تحليل سبب عطل تفريغ قضيب العزل لمفتاح الدائرة ذو الخزان من نوع 500kV SF₆ ومعالجته
كجزء رئيسي من مفاتيح الدائرة، يعتبر العصا العازلة عنصراً هاماً للعزل والنقل في معدات المحولات المغلقة بالغاز (GIS). يجب أن يتمتع بموثوقية عالية من حيث الخصائص الميكانيكية والكهربائية. عادةً ما تكون أعطال العصا العازلة نادرة الحدوث، ولكن عند حدوث فشل يمكن أن يكون له عواقب خطيرة على مفتاح الدائرة.
مفتاح الدائرة بجهد 550 كيلوفولت في محطة طاقة معينة يحتوي على ترتيب أفقي أحادي الفصل، ويحمل النموذج 550SR - K وآلية تشغيل هيدروليكية. لقدرة قطع تبلغ 63 كيلو أمبير، ولجهد اسمي 550 كيلوفولت، ولتيار اسمي 4000 أمبير، ولتيار قطع اسمي 63 كيلو أمبير، ولجهد الصدمة الضوئية الاسمي 1675 كيلوفولت، ولجهد الصدمة التبديلية الاسمي 1300 كيلوفولت، ولجهد الصمود الترددي الاسمي 740 كيلوفولت. العصا العازلة لمفتاح الدائرة مصنوعة من راتنج الإبوكسي، وبسمك 15 ملم، وعرض 40 ملم، وكثافة تتراوح بين 1.1 - 1.25 جرام/سم³.
عملية الأعطال
كانت محطة طاقة معينة تستعد لإعادة إرسال الطاقة لمحولها الرئيسي رقم 4. تمثل الشبكة الكهربائية الرئيسية للمحطة في الشكل 1. فتح الكمبيوتر العلوي أولاً مفتاح الدائرة 5032، ثم فتح مفتاح الدائرة 5031. أبلغ الكمبيوتر العلوي عن إشارات مثل "تنبيه قطع الدائرة TV" و"استثناء في جهاز حماية مفتاح الدائرة 5031". الكشف الميداني كشف عن أن جهاز الحماية وجهاز السيطرة الآمنة لمفتاح الدائرة 5031 كان لديهما تنبيهات قطع الدائرة TV. فحص الكمبيوتر العلوي كشف أن الجهد Uab= 0، Uca = 306kV، وUbc = 305kV بالنسبة للمحولات الجهدية في منطقة T لمفاتيح الدائرة 5032 و5031. الكشف الفعلي الميداني كشف أن كل من مفاتيح الدائرة 5032 و5031 كانت في وضع الفصل.
قاس الفنيون الجهد الثانوي لللفائف C بمقدار 55 فولت واللفائف A وB بمقدار 0 فولت في صندوق الطرف الخاص بمحول الجهد في منطقة T لمفاتيح الدائرة 5032 و5031. تم الحكم في البداية على وجود عطل في المرحلة C لمفتاح الدائرة 5031.
حالة الكشف الميداني
بعد حدوث العطل، بدأت المحطة فوراً في البحث عن نقطة العطل على الأرض وتحليل سبب العطل. كما تواصلت مع مركز التشغيل الإقليمي لتحويل مفتاح الدائرة 5031 إلى حالة الصيانة. بعد وصول الفنيين من الشركة المصنعة لمفتاح الدائرة إلى الموقع، تم فحص آلية تشغيل مفتاح الدائرة 5031 مرة أخرى. تم العثور على أن موقع قضيب التشغيل في الآلية كان في الحالة الطبيعية "مفتوح"، ولم يتم اكتشاف أي استثناء في الآلية، كما هو موضح في الشكل 2. تم الحكم الأولي على أن العطل كان نتيجة مشكلة داخلية في مفتاح الدائرة.
نظراً لأن مقاومة الإغلاق لمفتاح الدائرة أقل بكثير من مقاومة التأريض، إذا كانت الحالة الداخلية الفعلية لمفتاح الدائرة في وضع الإغلاق، فإن مقاومة التأريض لهذا المفتاح ستكون أقل بشكل كبير من تلك الموجودة في المرحلتين الأخريتين. تم قياس مقاومة التأريض لمفتاح الدائرة ثلاثي الطور 5031 دون فتح المفاتيح المعزولة للتوصيل الأرضي على الجانبين. وكانت النتائج كالتالي: المرحلة A كانت 273.3 ميكرو أوم، والمرحلة B كانت 245.8 ميكرو أوم، والمرحلة C كانت 256.0 ميكرو أوم. لم يتم اكتشاف بيانات غير طبيعية للمرحلة C.
بعد وضع مفتاح الدائرة 5031 في حالة الصيانة، تم بدء عملية استرجاع الغاز لمفتاح الدائرة 5031C، وتُجهِّز لفتح الغطاء للكشف. تم رفع الفلنجة العلوية لمفتاح الدائرة 5031C. أظهر الكشف أن الأقطاب المتحركة والسكونية لهذا المفتاح كانت في وضع الفصل الطبيعي، وكان هيكل المفتاح متكاملاً، ولم يتم العثور على أجسام غريبة أو علامات تصريف واضحة. باستخدام متر متعدد، تم قياس مقاومة الاتصال بين الأقطاب المتحركة والسكونية لمفتاح الدائرة عند 0.6 أوم (داخل النطاق الطبيعي)، ولم يكن هناك اتصال كهربائي بين الأقطاب المتحركة والسكونية والعصا العازلة، كما هو موضح في الشكل 3.
بعد رفع الفلنجة العلوية والفتحة السفلية لمفتاح الدائرة مرة أخرى للكشف، تم اكتشاف رائحة حرق واضحة في غرفة الغاز. كانت هناك مواد مسحوقية بنية داكنة في قاع غرفة الغاز وفي موقع الغشاء المقاوم للانفجار السفلي، كما هو موضح في الشكل 4.
تم إجراء اختبار الإغلاق البطيء اليدوي لمفتاح الدائرة 5031C. كانت عملية الإغلاق طبيعية، ولم يتم ملاحظة أي ظواهر غير طبيعية. بعد الانتهاء من الإغلاق البطيء اليدوي، تم الكشف مرة أخرى عن خارج جسم المفتاح. تم العثور على علامتين لتصريف على العصا العازلة لمفتاح الدائرة. واحدة منها كانت متشققة بشكل واضح، كما هو موضح في الشكل 5. كانت هناك علامات تتبع على سطح العصا العازلة، وهذه العلامات امتدت عبر كامل العصا العازلة.
بعد الكشف عن العصا العازلة وعدم العثور على نقاط تصريف جديدة، تم إجراء اختبار الفتح البطيء اليدوي لمفتاح الدائرة 5031C. كانت عملية الفتح طبيعية. بعد الانتهاء من الفتح، تم الكشف مرة أخرى عن العصا العازلة، ولا تزال لم يتم العثور على نقاط تصريف جديدة. تم استخدام منظار لفحص الداخل الكامل لمفتاح الدائرة، ولم يتم اكتشاف أي ظواهر غير طبيعية أخرى.
تحليل سبب العطل
بعد إزالة العصا العازلة المعيبة، تم ملاحظتها وقياسها. كانت العصا بطول 570 ملم، وعرض 40 ملم، وسمك 15 ملم. كانت هناك نقطتان واضحتان للحرق بسبب التصريف على العصا العازلة بأكملها، تقعان على بعد 182 ملم و315 ملم من نهايات العصا على التوالي. واحدة منها كانت متشققة بطول حوالي 53 ملم. كانت هناك علامات واضحة لقناة تتبع على سطح العصا العازلة بأكملها، والتي تربط الفتحات الداخلية في كلا طرفي العصا.
تم قياس العزل للعصا العازلة المعيبة. عندما تم قياس العزل بين الفتحات المجاورة في نهايات العصا باستخدام متر متعدد، كان العزل طبيعيًا. كان العزل بين الفتحتين الداخليتين في كلا طرفي العصا 1.583 ميجا أوم. عندما تم قياسه باستخدام متر مقاومة العزل، كان قيمة المقاومة 643 كيلو أوم (عند جهد 1010 فولت)، وكان العزل بين الفتحتين الخارجيتين في كلا طرفي العصا 1.52 تيرا أوم (عند جهد 5259 فولت). بالنسبة للعصا العازلة الطبيعية، كان العزل بين الفتحتين الداخليتين في كلا طرفي العصا عند جهد 5259 فولت أكبر من 5.26 تيرا أوم.
بناءً على نتائج الكشف المذكورة أعلاه، يمكن تحديد أن العزل للعصا العازلة لمفتاح الدائرة 5031C قد تم ثقبه، وأظهر الموصلية تحت ظروف جهد منخفضة نسبيًا.
عند قطع العصا العازلة لمفتاح الدائرة 5031C للكشف عنها، تم العثور على أن، باستثناء نهايات العصا حيث لم تكن هناك فتحات هوائية مرئية، كانت هناك فتحات هوائية طويلة على طول قناة التتبع داخل العصا، كما هو موضح في الشكل 6.
الانهيار الكلي؛ ثانيًا، نسبة المواد أو وقت التصلب للعصا العازلة لم تلبِّ الثوابت ذات الصلة، مما أدى إلى عدم تساوي قوة العزل في أجزاء مختلفة من العصا العازلة. تحت مجال كهربائي قوي، تم ثقب المناطق ذات العزل المنخفض أولاً، ثم تبعها مناطق أخرى ذات عزل منخفض، مما أدى في النهاية إلى الانهيار الكلي للعصا العازلة.
إجراءات التعامل
التعامل العام
بعد تحديد سبب العطل لمفتاح الدائرة 5031C، قامت المحطة بترتيب استبدال العصا العازلة لمفتاح الدائرة C. بعد الانتهاء من الاستبدال، تم إفراغ غرفة الغاز وتعبئتها بالغاز حتى يصل الضغط إلى 0.45 ميجا باسكال، وتركها لمدة 24 ساعة. ثم، تم إجراء الاختبارات الروتينية، بما في ذلك قياس محتوى الرطوبة في غرفة الغاز، وفحص مقاومة الإغلاق، وإجراء اختبارات الخصائص، وفحص تسرب الغاز. بعد اجتياز الاختبارات الروتينية، تم إجراء اختبارات الصمود للجهد المتردد والإطلاق الجزئي لمفتاح الدائرة 5031 في حالات الإغلاق والفتح. تم إعادة تركيب الملحقات، وتقديم طلب لإعادة إرسال الطاقة.
اختبارات الصمود للجهد المتردد والإطلاق الجزئي
تم تطبيق الجهد الاختباري من الخط الاحتياطي 3E. قبل الاختبار، تم تقصير الدوائر الثانوية لكافة المحولات الجهدية (TAs) على الجانبين لمفاتيح الدائرة 5031 و5032 وتجهيزها للأرض في الجسم الرئيسي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقصير الدوائر الثانوية لكافة المحولات الجهدية على الخط الاحتياطي 3E وتجهيزها للأرض في الجسم الرئيسي، وإزالة المحولات الجهدية ضمن نطاق الاختبار. تم إجراء اختبارات الصمود للجهد المتردد والإطلاق الجزئي على التوالي عندما كان مفتاح الدائرة 5031 في حالات الإغلاق والفتح.
بالنسبة للمعدات GIS بجهد 500 كيلوفولت في المحطة، الجهد الأقصى للتشغيل , الجهد الفاسي \(U_{m}/\sqrt{3}=317kV\), الجهد الاختباري من المصنع \(U_{c}=740kV\), والجهد الأقصى الصمود على الأرض \(U_{f}=U_{c}×80\% = 592kV\), لمدة \(t = 60s\).
كما هو موضح في الشكل 7، تسلسل اختبارات الصمود للجهد المتردد والإطلاق الجزئي هو كالتالي: تم تقدم السن والتخلص من الشوائب في نظام GIS بجهد \(U_{m}/\sqrt{3}=317kV\) لمدة 5 دقائق، وتم تقدم السن والتخلص من الشوائب في الحافلة بجهد \(U_{1}=519kV\) لمدة 3 دقائق. ثم تم زيادة اختبار الصمود للجهد المتردد إلى \(U_{f}=592kV\) وحفظه لمدة 60 ثانية. ثم تم تخفيض الجهد بسرعة إلى \(U_{r}=381kV\) واختبار إطلاق الغاز الجزئي لغرفة الغاز لمفتاح الدائرة 5031 لمدة 3 دقائق. بعد الاختبار، تم تخفيض الجهد بسرعة إلى 0 كيلوفولت.
كما هو موضح في الشكل 8، إجراءات اختبار الصمود للجهد المتردد والإطلاق الجزئي في حالة الفصل هي كالتالي: تم زيادة الجهد الاختباري بشكل منتظم إلى \(U_{f}=592kV\) وحفظه لمدة 60 ثانية. بعد الانتهاء من اختبار الصمود للجهد، تم تخفيض الجهد بسرعة إلى \(U_{r}=381kV\) واختبار إطلاق الغاز الجزئي لغرفة الغاز لمفتاح الدائرة 5031. بعد الاختبار، تم تخفيض الجهد بسرعة إلى 0 كيلوفولت.
خاتمة
جودة العصا العازلة لمفاتيح الدائرة SF₆ بجهد 500 كيلوفولت لها أهمية كبيرة لأمان مفاتيح الدائرة وأمان شبكة الطاقة. يجب على الشركات المصنعة لمعدات التحكم في الجودة بصرامة. قبل تجميع المعدات، يجب إجراء اختبارات الإطلاق الجزئي للعصا العازلة، ويمكن إجراء فحوصات المواد باستخدام طرق مثل الكشف عن العيوب إذا لزم الأمر. بعد تشغيل مفاتيح الدائرة، يجب إجراء عمليات كشف الإطلاق الجزئي الحي بشكل منتظم باستخدام طرق مثل التردد العالي جداً والصوت فوق الصوتي. في نفس الوقت، يجب الجمع بين الكشف الحي عن الإطلاق الجزئي أثناء الصيانة لمفاتيح الدائرة. بالنسبة لمفاتيح الدائرة ذات مستويات إصدار جزئي غير طبيعية، يمكن إجراء تحليل منتجات تحلل غاز SF₆ بالتوازي لتشخيص صحة العزل لمفاتيح الدائرة SF₆ في مرحلة مبكرة، ومنع أعطال المعدات وضمان التشغيل الآمن والاستقرار لشبكة الطاقة.
