);
  • 2) повреждения изоляции и механические повреждения, вызывающие КЗ.

Основными неисправностями аккумуляторов являются следующие:

  • • образование крупных кристаллов сульфата, не растворяющихся при нормальных зарядах;
  • • короткие замыкания между пластинами разной полярности;
  • • чрезмерное образование шлама;
  • • загрязнение электролита и др.

При обслуживании аккумуляторных батарей персонал должен соблюдать правила техники безопасности, так как приходится иметь дело с опасными для человека материалами (серной кислотой-электролитом и другими материалами). Запрещается также применение открытого огня в аккумуляторных помещениях во избежание взрыва.

Отказы устройств релейной защиты и автоматики (в срабатывании при появлении повреждения или ненормального режима, неселективное срабатывание при повреждении на соседнем участке, ложное срабатывание) учитываются в отказах выключателей.

Продолжительность восстановления коммутационных аппаратов возрастает с повышением номинального напряжения электрооборудования и, как правило, соизмерима с продолжительностью восстановления воздушных линий электропередач (порядка единиц, десятков часов).

Для предотвращения неправильных операций в распределительных устройствах, ведущих к отказам и повреждениям электрооборудования, применяют специальные блокировки между выключателями и разъединителями, между разъединителями и заземляющими ножами.

В шкафах КРУ имеется также блокировка, запрещающая выкатывание тележек из рабочего положения и вкатывание в рабочее положение с включенным выключателем. Кроме того, блокировка в шкафах КРУ не разрешает включение там заземляющих ножей, если тележка с выключателем находится в рабочем положении, а также не позволяет вкатывать в рабочее положение тележки при включенных заземляющих ножах и т.д.

Для повышения надежности работы электрооборудования разрабатываются различные мероприятия по снижению отказов и повреждений. К ним относятся, например, модернизация или замена устаревшего или изношенного электрооборудования, применение нового более надежного и экономичного электрооборудования, использование при ремонтах современных материалов, регулярное обучение персонала правилам эксплуатации электрооборудования и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >