Анализ и лечение на дефекта с разряд в изолиращата тяга на 500кВ SF₆ резервоарен прекъсвач
Като ключов компонент на автоматите, изолиращата дръжка е важна изолираща и преносна част на газово изолираното комутационно устройство (GIS). Тя трябва да разполага с висока надеждност по отношение механичните и електрически свойства. Обикновено изолиращите дръжки рядко отказват, но при настъпване на повреда това може да има сериозни последствия за автомата.
Автоматът от 550кВ в определена електроцентрала има хоризонтална конфигурация с единичен преряз, модел 550SR - K, с хидравлическа оперативна система. Разцепната му способност е 63кА, номиналното напрежение е 550кВ, номиналният ток е 4000А, номиналният разцепен ток е 63кА, номиналното удържащо напрежение при мълниев удар е 1675кВ, номиналното удържащо напрежение при свичане е 1300кВ, а номиналното удържащо напрежение при силно честотно напрежение е 740кВ. Изолиращата дръжка на автомата е направена от епоксидна смола, с дебелина 15мм, ширина 40мм и плътност 1,1 - 1,25г/см³.
Процес на отказ
Една водна електроцентрала се подготвяше да възстанови електроподаването на своя четвърти главен трансформатор. Главната електрическа връзка на централата е показана на Фигура 1. Горната компютърна система първо отвори автомата 5032, а след това и автомата 5031. Горната компютърна система съобщи сигнали като „Сигнал за отворен TV“ и „Нарушение на защитното устройство на автомата 5031“. На място беше установено, че както защитното, така и безопасносното-контролното устройство на автомата 5031 имаха сигнали за отворен TV. Проверката на горната компютърна система установи, че за напряжението на трансформаторите в зоната T на автоматите 5032 и 5031, Uab= 0, Uca = 306кВ и Ubc = 305кВ. Практична проверка на място показа, че и двата автомата 5032 и 5031 бяха в отворено положение.
Обслужващият персонал измери вторичното обвитково напрежение на фазата C до 55В и на фазите A и B до 0В в терминалната кутия на трансформатора на напрежението в зоната T на автоматите 5032 и 5031. Беше предварително установено, че има повреда в фазата C на автомата 5031.
Ситуацията на място
След настъпването на повредата, централата веднага започна да търси точка на повреда на място и провежда анализ на причините за повредата. Също така, се свърза с провинциалния диспечерски център, за да премести автомата 5031 в режим на поддръжка. След пристигането на персонала от производителя на автоматите на място, те повторно провериха оперативната система на автомата 5031. Установи се, че положението на оперативната дръжка на системата е в нормалното „отворено“ състояние, и не бяха открити аномалии в системата, както е показано на Фигура 2. Предварително беше установено, че повредата е причинена от вътрешен проблем на автомата.
При положение, че затварящото съпротивление на автомата е много по-малко от заземяващото съпротивление, ако реалното вътрешно състояние на автомата е в затворено положение, заземяващото съпротивление на този автомат ще бъде значително по-ниско от това на другите две фази. Заземяващите съпротивления на трифазния автомат 5031 бяха измерени, без да се отварят заземяващите изолатори от двете страни на автомата. Резултатите от измерванията бяха следните: Фаза A беше 273,3 μΩ, Фаза B беше 245,8 μ&Ω, а Фаза C беше 256,0 μ&Ω. Не бяха открити аномалии в Фаза C.
След като автомата 5031 беше поставен в режим на поддръжка, беше започнат процесът на възстановяване на газа за фазата 5031C на автомата, и бяха предприети подготовки за отваряне на капака за проверка. Верхната фланга на автомата 5031C беше издигната. Проверката показа, че движещите и неподвижните контакти на този автомат бяха в нормално отворено положение, общата конструкция на автомата беше непокътната, и не бяха открити чужди предмети или очевидни знаци на разряд. С помощта на мултиметър, контактното съпротивление между движещите и неподвижните контакти на автомата беше измерено на 0,6 &Ω (в нормален диапазон), и нямаше електрическа връзка между движещите и неподвижните контакти и изолиращата дръжка, както е показано на Фигура 3.
След повторното издигане на верхната фланга и нижния достъпен отвор на автомата за проверка, беше усетен явен мирис на изгоряло в газовата камера. В дъното на газовата камера и на местонахождението на дънната взривобезопасна мембрана имаше кафяво-черни порошкови вещества, както е показано на Фигура 4.
Беше проведено ръчно бавно затваряне на автомата 5031C-фаза. Операцията на затваряне беше нормална, и не бяха наблюдавани аномалии. След завършването на ръчното бавно затваряне, корпусът на автомата беше повторно проверен. Установи се, че на изолиращата дръжка на автомата имаше два знака на разряд. Единият от тях беше явно разкъсан, както е показано на Фигура 5. Имаше и следи от разряд по повърхността на изолиращата дръжка, които се простират по цялата изолираща дръжка.
След проверката на изолиращата дръжка и установяването, че няма нови точки на разряд, беше проведено ръчно бавно отваряне на автомата 5031C-фаза. Операцията на отваряне беше нормална. След завършването на отварянето, изолиращата дръжка беше повторно проверена, и все още не бяха открити нови точки на разряд. Беше използван борескоп за детайлна проверка на вътрешността на автомата, и не бяха открити други аномалии.
Анализ на причините за повредата
След премахването на дефектната изолираща дръжка, тя беше наблюдена и измерена. Дръжката беше дълга 570мм, широка 40мм и дебела 15мм. По цялата изолираща дръжка имаше две ясни места на разядане, разположени на 182мм и 315мм от краищата съответно. Едно от тях имаше разкъсване приблизително 53мм дълго. По повърхността на цялата изолираща дръжка имаше явни следи от канал за разядане, свързващ отворите от вътрешната страна на двете краища на дръжката.
Изолацията на дефектната изолираща дръжка беше измерена. При измерване с мултиметър, изолацията между съседните отвори на краищата беше нормална. Изолацията между двете отвора от вътрешната страна на двете краища беше 1,583М&Ω. При измерване с измервател на изолационно съпротивление, стойността на съпротивлението беше 643к&Ω (при напрежение 1010В), а изолацията между двете отвора от външната страна на двете краища беше 1,52Т&Ω (при напрежение 5259В). За нормална изолираща дръжка, изолацията между двете отвора от вътрешната страна на двете краища, измерена при напрежение 5259В, е по-голяма от 5,26Т&Ω.
На основата на гореспоменатите резултати от проверката, може да се установи, че изолацията на изолиращата дръжка на автомата 5031C-фаза е пробита, и проявява проводимост при относително ниско напрежение.
Когато изолиращата дръжка на автомата 5031C-фаза беше разрязана за проверка, беше установено, че, освен краищата на дръжката, където не бяха видими въздушни отвори, имаше дълги въздушни отвори във вътрешния канал за разядане на дръжката, както е показано на Фигура 6.
Общо разядане; второ, пропорциите на материала или времето за хардуване на изолиращата дръжка не са отговаряли на съответните изисквания, което е довело до неравномерна изолационна сила на различните части на изолиращата дръжка. Под силен електрически пол, области с по-ниска изолация са били първо пробити, а след това и други области с по-ниска изолация, което в крайна сметка е довело до общо разядане на изолиращата дръжка.
Мерки за справяне
Общи мерки
След определянето на причината за повредата на автомата 5031C-фаза, централата организира замяна на изолиращата дръжка на автомата C-фаза. След завършването на замяната, газовата камера беше евакуирана, заредена с газ до номинално налягане 0,45МПа и оставена да почива за 24 часа. След това бяха проведени стандартни тестове, включително измерване на съдържанието на влага в газовата камера, проверка на затварящото съпротивление, проведение на характеристични тестове и проверка за изтичане на газ. След успешното завършване на стандартните тестове, бяха проведени тестове за издръжливост на алтернативно напрежение и локализирано разрядване на автомата 5031 както в затворено, така и в отворено положение. Аксесоарите бяха повторно инсталирани, и беше подадена заявка за възстановяване на електроподаването.
Тестове за издръжливост на алтернативно напрежение и локализирано разрядване
Тестовото напрежение беше приложено от резервната линия 3E. Преди теста, вторичните контури на всички трансформатори на тока (TAs) от двете страни на автоматите 5031 и 5032 бяха короткосвързани и заземени на основната част. Също така, вторичните контури на всички TAs на резервната линия 3E бяха короткосвързани и заземени на основната част, а трансформаторите на напрежението в рамките на теста бяха премахнати. Тестовете за издръжливост на алтернативно напрежение и локализирано разрядване бяха проведени, когато автоматът 5031 беше както в затворено, така и в отворено положение.
За 500кВ GIS оборудване в централата, най-високото оперативно напрежение , фазното напрежение , заводският тестов напрежение , а максималното настано напрежение за издръжливост , с продължителност .
Както е показано на Фигура 7, редът на тестовете за издръжливост на алтернативно напрежение и локализирано разрядване при затворено положение е следния: GIS беше старено и очистено при напрежение за 5 минути, а шината беше старена и очистена при напрежение за 3 минути. Тестът за издръжливост на алтернативно напрежение беше увеличен до и задържан за 60 секунди. Напрежението беше бързо намалено до , и беше проведено измерване на локализираното разрядване на газовата камера на автомата 5031 за 3 минути. След теста, напрежението беше бързо намалено до 0кВ.
Както е показано на Фигура 8, процедурата за тестове на издръжливост на алтернативно напрежение и измерване на локализирано разрядване при отворено положение е следната: Тестовото напрежение беше равномерно увеличено до и задържано за 60 секунди. След завършването на теста за издръжливост на напрежение, напрежението беше бързо намалено до
