500kV SF₆ tank circuit breaker insulation pull rod discharge fault cause analysis and treatment Pagsusi sa pagkaputok sa insulasyon nga pull rod sa 500kV SF₆ tank circuit breaker ug ang pag-atiman ani nga problema
Isipanahon sa mga circuit breaker, ang insulating pull-rod usa ka importante nga insulating ug transmission bahin sa Gas-Insulated Switchgear (GIS) equipment. Gikinahanglan nia og taas nga kahandalan isip panahon sa mekanikal ug elektrikal nga katungod. Kasagaran, dili kini malampuson ang insulating pull-rod, apan kon mao na nangyari, mahimong serioso ang epekto niini sa circuit breaker.
Ang 550kV circuit breaker sa usa ka power station adunay single-break horizontal arrangement, model 550SR-K, ug hydraulic operating mechanism. Adunay kini nga breaking capacity nga 63kA, rated voltage nga 550kV, rated current nga 4000A, rated breaking current nga 63kA, rated lightning impulse withstand voltage nga 1675kV, rated switching impulse withstand voltage nga 1300kV, ug rated power-frequency withstand voltage nga 740kV. Ang insulating rod sa circuit breaker gihimo sa epoxy resin, may thickness nga 15mm, width nga 40mm, ug density nga 1.1 - 1.25g/cm³.
Proseso sa Fault
Ang usa ka hydropower station nagplano mopatuloy sa pagpadala sa kuryente alang sa ilang No. 4 main transformer. Ang main electrical wiring sa power station makita sa Figure 1. Ang upper-level computer unang gibukas ang 5032 circuit breaker, ug pagkatapos gibukas ang 5031 circuit breaker. Ang upper-level computer nagreport og mga signal sama sa "TV Open-Circuit Alarm" ug "5031 Circuit Breaker Protection Device Abnormality". Sa on-site inspection natukod nga ang protection device ug safety-control device sa 5031 circuit breaker adunay TV open-circuit alarm. Ang upper-level computer nakita nga para sa voltage transformers sa T-zone sa 5032 ug 5031 circuit breakers, Uab= 0, Uca = 306kV, ug Ubc = 305kV. Sa on-site actual inspection natukod nga ang 5032 ug 5031 circuit breakers adunay open position.
Ang maintenance personnel gi-measure ang secondary winding voltage sa phase C nga 55V ug ang phases A ug B nga 0V sa terminal box sa voltage transformer body sa T-zone sa 5032 ug 5031 circuit breakers. Gitukod nga adunay fault sa phase C sa 5031 circuit breaker.
On-site Inspection Situation
Pagkahuman sa fault, ang power station immediate gitimba ang fault point sa on-site ug gisagol ang analysis sa cause sa fault. Gitawag usab ang provincial dispatching center aron i-transfer ang 5031 circuit breaker sa maintenance state. Pagkahuman ang personnel sa circuit breaker manufacturer mogi sa site, sila gipare-inspect ang operating mechanism sa 5031 circuit breaker. Natukod nga ang position sa operating rod sa mechanism normal nga "open" state, ug wala natukod ang abnormality sa mechanism, makita sa Figure 2. Gitukod nga ang fault gikan sa internal problem sa circuit breaker.
Gisagol nga ang closing resistance sa circuit breaker mas gamay kaysa sa grounding resistance, kon ang actual internal state sa circuit breaker adunay closed position, ang grounding resistance sa circuit breaker mas gamay kaysa sa uban pang duha ka phases. Gi-measure ang grounding resistances sa three-phase 5031 circuit breaker walay pagbukas sa grounding isolating switches sa either side sa circuit breaker. Ang resulta sa measurement Phase A 273.3 µΩ, Phase B 245.8 µΩ, ug Phase C 256.0 µΩ. Wala natukod ang abnormal data sa Phase C.
Pagkahuman ang 5031 circuit breaker giputok sa maintenance state, ang gas recovery process sa 5031C phase circuit breaker gipasugdan, ug giprepare ang pagbukas sa cover sa inspection. Ang upper flange sa 5031C phase circuit breaker gilift away. Natukod nga ang moving ug static contacts sa circuit breaker adunay normal nga open position, ang overall structure sa circuit breaker intact, ug wala natukod ang foreign objects o obvious discharge marks. Gamit ang multimeter, gi-measure ang contact resistance sa moving ug static contacts sa circuit breaker nga 0.6 Ω (sa normal range), ug wala natukod ang electrical connection sa moving ug static contacts ug insulating pull-rod, makita sa Figure 3.
Pagkahuman ang lifting away sa upper flange ug lower access hole sa circuit breaker sa on-site inspection, natukod ang distinct burnt odor sa gas chamber. Adunay brown-black powdery substances sa bottom sa gas chamber ug sa location sa bottom explosion-proof membrane, makita sa Figure 4.
Gi-conduct ang manual slow-closing test sa 5031C-phase circuit breaker. Normal ang closing operation, ug wala natukod ang abnormal phenomena. Pagkahuman ang manual slow-closing, gipare-inspect ang exterior sa circuit breaker body. Natukod nga adunay duha ka discharge marks sa insulating pull-rod sa circuit breaker. Usa niini obvious nga cracked, makita sa Figure 5. Adunay tracking marks sa surface sa insulating pull-rod, ug kini nag-extend sa tanang insulating pull-rod.
Pagkahuman ang checking sa insulating pull-rod ug wala natukod ang new discharge points, gi-conduct ang manual slow-opening test sa 5031C-phase circuit breaker. Normal ang opening operation. Pagkahuman ang opening, gipare-inspect ang insulating pull-rod, ug wala natukod ang new discharge points. Gi-use ang borescope aron thorough inspection sa interior sa circuit breaker, ug wala natukod ang other abnormal phenomena.
Fault Cause Analysis
Pagkahuman ang pagkuha sa faulty insulating pull-rod, giotomhan ug gimeasure. Ang pull-rod 570mm long, 40mm wide, ug 15mm thick. Adunay duha ka distinct discharge-burned spots sa entire insulating pull-rod, located 182mm ug 315mm gikan sa ends. Usa niini adunay crack nga approximate 53mm long. Adunay obvious nga traces sa tracking channel sa surface sa entire insulating pull-rod, connecting the inner-side holes sa both ends sa pull-rod.
Gi-measure ang insulation sa faulty insulating pull-rod. Gamit ang multimeter, normal ang insulation sa adjacent holes sa ends. Ang insulation sa two inner-side holes sa both ends 1.583MΩ. Gamit ang insulation resistance meter, ang resistance value 643kΩ (sa voltage nga 1010V), ug ang insulation sa two outer-side holes sa both ends 1.52TΩ (sa voltage nga 5259V). Para sa normal insulating pull-rod, ang insulation sa two inner-side holes sa both ends measured sa voltage nga 5259V greater than 5.26TΩ.
Batasan sa above inspection results, matukod nga ang insulation sa insulating pull-rod sa 5031C-phase circuit breaker adunay punctured, ug adunay conductivity sa relatively low voltage conditions.
Pagkahuman ang pag-cut open sa insulating pull-rod sa 5031C-phase circuit breaker, natukod nga, except sa ends sa pull-rod diin wala natukod ang visible air holes, adunay long air holes sa tracking channel sa inside sa pull-rod, makita sa Figure 6.
Overall breakdown; second, ang material proportioning o curing time sa insulating pull-rod dili mosatisfy sa relevant requirements, resulta niini uneven insulation strength sa different parts sa insulating pull-rod. Sa strong electric field, ang areas sa lower insulation unang malampuson, ug pagkahuman ang other low-insulation areas, ultimately leading sa overall breakdown sa insulating pull-rod.
Handling Measures
General Handling
Pagkahuman ang pagtukod sa fault cause sa 5031C-phase circuit breaker, ang power station nag-arrange sa replacement sa insulating pull-rod sa C-phase circuit breaker. Pagkahuman ang replacement, ang gas chamber gievacuated, filled sa gas sa rated pressure nga 0.45MPa, ug gileave sa 24 hours. Pagkahuman, gi-conduct ang routine tests, kasama ang measuring sa moisture content sa gas chamber, checking sa closing resistance, conducting characteristic tests, ug performing gas leak detection. Pagkahuman ang routine tests passed, gi-conduct ang AC withstand voltage ug partial discharge tests sa 5031 circuit breaker sa open ug closed states. Gi-reinstall ang accessories, ug gi-submit ang application sa resuming power transmission.
AC Withstand Voltage and Partial Discharge Tests
Ang test voltage gipasabot gikan sa spare line 3E. Bago ang test, ang three-phase secondary circuits sa all current transformers (TAs) sa both sides sa 5031 circuit breaker ug 5032 circuit breaker gishort-circuited ug grounded sa main body. Same ra ang secondary circuits sa all TAs sa spare line 3E gishort-circuited ug grounded sa main body, ug ang voltage transformers sa within test range gi-remove. Gi-conduct ang AC withstand voltage ug partial discharge tests sa 5031 circuit breaker sa closed ug open states.
Para sa 500kV GIS equipment sa power station, ang highest operating voltage , ang phase voltage , ang factory test voltage , ug ang maximum on-site withstand voltage , duration .
Makita sa Figure7, ang sequence sa closing withstand voltage ug partial discharge tests mao kini: Ang GIS aged ug purified sa voltage nga sa 5 minutes, ug ang busbar aged ug purified sa voltage nga sa 3 minutes. Ang AC withstand voltage test gina-increase sa ug maintained sa 60 seconds. Ang voltage gipadako sa , ug ang partial discharge sa gas chamber sa 5031 circuit breaker gie-test sa 3 minutes. Pagkahuman ang test, ang voltage gipadako sa 0kV.
Makita sa Figure 8, ang test procedure sa open-circuit withstand voltage ug partial discharge measurement mao kini: Ang test voltage gina-uniformly increase sa ug maintained sa 60 seconds. Pagkahuman ang withstand voltage test, ang voltage gipadako sa , ug ang partial discharge sa gas chamber sa 5031 circuit breaker gie-test. Pagkahuman ang test, ang voltage gipadako sa 0kV.
Conclusion
Ang kalidad sa insulating pull-rods sa 500kV SF₆ tank-type circuit breakers maoy importante para sa seguridad sa circuit breakers ug security sa power grid. Ang mga manufacturer sa equipment dapat mag-exercise sa strict quality control. Bago ang assembly sa equipment, gi-conduct ang partial discharge tests sa insulating pull-rods, ug ang material inspections mahimo sa methods sama sa flaw detection if necessary. Pagkahuman ang circuit breakers gipatuman, regular live partial discharge detection work dapat gi-conduct gamit ang methods sama sa very high frequency ug ultrasonic testing. Sa same time, offline partial discharge live detection dapat gicombine sa circuit breaker maintenance. Para sa circuit breakers nga adunay abnormal partial discharge levels, ang analysis sa SF₆ gas decomposition products mahimo sa conduct simultaneously aron madetermine ang insulation health sa SF₆ circuit breakers sa early stage, preventing equipment failures ug ensuring sa safe ug stable operation sa power grid.
