500kV SF₆ tank circuit breaker isolationsstang udladningsfejl årsagsanalyse og behandling
Som en vigtig del af kredsløbsbrydere er isolerende trækstang et vigtigt isolerende og overførselsdel i Gas-Isoleret Beskærmingsudstyr (GIS). Den skal have høj pålidelighed med hensyn til både mekaniske og elektriske egenskaber. Generelt fejler isolerende trækstanger sjældent, men når det sker, kan konsekvenserne for kredsløbsbryderen være alvorlige.
En 550kV kredsløbsbryder i en bestemt kraftværk har en enkelbrydning horisontal opstilling, med modellen 550SR-K og en hydraulisk driftsmekanisme. Den har en brydekapacitet på 63kA, en spændingsklasse på 550kV, en nominel strøm på 4000A, en nominel brydestrøm på 63kA, en nominel lynimpulsbelastning på 1675kV, en nominel skiftimpulsbelastning på 1300kV og en nominel netfrekvensbelastning på 740kV. Isoleringsstangen i kredsløbsbryderen er lavet af epoksidharts, med en tykkelse på 15mm, en bredde på 40mm og en tæthed på 1.1-1.25g/cm³.
Fejlproces
En bestemt vandkraftværk var i færd med at genoptage strømforsyningen til dens 4. hovedtransformator. Hovedelektriske forbindelser i kraftværket er vist i figur 1. Overliggende computer åbnede først kredsløbsbryder 5032 og derefter kredsløbsbryder 5031. Overliggende computer rapporterede signaler som "TV Åben Kredsløbsalarm" og "5031 Kredsløbsbryder Beskyttelsesenhed Uregelmæssighed". På stedet blev det konstateret, at både beskyttelsesenheten og sikkerhedsstyrenheden for kredsløbsbryder 5031 havde TV åben kredsløbsalarm. Overliggende computers kontrollering viste, at for spændingstransformatorerne i T-zonen for kredsløbsbryderne 5032 og 5031, Uab= 0, Uca = 306kV og Ubc = 305kV. Det faktiske påstedlige undersøgelse viste, at både kredsløbsbryder 5032 og 5031 var i åben position.
Vedligeholdelsespersonale målte sekundære vindings spænding for fase C som 55V og for faser A og B som 0V ved terminalboksen for spændingstransformator krop i T-zonen for kredsløbsbryderne 5032 og 5031. Det blev først vurderet, at der var en fejl i fase C for kredsløbsbryder 5031.
Påstedlig Undersøgelsessituation
Efter fejlen foretog kraftværket umiddelbart en søgning efter fejlpunktet på stedet og gennemførte en analyse af fejlårsagen. Det kontaktede også den provinsiale dispatchcenter for at overføre kredsløbsbryder 5031 til vedligeholdelsesstatus. Efter at personale fra kredsløbsbryderproducenten ankom til stedet, blev driftsmechanismen for kredsløbsbryder 5031 igen inspiceres. Det blev fundet, at positionen for mekanismens driftsstang var i normal "åben" tilstand, og ingen ualmindeligheder i mekanismen blev registreret, som vist i figur 2. Det blev forløbig konkluderet, at fejlen var forårsaget af et intern problem i kredsløbsbryderen.
Med hensyn til, at slukningsmodstanden for kredsløbsbryderen er langt mindre end jordmodstanden, hvis den faktiske interne tilstand for kredsløbsbryderen er i lukket position, vil jordmodstanden for denne kredsløbsbryder være betydeligt lavere end for de andre to faser. Jordmodstanden for tre-fase kredsløbsbryder 5031 blev målt uden at åbne jordisoleringsskifterne på hver side af kredsløbsbryderen. Målingerne resultaterede i følgende: Fase A var 273.3 μΩ, Fase B var 245.8 μΩ og Fase C var 256.0 μ&Ω. Ingen ualmindelige data blev registreret for Fase C.
Efter at kredsløbsbryder 5031 blev sat i vedligeholdelsesstatus, blev gasgenopbevaringsprocessen for 5031C fase kredsløbsbryder indledt, og forberedelser blev truffet for at åbne låget til kontrol. Øverste flange for 5031C fase kredsløbsbryder blev løftet væk. Kontrollen viste, at de bevægelige og statiske kontakter for denne kredsløbsbryder var i normal åben position, den samlede struktur for kredsløbsbryderen var intakt, og ingen fremmedlegemer eller tydelige udslipsmærker blev fundet. Ved hjælp af en multimeter blev kontaktmodstanden mellem de bevægelige og statiske kontakter for kredsløbsbryderen målt til 0.6 &Ω (inden for normalområdet), og der var ingen elektrisk forbindelse mellem de bevægelige og statiske kontakter og isolerende trækstangen, som vist i figur 3.
Efter at øverste flange og nedre adgangshul for kredsløbsbryderen igen blev løftet væk for kontrol, blev en tydelig brændt lugt registreret i gasrummet. Der var brun-sorte pulveragtige stoffer nederst i gasrummet og ved placeringen for nederste eksplosionsbeskyttelsesmembran, som vist i figur 4.
Der blev foretaget en manuel langsom-lukning test på 5031C-fase kredsløbsbryder. Lukningsoperationen var normal, og ingen ualmindelige fænomener blev observeret. Efter den manuelle langsom-lukning var fuldført, blev ydersiden af kredsløbsbryderens krop igen inspiceres. Det blev fundet, at der var to udslipsmærker på isolerende trækstangen for kredsløbsbryderen. Et af dem var tydeligt sprucket, som vist i figur 5. Der var også spor på overfladen af isolerende trækstangen, og disse spor strakte sig over hele isolerende trækstangen.
Efter kontrol af isolerende trækstang og ikke fundet nye udslipspunkter, blev der foretaget en manuel langsom-åbning test på 5031C-fase kredsløbsbryder. Åbningsoperationen var normal. Efter åbningen var fuldført, blev isolerende trækstang igen inspiceres, og stadig ikke fundet nye udslipspunkter. En borescope blev brugt til grundig kontrol af indersiden af kredsløbsbryderen, og ingen andre ualmindelige fænomener blev registreret.
Fejlårsag Analyse
Efter fjernelse af den defekte isolerende trækstang, blev den observeret og målt. Trækstangen var 570mm lang, 40mm bred og 15mm tyk. Der var to tydelige udslip-brændte punkter på hele isolerende trækstangen, placeret 182mm og 315mm fra enderne henholdsvis. Et af dem havde en sprække på ca. 53mm. Der var tydelige spor af en sporingskanal på overfladen af hele isolerende trækstangen, der forbandede indre huller på begge ender af trækstangen.
Isolationen af den defekte isolerende trækstang blev målt. Når målt med en multimeter, var isolationen mellem nabohuller på enderne normal. Isolationen mellem de to indre huller på begge ender var 1.583M&Ω. Når målt med en isolationsmåler, var resistensværdien 643k&Ω (ved en spænding på 1010V), og isolationen mellem de to ydre huller på begge ender var 1.52T&Ω (ved en spænding på 5259V). For en normal isolerende trækstang, var isolationen mellem de to indre huller på begge ender målt ved en spænding på 5259V større end 5.26T&Ω.
Baseret på ovenstående kontrolresultater, kan det fastslås, at isolationen af isolerende trækstang for 5031C-fase kredsløbsbryder var gennembrudt, og den viste ledning under relativt lave spændingsforhold.
Når isolerende trækstang for 5031C-fase kredsløbsbryder blev skåret op til kontrol, blev det fundet, at undtagen for enderne af trækstangen, hvor ingen luft huller var synlige, var der lange luft huller langs sporingskanalen inde i trækstangen, som vist i figur 6.
Overordnet gennembrud; anden, materialforholdet eller hardneringsperioden for isolerende trækstang opfyldte ikke de relevante krav, hvilket resulterede i ulige isolationsterktheder for forskellige dele af isolerende trækstang. Under en stærk elektrisk felt, blev områderne med lavere isolation først gennembrudt, og derefter fulgte andre lav-isolationsområder, hvilket sidst ledte til overordnet gennembrud af isolerende trækstang.
Behandlingsforanstaltninger
Generel Behandling
Efter at have fastslået fejlårsagen for 5031C-fase kredsløbsbryder, arrangerede kraftværket for udskiftning af isolerende trækstang for C-fase kredsløbsbryder. Efter udskiftningen var fuldført, blev gasrummet evakuert, fyldt med gas til en nominel tryk på 0.45MPa, og ladet stå i 24 timer. Derefter blev rutinetests gennemført, herunder måling af fugtindholdet i gasrummet, kontrol af lukningsmodstand, gennemførelse af karakteristiske tests og udførelse af gaslektagedetection. Efter rutinetestene var godkendt, blev AC standfasthedsspænding og partielle udslipstests gennemført for 5031 kredsløbsbryder både i åben og lukket tilstand. Tilbehørene blev monteret igen, og en ansøgning om genoptagelse af strømforsyningen blev indsendt.
AC Standfasthedsspænding og Partielle Udslipstests
Testspændingen blev anvendt fra reserveledning 3E. Før testen, blev alle tre-fase sekundære kredsløb for strømtransformatorer (TAs) på begge sider af 5031 kredsløbsbryder og 5032 kredsløbsbryder kortsluttet og jordet ved kroppen. Også blev alle TAs på reserveledning 3E kortsluttet og jordet ved kroppen, og spændingstransformatorer inden for testområdet blev fjernet. AC standfasthedsspænding og partielle udslipstests blev henholdsvis gennemført, når 5031 kredsløbsbryder var i lukket og åben tilstand.
For 500kV GIS udstyr i kraftværket, er den højeste driftsspænding , fasenspændingen , fabriktestspændingen , og den maksimale påstedlige standfasthedsspænding , med en varighed på .
Som vist i figur 7, er rækkefølgen for lukningsstandfasthedsspænding og partielle udslipstester følgende: GIS blev aldringsbehandlet og renset ved en spænding på i 5 minutter, og busbar blev aldringsbehandlet og renset ved en spænding på i 3 minutter. AC standfasthedsspændingstesten blev derefter øget til og holdt i 60 sekunder. Spændingen blev derefter hurtigt reduceret til , og partielle udslip for gasrummet for 5031 kredsløbsbryder blev testet i 3 minutter. Efter testen blev spændingen hurtigt reduceret til 0kV.
Som vist i figur 8, er testproceduren for åbne standfasthedsspænding og partielle udslipsmålinger følgende: Testspændingen blev uniformt øget til og holdt i 60 sekunder. Efter standfasthedstesten var fuldført, blev spændingen hurtigt reduceret til , og partielle udslip for gasrummet for 5031 kredsløbsbryder blev testet. Efter testen blev spændingen hurtigt reduceret til 0kV.
Konklusion
Kvaliteten af isolerende trækstanger for 500kV SF₆ tank-type kredsløbsbrydere er af stor betydning for sikkerheden af kredsløbsbryderne og sikkerheden af strømningsnettet. Udstyrproducenter bør udføre streng kvalitetskontrol. Inden udstyrsmontering, bør partielle udslipstests udføres på isolerende trækstanger, og materialeundersøgelser kan udføres ved hjælp af metoder som fejlfindelse, hvis nødvendigt. Efter at kredsløbsbryderne er taget i drift, bør regelmæssige live partielle udslipsdetectioner udføres ved hjælp af metoder som meget høj frekvens og ultralyd. Samtidig bør offline partielle udslip live detection kombineres med kredsløbsbryder vedligeholdelse. For kredsløbsbrydere med abnorme partielle udslipsniveauer, kan analyse af SF₆ gas nedbrydningsprodukter udføres samtidig for at diagnosticere isolationshelsen af SF₆ kredsløbsbrydere i en tidlig fase, for at forhindre udstyrfejl og sikre sikkert og stabilt drift af strømningsnettet.
