Anàlisi de la causa i tractament de l'avaria per descàrrega del mànec d'aislament del interruptor de tanca SF₆ de 500kV
Com a component principal dels interruptors, la barra aïllant d'extracció és una part important d'aïllament i transmissió de l'equipament GIS (Gas-Insulated Switchgear). S'exigeix que tingui una alta fiabilitat en termes de propietats mecàniques i elèctriques. Generalment, les barres aïllants d'extracció rarament fallen, però si es produeix un error, pot tenir conseqüències greus per a l'interruptor.
L'interruptor de 550kV d'una certa central elèctrica té una disposició horitzontal de simple ruptura, amb el model 550SR - K i un mecanisme d'operació hidràulic. Té una capacitat de ruptura de 63kA, un voltatge nominal de 550kV, una corrent nominal de 4000A, una corrent nominal de ruptura de 63kA, un voltatge de resistència al llamp de raig només de 1675kV, un voltatge de resistència a l'impuls de commutació només de 1300kV, i un voltatge de resistència a la freqüència de xarxa només de 740kV. La barra aïllant de l'interruptor està feta de resina epoxi, amb un gruix de 15mm, un amplada de 40mm, i una densitat de 1.1 - 1.25g/cm³.
Procés de l'error
Una certa central hidroelèctrica es preparava per reprendre la transmissió d'energia pel seu transformador principal número 4. El cableat elèctric principal de la central es mostra a la Figura 1. L'ordinador superior va obrir primer l'interruptor 5032, i després l'interruptor 5031. L'ordinador superior va informar de senyals com "Alarma de Circuit Obert de TV" i "Anomalia del Dispositiu de Protecció de l'Interruptor 5031". L'inspecció in situ va revelar que tant el dispositiu de protecció com el dispositiu de control de seguretat de l'interruptor 5031 tenien alarms de circuit obert de TV. L'inspecció de l'ordinador superior va trobar que, per als transformadors de tensió de la zona T dels interruptors 5032 i 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, i Ubc = 305kV. L'inspecció real in situ va mostrar que tant l'interruptor 5032 com l'interruptor 5031 estaven en posició oberta.
El personal de manteniment va mesurar la tensió de l'enrotllament secundari de la fase C com 55V i la de les fases A i B com 0V a la caixa terminal del cos del transformador de tensió de la zona T dels interruptors 5032 i 5031. Es va jutjar inicialment que hi havia un error en la fase C de l'interruptor 5031.
Situació de l'inspecció in situ
Després de produir-se l'error, la central va buscar immediatament el punt d'error in situ i va portar a terme una anàlisi de la causa de l'error. També va contactar amb el centre de regulació provincial per transferir l'interruptor 5031 a l'estat de manteniment. Després de l'arribada del personal del fabricant de l'interruptor al lloc, van inspeccionar de nou el mecanisme d'operació de l'interruptor 5031. Es va trobar que la posició de la barra d'operació del mecanisme estava en l'estat normal "obert", i no es va detectar cap anomalia en el mecanisme, com es mostra a la Figura 2. Es va determinar preliminarment que l'error era causat per un problema intern de l'interruptor.
Considerant que la resistència de tancament de l'interruptor és molt més petita que la resistència a terra, si l'estat intern real de l'interruptor és en posició tancada, la resistència a terra d'aquest interruptor serà significativament menor que la de les altres dues fases. Es van mesurar les resistències a terra de l'interruptor trifàsic 5031 sense obrir els interruptors de separació a terra de cada costat. Els resultats de la mesura van ser els següents: la fase A era 273.3 μΩ, la fase B era 245.8 μΩ, i la fase C era 256.0 μΩ. No es van detectar dades anòmals per a la fase C.
Després de posar l'interruptor 5031 en estat de manteniment, es va iniciar el procés de recuperació de gas per a l'interruptor de la fase 5031C, i es van fer preparatius per obrir la coberta per a l'inspecció. Es va treure la flanxa superior de l'interruptor de la fase 5031C. L'inspecció va mostrar que els contactes mòbils i estacionaris d'aquest interruptor estaven en la posició oberta normal, la estructura general de l'interruptor estava intacta, i no es van trobar objectes estranys ni marques d'escàfecs evidents. Utilitzant un multimetre, es va mesurar la resistència de contacte entre els contactes mòbils i estacionaris de l'interruptor com 0.6 Ω (dins del rang normal), i no hi havia connexió elèctrica entre els contactes mòbils i estacionaris i la barra aïllant d'extracció, com es mostra a la Figura 3.
Després de treure la flanxa superior i tornar a inspeccionar l'orifici d'accés inferior de l'interruptor, es va detectar un olor distintiu a cremat a la cambra de gas. Hi havia substàncies polvoroses marrons fosques a la base de la cambra de gas i a la ubicació de la membrana antieixamplació inferior, com es mostra a la Figura 4.
Es va realitzar una prova de tancament lent manual a l'interruptor de la fase 5031C. La operació de tancament va ser normal, i no es van observar fenòmens anòmals. Després de completar el tancament manual lent, es va tornar a inspeccionar l'exterior del cos de l'interruptor. Es va trobar que hi havia dues marques d'escàfec a la barra aïllant d'extracció de l'interruptor. Una d'elles estava clarament crecada, com es mostra a la Figura 5. També hi havia marques de traçada a la superfície de la barra aïllant d'extracció, i aquestes marques s'estendien a través de tota la barra aïllant d'extracció.
Després de comprovar la barra aïllant d'extracció i no trobar nous punts d'escàfec, es va realitzar una prova d'obertura lenta manual a l'interruptor de la fase 5031C. La operació d'obertura va ser normal. Després de completar l'obertura, es va tornar a inspeccionar la barra aïllant d'extracció, i encara no es van trobar nous punts d'escàfec. Es va utilitzar un endoscopi per inspeccionar a fons l'interior de l'interruptor, i no es van detectar altres fenòmens anòmals.
Anàlisi de la causa de l'error
Després de treure la barra aïllant d'extracció defectuosa, es va observar i mesurar. La barra tenia 570mm de llarg, 40mm d'amplada, i 15mm de gruix. Hi havia dos punts d'escàfec distintos a tota la barra aïllant d'extracció, situats a 182mm i 315mm dels extrems respectivament. Un d'ells tenia una creuadura aproximadament de 53mm. Hi havia traces obvies d'un canal de traçada a la superfície de tota la barra aïllant d'extracció, que connectava els forats interiors a tots dos extrems de la barra.
Es va mesurar l'aïllament de la barra aïllant d'extracció defectuosa. Quan es va mesurar amb un multimetre, l'aïllament entre els forats adjacents als extrems era normal. L'aïllament entre els dos forats interiors a tots dos extrems era de 1.583MΩ. Quan es va mesurar amb un metre de resistència d'aïllament, el valor de la resistència era de 643kΩ (amb un voltatge de 1010V), i l'aïllament entre els dos forats exteriors a tots dos extrems era de 1.52TΩ (amb un voltatge de 5259V). Per a una barra aïllant d'extracció normal, l'aïllament entre els dos forats interiors a tots dos extrems, mesurat amb un voltatge de 5259V, era major de 5.26TΩ.
Basant-se en els resultats d'inspecció anteriors, es pot determinar que l'aïllament de la barra aïllant d'extracció de la fase 5031C de l'interruptor s'havia perforat, i mostrava conductivitat en condicions de voltatge relativament baix.
Quan la barra aïllant d'extracció de la fase 5031C de l'interruptor es va tallar per a l'inspecció, es va trobar que, excepte als extrems de la barra on no es veien orificis d'aire, hi havia orificis d'aire llargs a l'interior de la barra a la línia de traçada, com es mostra a la Figura 6.
Rompiment total; segon, la proporció de materials o el temps de cura de la barra aïllant d'extracció no complia amb els requisits rellevants, resultant en una força d'aïllament desigual de diferents parts de la barra aïllant d'extracció. Sota un fort camp elèctric, les àrees amb menys aïllament foren perforades primer, i després les altres àrees amb menys aïllament, finalment conduint al rompiment total de la barra aïllant d'extracció.
Mesures de gestió
Gestió general
Després de determinar la causa de l'error de l'interruptor de la fase 5031C, la central va organitzar la substitució de la barra aïllant d'extracció de l'interruptor de la fase C. Després de completar la substitució, es va evacuar la cambra de gas, es va omplir de gas fins a una pressió nominal de 0.45MPa, i es va deixar reposar durant 24 hores. A continuació, es van realitzar proves de rutina, incloent la mesura del contingut d'humitat a la cambra de gas, la comprovació de la resistència de tancament, la realització de proves característiques, i la detecció de fugues de gas. Després de superar les proves de rutina, es van realitzar proves de resistència a la tensió alterna i de descàrrega parcial per a l'interruptor 5031 en els estats de tancament i obertura. Es van reinstal·lar els accessoris, i es va presentar una sol·licitud per reprendre la transmissió d'energia.
Proves de resistència a la tensió alterna i de descàrrega parcial
La tensió de prova es va aplicar des de la línia de reserva 3E. Abans de la prova, es van circuitar i connectar a terra els circuits secundaris trifàsics de tots els transformadors de corrent (TAs) de cada costat dels interruptors 5031 i 5032. També es van circuitar i connectar a terra els circuits secundaris de tots els TAs de la línia de reserva 3E, i es van retirar els transformadors de tensió dins de l'àmbit de prova. Es van realitzar proves de resistència a la tensió alterna i de descàrrega parcial quan l'interruptor 5031 estava en els estats de tancament i obertura.
Per a l'equipament GIS de 500kV de la central, el voltatge d'operació més alt , el voltatge de fase , el voltatge de prova de fabricació , i el voltatge màxim de resistència in situ , amb una durada de .
Com es mostra a la Figura 7, la seqüència de les proves de resistència a la tensió de tancament i de descàrrega parcial és la següent: El GIS es va envejillar i purificar a un voltatge de durant 5 minuts, i la barra es va envejillar i purificar a un voltatge de durant 3 minuts. La prova de resistència a la tensió alterna es va incrementar a i es va mantenir durant 60 segons. El voltatge es va reduir ràpidament a , i es va provar la descàrrega parcial de la cambra de gas de l'interruptor 5031 durant 3 minuts. Després de la prova, el voltatge es va reduir ràpidament a 0kV.
Com es mostra a la Figura 8, el procediment de prova de resistència a la tensió d'obertura i de mesura de descàrrega parcial és el següent: El voltatge de prova es va incrementar uniformement a i es va mantenir durant 60 segons. Després de completar la prova de resistència a la tensió, el voltatge es va reduir ràpidament a , i es va provar la descàrrega parcial de la cambra de gas de l'interruptor 5031. Després de la prova, el voltatge es va reduir ràpidament a 0kV.
Conclusió
La qualitat de les barres aïllants d'extracció dels interruptors de tanque SF₆ de 500kV és d'una gran importància per a la seguretat dels interruptors i la xarxa elèctrica. Els fabricants d'equips han de exercir un estrict control de qualitat. Abans de l'assembleig de l'equip, s'han de realitzar proves de descàrrega parcial a les barres aïllants d'extracció, i, si cal, es poden realitzar inspeccions de material mitjançant mètodes com la detecció de defectes. Després de posar en funcionament els interruptors, s'han de realitzar regularment deteccions de descàrrega parcial en directe mitjançant mètodes com la freqüència molt alta i l'ultrason. Alhora, la detecció de descàrrega parcial en directe ha de combinar-se amb el manteniment dels interruptors. Per als interruptors amb nivells anòmals de descàrrega parcial, es poden realitzar simultàniament anàlisis dels productes de descomposició de gas SF₆ per diagnosticar la salut de l'aïllament dels interruptors SF₆ en una etapa inicial, prevenir errors d'equipament i assegurar el funcionament segur i estable de la xarxa elèctrica.
