Soluzione di Diagnosi dei Guasti delle Batterie di Condensatori Shunt ad Alta Tensione
1 Elementi diagnostici post-fallimento
1.1 Identificazione delle cause del guasto e determinazione delle unità da testare
Prendendo come esempio un banco di condensatori montato in rack, ogni singola unità di condensatore è tipicamente dotata di una fusibile espulsivo esterno che funge da dispositivo di protezione primario. Se un singolo condensatore si guasta, i condensatori paralleli scaricano attraverso il punto di guasto. Il fusibile e l'elemento fuso del condensatore danneggiato possono rompersi rapidamente, isolando la sezione guastata per garantire la continua operatività del banco.
Tuttavia, se i condensatori sviluppano circuiti aperti o altri guasti, possono rimanere operativi senza la rottura del fusibile. Rischio critico di cascata: La rottura prematura dei fusibili adiacenti scatena reazioni a catena. La disconnessione eccessiva dei condensatori causa un squilibrio superiore ai limiti di progettazione, portando alla fine al fallimento di tutti i fusibili del banco. Ad esempio, nel banco di condensatori 10kV Fase B della sottostazione 220kV, un condensatore con solo una deviazione di misurazione del 14% ha innescato tale cascata, causando il fallimento completo del gruppo di fusibili.
Conclusione: Quando si verifica una rottura del gruppo di fusibili, ciascun condensatore deve essere sottoposto a ispezione e test individuali per rilevare:
- Ingresso di umidità interna
- Guasti/brevi circuiti dei componenti
- Degradazione dell'isolamento
Questo identifica le unità difettose, riduce i tassi di guasto e elimina i rischi operativi.
1.2 Selezione degli elementi di test per l'indagine sui guasti
1.2.1 Ispezione visiva
Focalizzazione dell'ispezione:
- Pulizia/liscia del corpo
- Perdita di olio, crepe, segni di scarica
- Surriscaldamento, cambiamenti di colore
- Gonfiore/deformazione localizzati
Questi problemi indicano cambiamenti strutturali interni, danni ai componenti o deriva della capacità che creano rischi operativi. I cambiamenti di colore richiedono in particolare smontaggio per analisi di surriscaldamento/guasto, aumentando la complessità dell'ispezione.
1.2.2 Misurazione della resistenza d'isolamento tra terminale e contenitore
Scopo del test: Rilevare la degradazione dell'isolamento dovuta all'umidità, al deterioramento o al guasto monitorando il declino della resistenza.
Limitazioni: Questo test serve come riferimento ausiliario solo quando sono presenti altri difetti.
Applicabilità:
- ✅ Eseguito su condensatori a doppio terminale
- ❌ Non necessario per condensatori a singolo terminale (il contenitore agisce come elettrodo)
Metodo di test illustrato di seguito:
1.2.3 Misurazione della capacità
I banchi di condensatori montati in rack utilizzano tipicamente configurazioni serie-parallelo di elementi di condensatore per soddisfare i requisiti di tensione e capacità.
- Aumento della capacità: Indica segmenti in serie ridotti a causa di guasti interni (cortocircuito/guasto). L'ingresso di umidità (costante dielettrica elevata dell'acqua) o l'operazione di fusibili degli elementi possono anche causare un aumento della capacità.
- Diminuzione della capacità: Segnala percorsi paralleli ridotti a causa di circuiti aperti, connessioni allentate o operazione di fusibili interni. ⚠️ Rischio critico: Lo stress di tensione sugli elementi sani aumenta, accelerando il guasto e riducendo l'output di potenza reattiva.
- Impatto della perdita di olio: La costante dielettrica più elevata dell'olio rispetto all'aria causa una deriva misurabile della capacità.
Significato diagnostico: La deviazione della capacità riflette direttamente l'integrità interna ed è cruciale per la risoluzione dei problemi sul campo.
Intervallo di accettazione: ±5% a +10% del valore di targa.
Protocollo di misurazione:
- Escludere l'interferenza della carica residua
- Ripetere con diversi ponti di capacità
- Se la deviazione persiste:
- Disconnettere i collegamenti dei fusibili
- Rimuovere le connessioni lato alta tensione
- Rimisurare. Una deviazione coerente conferma un guasto interno.
Studio di caso: Banco di condensatori 10kV 11A della sottostazione 110kV (Unità B2)
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Parametro |
Valore |
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Capacità di targa (Cₓ) |
8,03 μF |
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Misurata (Cᵧ) con alta tensione collegata |
10,04 μF |
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Misurata (Cᵧ) dopo la disconnessione dell'alta tensione |
10,05 μF |
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Deviazione |
+25,16% |
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Conclusione: L'unità B2 supera i limiti di tolleranza → Guasto. |
1.3 Tecnica di prova di tenuta a tensione alternata
Scopo: Verificare l'integrità dell'isolamento principale (bushing/imballaggio) applicando tensione alternata tra i terminali cortocircuitati e il contenitore.
Valore di prova: Rileva:
- Livello di olio basso
- Umidità interna
- Bushings danneggiati
- Difetti meccanici
Gestione dei terminali:
- Cortocircuitare entrambi i terminali insieme
- Applicare la tensione tra i terminali cortocircuitati e il contenitore a terra
Note industriali: Le prove di tenuta a tensione alternata routine sono spesso inutili a causa della forza di isolamento terminale-contenitore intrinseca dei condensatori.
2.Selezione razionale dei metodi di misurazione della capacità
Tecniche comuni:
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Metodo |
Caso d'uso tipico |
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Ammetro/Voltmetro (I/V) |
Prove sul campo ★ Preferito |
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Misuratore digitale di capacità |
Prove sul campo |
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Ponte di capacità |
Accettazione in fabbrica |
Superiorità del metodo I/V:
- Vantaggio di tensione: Tensione di prova applicata > tensione di esercizio del condensatore
- Rilevazione di guasti mascherati: Attiva i punti di guasto dove:
- Gli elementi guasti mantengono una resistenza d'isolamento residua
- I misuratori di capacità mostrano letture false-normali
- Procedura: Vedere Figura 2 (Prova di reattività controllata dalla tensione)
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Numero di etichetta dell'equipaggiamento |
B2 |
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Capacità di targa, Cₓ (μF) |
8,03 |
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Misurata Cᵧ (μF) prima di disconnettere il cavo ad alta tensione |
10,04 |
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Misurata Cᵧ (μF) dopo aver disconnesso il cavo ad alta tensione |
10,05 |
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Discrepanza % (rispetto al valore di targa) |
25,16% |
3. Punti tecnici chiave per la prova ammetro/voltmetro
3.1 Onda e frequenza di alimentazione di prova conformi allo standard
- Selezione della tensione: ≤5× tensione nominale (basata sulla capacità della fonte e sulla gamma del misuratore)
- Stabilità della frequenza: Mantenere una forma d'onda sinusoidale stabile
- Protocollo di misurazione:
- Stabilizzare la tensione al valore nominale
- Registrare sincronicamente tensione, corrente e frequenza
- Calcolare la capacità:
Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx=2πfVI - Requisiti critici:
- Onda sinusoidale pura (limite THD ±3%)
- Fluttuazione della frequenza ≤±0,5%
- Preferire la tensione di linea (riduce gli armonici di terzo ordine)
Rischi di non conformità >10% di errore di misurazione a causa della caratteristica XC∝1/fX_C \propto 1/fXC∝1/f del condensatore.
3.2 Selezione di strumenti ad alta precisione e resistenti alle interferenze
- Specifiche minime:
- Classe di accuratezza: 0,5 o migliore
- Compatibilità elettromagnetica: conformità IEC 61000-4
- Studio di caso - sottostazione 220kV:
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Strumento |
Esito del test |
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T51 milliamperometro AC/DC |
84 unità mostrano una deviazione >20% |
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T15 milliamperometro AC |
Devi
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