Ανάλυση και επεξεργασία του προβλήματος της διάβρωσης του αντικαταναλωτικού στέλεχους μεταξύ του 500kV SF₆ tank circuit breaker

Ως κλειδί στοιχείο των διακόπτριων, η απομονωτική ράβδος είναι ένα σημαντικό απομονωτικό και μεταφορικό μέρος της εξοπλισμού GIS (Gas-Insulated Switchgear). Απαιτείται να έχει υψηλή αξιοπιστία όσον αφορά τις μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες. Γενικά, οι απομονωτικές ράβδοι σπάνια παρουσιάζουν παραλλαγές, αλλά αν συμβεί κάποια παραλλαγή, μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες για τη διακόπτρια.

Η 550kV διακόπτρια σε μια συγκεκριμένη ηλεκτροπαραγωγή έχει μονοκλίνωμα οριζόντια διάταξη, με μοντέλο 550SR - K και υδραυλικό μηχανισμό λειτουργίας. Έχει δυνατότητα διακοπής 63kA, ορθική τάση 550kV, ορθικό ρεύμα 4000A, ορθικό ρεύμα διακοπής 63kA, ορθική τάση αντοχής σε αστραποενεργείες 1675kV, ορθική τάση αντοχής σε ενεργείες κατακόρυφης σύνδεσης 1300kV και ορθική τάση αντοχής σε ενεργείες συχνότητας 740kV. Η απομονωτική ράβδος της διακόπτριας είναι κατασκευασμένη από εποξυδιμέθυλη σίντερ, με πάχος 15mm, πλάτος 40mm και πυκνότητα 1.1 - 1.25g/cm³.

Διαδικασία Σφάλματος

Μια συγκεκριμένη υδροηλεκτροπαραγωγή προετοίμαζε την επαναφορά της ροής ρεύματος για τον κύριο μετατροπέα 4. Το κύριο ηλεκτρικό σύνδεσμα της ηλεκτροπαραγωγής είναι εμφανισμένο στο Σχήμα 1. Ο υπεράνωτος υπολογιστής άνοιξε πρώτα τη διακόπτρια 5032 και στη συνέχεια τη διακόπτρια 5031. Ο υπεράνωτος υπολογιστής ανέφερε σήματα όπως "Συναγερμός Ανοικτού TV" και "Ανωμαλία Συσκευής Προστασίας Διακόπτριας 5031". Η επιθεώρηση στο χώρο αποκάλυψε ότι και η συσκευή προστασίας και η συσκευή ασφαλείας της διακόπτριας 5031 είχαν συναγερμό ανοικτού TV. Η επιθεώρηση του υπεράνωτου υπολογιστή ανακάλυψε ότι για τους θερμοκρηνούς τάσης στην περιοχή T των διακόπτριων 5032 και 5031, Uab= 0, Uca = 306kV και Ubc = 305kV. Η πραγματική επιθεώρηση αποκάλυψε ότι και οι διακόπτριες 5032 και 5031 ήταν στη θέση ανοιχτής.

Το προσωπικό συντήρησης μέτρησε την τάση της δευτερεύουσας περιτροπής της φάσης C 55V και των φάσεων A και B 0V στο κουτί συνδέσεων του θερμοκρηνού τάσης στην περιοχή T των διακόπτριων 5032 και 5031. Επιβεβαιώθηκε ότι υπήρχε σφάλμα στη φάση C της διακόπτριας 5031.

Επιθεώρηση στο χώρο

Μετά την εμφάνιση του σφάλματος, η ηλεκτροπαραγωγή αναζήτησε άμεσα το σημείο σφάλματος στο χώρο και έκανε ανάλυση του λόγου του σφάλματος. Επίσης, επικοινώνησε με τον προβληματικό κέντρο της επαρχίας για τη μεταφορά της διακόπτριας 5031 σε κατάσταση συντήρησης. Μετά την άφιξη του προσωπικού του κατασκευαστή της διακόπτριας στο χώρο, επιθεωρήθηκε ξανά ο μηχανισμός λειτουργίας της διακόπτριας 5031. Ανακαλύφθηκε ότι η θέση της λειτουργικής ράβδου του μηχανισμού ήταν στην κανονική θέση "ανοιχτή" και δεν ανακαλύφθηκε καμία ανωμαλία στον μηχανισμό, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Προσωρινά αποδόθηκε ότι το σφάλμα προκλήθηκε από εσωτερικό πρόβλημα της διακόπτριας.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αντίσταση κλεισίματος της διακόπτριας είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση συνδέσεως, αν η πραγματική εσωτερική κατάσταση της διακόπτριας είναι στη θέση κλεισίματος, η αντίσταση συνδέσεως αυτής της διακόπτριας θα είναι σημαντικά μικρότερη από τις δύο άλλες φάσεις. Μετρήθηκαν οι αντίστασεις συνδέσεως της τριφασικής διακόπτριας 5031 χωρίς να ανοίξει τα απομονωτικά στοιχεία συνδέσεως στα δύο πλευρά της διακόπτριας. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων ήταν τα εξής: Φάση A 273.3 μ&Ω;, Φάση B 245.8 μ&Ω; και Φάση C 256.0 μ&Ω;. Δεν ανακαλύφθηκαν ανωμαλίες στη Φάση C.

Μετά τη μεταφορά της διακόπτριας 5031 σε κατάσταση συντήρησης, ξεκίνησε ο διαδικαστικός απορρόφησης αερίου για τη φάση 5031C της διακόπτριας και έγινε προετοιμασία για την άνοιγη της κάλυψης. Ο πάνω φλάνγκος της φάσης 5031C της διακόπτριας ανακατεύθυνε. Η επιθεώρηση απέδειξε ότι οι κινητές και στατικές επαφές της διακόπτριας ήταν στην κανονική θέση ανοιχτή, η συνολική δομή της διακόπτριας ήταν ακέραιη και δεν βρέθηκαν ξένα αντικείμενα ή οικείες διαταραχές. Με τη χρήση ενός πολυμετρήματος, μετρήθηκε η αντίσταση επαφής μεταξύ των κινητών και στατικών επαφών της διακόπτριας σε 0.6 &Ω; (εντός των κανονικών ορίων) και δεν υπήρχε ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ των κινητών και στατικών επαφών και της απομονωτικής ράβδου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.

Μετά την ανακατεύθυνση του πάνω φλάνγκου και του κάτω εισόδου της διακόπτριας για επιθεώρηση, ανακαλύφθηκε ξεκάθαρη οσμή καύσης στην κατασκευή. Υπήρχαν καφέ-μαύρες πούντικες ουσίες στο κάτω μέρος της κατασκευής και στη θέση του κάτω εκρηκτικού μεμβράνη, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.

Εκτελέστηκε δοκιμή μεταφοράς κλεισίματος με χειροκίνητη λειτουργία στη διακόπτρια 5031C-φάση. Η λειτουργία κλεισίματος ήταν κανονική και δεν παρατηρήθηκαν οικείες διαταραχές. Μετά την ολοκλήρωση της χειροκίνητης μεταφοράς κλεισίματος, επιθεωρήθηκε ξανά το εξωτερικό του σώματος της διακόπτριας. Ανακαλύφθηκαν δύο σημεία διακοπής στην απομονωτική ράβδο της διακόπτριας. Ένα από αυτά ήταν ξεκάθαρα σπασμένο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5. Υπήρχαν σημάδια παρακολούθησης στην επιφάνεια της απομονωτικής ράβδου, και αυτά τα σημάδια εκτείνονταν σε όλη την απομονωτική ράβδο.

Μετά την επιθεώρηση της απομονωτικής ράβδου και την απουσία νέων σημείων διακοπής, εκτελέστηκε δοκιμή μεταφοράς ανοίγματος με χειροκίνητη λειτουργία στη διακόπτρια 5031C-φάση. Η λειτουργία ανοίγματος ήταν κανονική. Μετά την ολοκλήρωση του ανοίγματος, επιθεωρήθηκε ξανά η απομονωτική ράβδος, και δεν ανακαλύφθηκαν νέα σημεία διακοπής. Χρησιμοποιήθηκε ένα ενδοσκοπικό σύστημα για μια εξαντλητική επιθεώρηση της εσωτερικής δομής της διακόπτριας, χωρίς να ανακαλυφθούν άλλες οικείες διαταραχές.

Ανάλυση Αιτίας Σφάλματος

Μετά την αφαίρεση της εσκεμμένης απομονωτικής ράβδου, έγινε παρατήρηση και μέτρηση. Η ράβδος ήταν 570mm μήκους, 40mm πλάτους και 15mm πάχους. Υπήρχαν δύο ξεκάθαρα σημεία διακοπής-καύσης σε όλη την απομονωτική ράβδο, στα 182mm και 315mm από τα άκρα. Ένα από αυτά είχε ένα σπάσιμο περίπου 53mm. Υπήρχαν οικείες ίχνη καναλιού παρακολούθησης στην επιφάνεια όλης της απομονωτικής ράβδου, που ενώνονταν τα κενά στα δύο άκρα της ράβδου.

Μετρήθηκε η απομόνωση της εσκεμμένης απομονωτικής ράβδου. Με τη χρήση ενός πολυμετρήματος, η απομόνωση μεταξύ των γειτονικών κενών στα άκρα ήταν κανονική. Η απομόνωση μεταξύ των δύο εσωτερικών κενών στα δύο άκρα ήταν 1.583M&Ω;. Με τη χρήση ενός μετρητή απομόνωσης, η τιμή της αντίστασης ήταν 643k&Ω; (σε τάση 1010V), και η απομόνωση μεταξύ των δύο εξωτερικών κενών στα δύο άκρα ήταν 1.52T&Ω; (σε τάση 5259V). Για μια κανονική απομονωτική ράβδο, η απομόνωση μεταξύ των δύο εσωτερικών κενών στα δύο άκρα, μετρημένη σε τάση 5259V, ήταν μεγαλύτερη από 5.26T&Ω;.

Βάσει των παραπάνω αποτελεσμάτων επιθεώρησης, μπορεί να αποδοθεί ότι η απομόνωση της απομονωτικής ράβδου της διακόπτριας 5031C-φάσης είχε περικοπεί και έδειξε συνεκτικότητα υπό συνθήκες αρκετά χαμηλής τάσης.

Όταν η απομονωτική ράβδος της διακόπτριας 5031C-φάσης έκοψε για επιθεώρηση, ανακαλύφθηκε ότι, εκτός από τα άκρα της ράβδου όπου δεν ήταν ορατά κενά, υπήρχαν μακρά κενά κατά μήκος του καναλιού παρακολούθησης μέσα στη ράβδο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.

Συνολική περικοπή; δεύτερον, η αναλογία υλικών ή η χρονική διάρκεια πυρώσεως της απομονωτικής ράβδου δεν ικανοποίησε τις σχετικές απαιτήσεις, οδηγώντας σε άνιση απομονωτική δύναμη σε διαφορετικές περιοχές της απομονωτικής ράβδου. Κάτω από ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, οι περιοχές με χαμηλότερη απομόνωση περικόπησαν πρώτες, και στη συνέχεια άλλες περιοχές με χαμηλή απομόνωση, οδηγώντας τελικά στη συνολική περικοπή της απομονωτικής ράβδου.

Μέτρα Χειρισμού
Γενικά Μέτρα

Μετά την αποδοχή του λόγου του σφάλματος της διακόπτριας 5031C-φάσης, η ηλεκτροπαραγωγή διέθεσε την αντικατάσταση της απομονωτικής ράβδου της διακόπτριας C-φάσης. Μετά την ολοκλήρωση της αντικατάστασης, η κατασκευή εξατμίστηκε, επενδύθηκε με αέριο σε ορθική πίεση 0.45MPa και άφησε να σταθεί για 24 ώρες. Στη συνέχεια, έγιναν συνήθεις δοκιμές, συμπεριλαμβανομένου του μέτρημα της περιεχόμενης υγρασίας στην κατασκευή, του έλεγχου της αντίστασης κλεισίματος, των χαρακτηριστικών δοκιμών και του έλεγχου διαρροής αερίου. Μετά την ολοκλήρωση των συνηθισμένων δοκιμών, έγιναν δοκιμές αντοχής εναλλασσόμενης τάσης κ