Analýza a zpracování vad spínače s uzavřenou nádrží LW12-500

Úvod

LW12 - 500 nádržový vypínač SF₆ je domácí vysokonapěťový vypínač. S postupným zvýšením doby provozu se časté poruchy tělesa a ovládacího mechanismu významně dotkly bezpečného a stabilního chodu elektrické sítě, což ovlivnilo spolehlivost dodávky energie a vedlo k ročnímu nárůstu nákladů na údržbu vypínače. Tento článek předkládá odpovídající prevence a kontrolní opatření namířená proti běžným vadám a poruchám u LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆, aby byly kompletně odstraněny skryté potenciální problémy a zlepšena úroveň chodu elektrické sítě.

Přehled zařízení

LW12 - 500 nádržový vypínač SF₆ používá plyn SF₆ jako izolační a hasicí médium. Ovládací mechanismus využívá čistě hydraulický tlak, a hlavní komponenty hydraulického mechanismu jsou dováženy společností Hitachi. Vypínač má dvoudílnou strukturu, s paralelními kondenzátory instalovanými na obou koncích hlavního dílu. Paralelní kondenzátory jsou poskytovány japonskou společností Murata.

Podmínky proslužby zařízení

V systému Státní elektrizační korporace stále slouží mnoho LW12 - 500 nádržových vypínačů SF₆. Konce roku 2014 bylo v provozu 33 takových vypínačů u Jibei Company, z toho 14 bylo vybaveno uzavíracími odporovými členy, a doba provozu byla ≥10 let.

Stavy selhání zařízení

• V září 2002 došlo k jednofázové zemní fauli v fázi B u LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆. Fáze B vypínačů 5031 a 5032 na určitém transformátorovém stanici vypnuly. Fáze B vypínače 5032 se úspěšně znovu uzavřela, zatímco fáze B vypínače 5031 se nepodařilo znovu uzavřít. Při inspekci bylo zjištěno, že kvůli zvolnění upravovací matice tlakového spínače se změnila hodnota uzavíracího blokovacího tlaku, což vedlo k selhání opětovného uzavření vypínače.

• Od dubna do června 2004, během normální údržby a před-testování zařízení, ukázaly LW12 - 500 nádržové vypínače SF₆ 5053, 5043 a 5012 na určitém transformátorovém stanici jev odmítání otevření během provozu. Inspekce odhalila, že selhání bylo způsobeno zhoršením hydraulického oleje v ovládacím mechanismu, což vedlo k špatnému pohybu tělesa ventilu.

• V červnu 2004, během provozu, došlo k poruše vnitřního výboje v nádrži fáze C u LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆ 5052 na určitém transformátorovém stanici kvůli odloupání stříbrné vrstvy v tlakovém válcovém členu uvnitř hasicí komory.

• V červnu 2005, když určité transformátorové stanice prováděly normální vypnutí při vypnutí napájení u LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆ 5043, se zlomil otáčivý hrot níže na otevíracím elektromagnetu fáze B ovládacího mechanismu, což způsobilo, že fáze B vypínače se neodpojila. Současně byl poškozen a odpojen sériový odpor v otevíracím okruhu. Po inspekci, po výměně poškozeného zámku, otevírací cívek a sériového odporu, bylo zařízení znovu uvedeno do provozu.

• V červnu 2005, když byla 2# sběrnice určitého transformátorového stanice napájena, fáze C LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆ 5053 okamžitě vypnula po zapnutí. Inspekce odhalila, že deformace bušidlo způsobila, že první stupeň otevíracího ventelu se nevrátil do původní polohy, a vypínač se neustále vypínal. Po výměně bušidlo se situace normalizovala.

• V květnu 2006, kvůli kontinuálním vypnutím na určité lince, shořela uzavírací cívka fáze B LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆ 5012. Inspekce odhalila, že selhání bylo způsobeno ucpaním uzavíracího zámku fáze B, což vedlo k dlouhodobému nabíjení uzavírací cívky a jejímu shoření.

• V červenci 2007 došlo k vnitřnímu výboji v nádrži fáze B LW12 - 500 nádržového vypínače SF₆ 5031 na určitém transformátorovém stanici během provozu. Důvodem byl špatný proces natírání (ruční šetření) vodiče uvnitř trubice. Kvůli nerovnoměrnému natírání se k vodiči přichytily cizí látky, jako jsou chlupy štětce, které se odtrhly a způsobily výboj mezi štítem a vnitřní stěnou nádrže.

• V listopadu 2007, během poruchy na transformátorovém stanici 3#, LW12-500 nádržový vypínač SF₆ 5013 zaznamenal několik selhání při otevírání a uzavírání, což vedlo ke zvýšení rozsahu nehody.

• V únoru 2009, během testu ochrany po výpadku napájení a údržbě LW12-500 nádržového vypínače SF₆ 5012, se fáze C neuzavřela. Inspekce odhalila, že spojnice mezi uzavíracím zámkem a závorou v mechanismu byla nepružná, což zabránilo uvolnění závor a způsobilo selhání uzavření fáze.

• V červnu 2009 došlo k vnitřnímu výboji v fázi A LW12-500 nádržového vypínače SF₆ 5021 během předávání energie po velké opravě. Selhání bylo způsobeno ostrými hranami v montáži štítu a nečistotou vnitřku nádrže.

• V březnu 2012, po otevření, fáze A LW12-500 nádržového vypínače SF₆ 5053 nejprve zaznamenala průraz mezi přerušovači, což se pak vyvinulo v zemní faul. Inspekce odhalila, že degradace paralelních kondenzátorových desek mezi přerušovači způsobila, že kondenzátor po průrazu praskl a způsobil výboj mezi štítem a nádrží.

• V lednu 2013, po otevření, fáze B LW12-500 nádržového vypínače SF₆ 5043 opět zaznamenala průraz mezi přerušovači, následovaný zemní faul; 12 sekundový oblouk mezi přerušovači v fázi A byl vyřešen ochranou sběrnice před tím, než se vyvinul v zemní faul. Selhání bylo stejně způsobeno degradací paralelních kondenzátorových desek mezi přerušovači, s průrazem a prasknutím kondenzátoru, což způsobilo výboj mezi štítem a nádrží.

Hlavní vady

• U raně vyrobených jednotek byla špatná aplikace izolační barvy na vodič uvnitř trubice (ruční šetření), což zanechalo skryté riziko vnitřního izolačního výboje kvůli přichyceným chlupům štětce, odloupání a odlušení barvy.

• Vnitřní povrch nádrže měl špatnou kvalitu izolační barvy, což vedlo k odlušení a odloupání, způsobující riziko vnitřního izolačního výboje; štíty uvnitř nádrže měly špatnou obrábění a montáž, s ostrými hranami a výčnělkami.

• Stříbrná vrstva na vnitřním povrchu tlakového válcového členu hasicí komory byla náchylná k odloupání a odlušení.

• Špatné zarovnání pohyblivých a pevných kontaktů nebo nízká kvalita pružin kontaktů způsobila fragmentaci a odpojení prstenců a tryskovek.

• Degradace paralelních kondenzátorových desek mezi přerušovači představovala rizika izolačního průrazu.

• Neracionální návrh ohřevacích a uzavíracích systémů mechanismu způsobil výstrahy nadměrného tlaku oleje u mnoha vypínačů během sezónních přechodů.

• Časté selhání hydraulického mechanismu, zejména vysoké poškození těsnicích prvků a akumulátorů tlaku, snížilo spolehlivost mechanismu:

• Několikrát se vyskytl "okamžitý znovuúzavření po otevření" nebo "kontinuální vypnutí" kvůli špatnému obrábění primárního ventelu hydraulického mechanismu;

• Značná degradace hydraulického oleje, vedoucí k častému přetlakování a unikání oleje;

• Nedostatečná síla a náchylnost k zlomení/deformaci některých kovových částí (např. zámky) v ovládacím mechanismu kvůli špatné kvalitě materiálu nebo obrábění;

• Kvalitativní problémy s akumulátory tlaku, způsobující pokles prednabitého tlaku u mnoha jednotek, které již nedosahovaly požadovaných provozních parametrů po delší době provozu.

Opatření k modernizaci

Prováděná údržbová opatření pro vypínače LW12-500 zahrnují:

• Výměna vodiče uvnitř trubice za nový typ s pokročilou izolační barvou.

• Úplná interní inspekce a údržba nádrže: zaměření na kontrolu vnitřní vrstvy barvy, montáž uzavíracího odporníku, stříbrná vrstva tlakového válcového členu (nahrazení v případě odloupání/odlušení) a zarovnání pohyblivých a pevných kontaktů.

• Inspekce a údržba ovládacího mechanismu: včetně systémů ventilů, akumulátorů tlaku, pracovních válců, hydraulických čerpadel a úplná výměna hydraulického oleje.

• Výměna paralelních kondenzátorových desek přerušovačů za součástky s vylepšeným procesem dodávané japonskou společností Murata Corporation.

Navrhovaná opatření k zlepšení

• Pro zajištění bezpečnosti a stability elektrické sítě je klíčové provádět pravidelnou údržbu vypínačů typu LW12. Nicméně, obtíže v dodávce náhradních dílů a technických služeb, zhoršené dlouhodobým zastavením výroby a špatnou dostupností náhradních dílů, způsobily, že údržba je obtížná, s vysokými náklady na generální opravy jednotlivých vypínačů blížícími se nákladům na zakoupení nových vypínačů. Z hlediska bezpečnosti, ekonomiky a technologického pokroku se doporučuje celková výměna vypínačů LW12-500 nádržových vypínačů SF₆.

• Před vyřazením z provozu posílit monitorování a údržbu stavu vypínačů typu LW12. Použít pokročilé technologie, jako je ultrazvukové detekce částečných výbojů a chromatografická analýza plynu SF₆, pro pravidelné hodnocení stavu vnitřní izolace pod provozním napětím, zkrátit cykly detekce a včas sledovat trendy degradace izolace. To umožní cílená opatření k prevenci náhlých vnitřních izolačních selhání během provozu.