تحلیل علت و درمان خطای تخلیه در میله عایق گاز SF₆ شکن دیواره‌ای 500kV

Felix Spark

ميدان: خرابی و نگهداری

China

به عنوان مولفه کلیدی در برش‌کننده‌ها، میله عایق‌بندی کششی یک قسمت مهم از تجهیزات GIS (Switchgear با عایق گازی) است. این میله باید دارای قابلیت‌های مکانیکی و الکتریکی بالا باشد. به طور کلی، میله‌های عایق‌بندی کششی به ندرت خراب می‌شوند، اما در صورت بروز خرابی، می‌تواند پیامدهای جدی برای برش‌کننده داشته باشد.

برش‌کننده 550kV در یکی از ایستگاه‌های توان دارای آرایش افقی تک‌برشی است، با مدل 550SR - K و مکانیزم عملکرد هیدرولیکی. ظرفیت برش آن 63kA، ولتاژ اسمی 550kV، جریان اسمی 4000A، جریان برش اسمی 63kA، ولتاژ تحمل ضربه‌ی برقی اسمی 1675kV، ولتاژ تحمل ضربه‌ی سوئیچینگ اسمی 1300kV و ولتاژ تحمل متناوب اسمی 740kV است. میله عایق‌بندی برش‌کننده از رزین اپوکسی ساخته شده و ضخامت آن 15mm، عرض آن 40mm و چگالی آن 1.1 - 1.25g/cm³ است.

فرآیند خرابی

یکی از ایستگاه‌های توان آبی آماده شروع مجدد ترانسفورماتور اصلی شماره 4 خود بود. اتصالات الکتریکی اصلی ایستگاه نشان داده شده در شکل 1 است. کامپیوتر بالادستی ابتدا برش‌کننده 5032 را باز کرد و سپس برش‌کننده 5031 را باز کرد. کامپیوتر بالادستی سیگنال‌هایی مانند "هشدار باز شدن TV" و "ناهمواری دستگاه محافظ 5031 برش‌کننده" را گزارش داد. بررسی محلی نشان داد که هر دو دستگاه محافظ و کنترل ایمنی برش‌کننده 5031 هشدار باز شدن TV داشتند. بررسی کامپیوتر بالادستی نشان داد که برای ترانسفورماتورهای ولتاژ در منطقه T برش‌کننده‌های 5032 و 5031، $Uab= 0$ ، $Uca = 306kV$ و $Ubc = 305kV$ بود. بررسی محلی نشان داد که هر دو برش‌کننده 5032 و 5031 در وضعیت باز بودند.

نیروهای نگهداری ولتاژ دومی فاز C را در جعبه ترمینال ترانسفورماتور ولتاژ بدنه در منطقه T برش‌کننده‌های 5032 و 5031 به 55V و فازهای A و B را به 0V اندازه گرفتند. ابتدا تشخیص داده شد که خرابی در فاز C برش‌کننده 5031 وجود دارد.

وضعیت بررسی محلی

بعد از بروز خرابی، ایستگاه توان فوراً نقطه خرابی را در محل جستجو کرد و تحلیل علت خرابی را انجام داد. همچنین با مرکز فرماندهی استان تماس گرفت تا برش‌کننده 5031 را به حالت نگهداری منتقل کند. بعد از رسیدن کارشناسان سازنده برش‌کننده به محل، مکانیزم عملکرد برش‌کننده 5031 را مجدداً بررسی کردند. مشخص شد که موقعیت میله عملکرد مکانیزم در وضعیت "باز" نرمال بود و هیچ ناهماهنگی در مکانیزم مشاهده نشد، مانند شکل 2. ابتدا تشخیص داده شد که خرابی توسط مشکل داخلی برش‌کننده ایجاد شده است.

با توجه به اینکه مقاومت بسته شدن برش‌کننده بسیار کوچکتر از مقاومت زمین است، اگر وضعیت داخلی واقعی برش‌کننده در حالت بسته باشد، مقاومت زمین این برش‌کننده به طور قابل توجهی کمتر از دو فاز دیگر خواهد بود. مقاومت‌های زمین فازهای سه‌گانه برش‌کننده 5031 بدون باز کردن سوئیچ‌های جداکننده زمین دو طرف برش‌کننده اندازه گرفته شد. نتایج اندازه‌گیری به شرح زیر بود: فاز A برابر 273.3 μΩ، فاز B برابر 245.8 μ&Ω; و فاز C برابر 256.0 μ&Ω;. هیچ داده ناهماهنگی در فاز C مشاهده نشد.

بعد از قرار دادن برش‌کننده 5031 در حالت نگهداری، فرآیند بازیابی گاز برای برش‌کننده فاز 5031C آغاز شد و آماده‌سازی برای باز کردن پوشش انجام شد. فلانژ بالایی برش‌کننده فاز 5031C بلند شد. بررسی نشان داد که تماس‌های متحرک و ثابت این برش‌کننده در وضعیت باز نرمال بودند، ساختار کلی برش‌کننده کامل بود و هیچ جسم خارجی یا علامت بارگذاری واضحی مشاهده نشد. با استفاده از چند تست‌کننده، مقاومت تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت برش‌کننده به 0.6 Ω (در محدوده نرمال) اندازه گرفته شد و هیچ اتصال الکتریکی بین تماس‌های متحرک و ثابت و میله عایق‌بندی کششی وجود نداشت، مانند شکل 3.

بعد از بلند کردن فلانژ بالایی و مجدد بررسی سوراخ دسترسی پایین برش‌کننده، بوی سوزنده‌ای در کمر بخار مشاهده شد. مواد پودری قهوه‌ای-سیاه در پایین کمر بخار و در محل غشا ضد انفجار پایین مشاهده شد، مانند شکل 4.

آزمایش بسته شدن کند دستی بر روی برش‌کننده فاز 5031C انجام شد. عملیات بسته شدن نرمال بود و هیچ پدیده ناهماهنگی مشاهده نشد. بعد از تکمیل بسته شدن دستی، بدنه برش‌کننده مجدداً بررسی شد. مشاهده شد که دو علامت بارگذاری روی میله عایق‌بندی کششی برش‌کننده وجود دارد. یکی از آنها به وضوح شکسته شده بود، مانند شکل 5. علامت‌های ردیابی روی سطح میله عایق‌بندی کششی وجود داشت و این علامت‌ها از طریق کل میله عایق‌بندی کششی گسترش یافته بودند.

بعد از بررسی میله عایق‌بندی کششی و عدم یافتن نقاط بارگذاری جدید، آزمایش باز شدن کند دستی بر روی برش‌کننده فاز 5031C انجام شد. عملیات باز شدن نرمال بود. بعد از تکمیل باز شدن، میله عایق‌بندی کششی مجدداً بررسی شد و همچنان هیچ نقطه بارگذاری جدیدی یافت نشد. از دوربین تخلیه برای بررسی کامل داخل برش‌کننده استفاده شد و هیچ پدیده ناهماهنگی دیگری مشاهده نشد.

تحلیل علت خرابی

بعد از خارج کردن میله عایق‌بندی کششی خراب، آن مشاهده و اندازه گرفته شد. میله 570mm طول، 40mm عرض و 15mm ضخامت داشت. دو نقطه سوزنده‌ی بارگذاری روی کل میله عایق‌بندی کششی وجود داشت که به ترتیب در فاصله 182mm و 315mm از انتهای آن قرار داشتند. یکی از آنها شکافی به طول تقریبی 53mm داشت. علامت‌های کانال ردیابی روی سطح کل میله عایق‌بندی کششی وجود داشت که سوراخ‌های داخلی در دو طرف میله را به هم متصل می‌کرد.

عایق‌بندی میله عایق‌بندی کششی خراب اندازه گرفته شد. وقتی با چند تست‌کننده اندازه گرفته شد، عایق‌بندی بین سوراخ‌های مجاور در انتهای آن نرمال بود. عایق‌بندی بین دو سوراخ داخلی در دو طرف 1.583MΩ بود. وقتی با متر عایق‌بندی اندازه گرفته شد، مقاومت 643k&Ω (در ولتاژ 1010V) بود و عایق‌بندی بین دو سوراخ خارجی در دو طرف 1.52T&Ω (در ولتاژ 5259V) بود. برای یک میله عایق‌بندی کششی نرمال، عایق‌بندی بین دو سوراخ داخلی در دو طرف در ولتاژ 5259V بیش از 5.26T&Ω بود.

بر اساس نتایج بررسی فوق، می‌توان تعیین کرد که عایق‌بندی میله عایق‌بندی کششی برش‌کننده فاز 5031C خراب شده و در شرایط ولتاژ نسبتاً کم رسانایی نشان داده است.

وقتی میله عایق‌بندی کششی برش‌کننده فاز 5031C برای بررسی برش شد، مشاهده شد که به جز انتهای میله که سوراخ‌های هوایی قابل مشاهده نبود، سوراخ‌های هوایی طولانی در طول کانال ردیابی داخل میله وجود داشت، مانند شکل 6.

خرابی کلی؛ دوم، تناسب مواد یا زمان سخت شدن میله عایق‌بندی کششی مطابق با الزامات مربوطه نبوده است که منجر به نامتجانسی قدرت عایق‌بندی بخش‌های مختلف میله عایق‌بندی کششی شده است. در میدان الکتریکی قوی، مناطق با عایق‌بندی کمتر ابتدا خراب شده و سپس سایر مناطق با عایق‌بندی کمتر پیرو آنها شده و در نهایت منجر به خرابی کلی میله عایق‌بندی کششی شده است.

اقدامات مدیریتی
اقدامات عمومی

بعد از تعیین علت خرابی برش‌کننده فاز 5031C، ایستگاه توان جایگزینی میله عایق‌بندی کششی برش‌کننده فاز C را ترتیب داد. بعد از تکمیل جایگزینی، کمر بخار خلاء شد، با گاز پر شد تا فشار اسمی 0.45MPa و 24 ساعت استراحت کرد. سپس آزمایش‌های معمولی انجام شد، شامل اندازه‌گیری میزان رطوبت در کمر بخار، بررسی مقاومت بسته شدن، آزمایش‌های مشخصات و آزمایش لیک گاز. بعد از عبور از آزمایش‌های معمولی، آزمایش‌های تحمل ولتاژ متناوب و بارگذاری جزئی برای برش‌کننده 5031 در حالت‌های باز و بسته انجام شد. لوازم جانبی دوباره نصب شدند و درخواست بازگشت ترانسفر توان ارائه شد.

آزمایش‌های تحمل ولتاژ متناوب و بارگذاری جزئی

ولتاژ آزمایشی از خط پشتیبان 3E اعمال شد. قبل از آزمایش، مدارهای ثانویه سه‌گانه تمام ترانسفورماتورهای جریان (TAs) در دو طرف برش‌کننده‌های 5031 و 5032 و در بدنه کوتاه شدند و زمین شدند. همچنین، مدارهای ثانویه تمام TAs در خط پشتیبان 3E در بدنه کوتاه شدند و زمین شدند و ترانسفورماتورهای ولتاژ در محدوده آزمایش خارج شدند. آزمایش‌های تحمل ولتاژ متناوب و بارگذاری جزئی به ترتیب وقتی که برش‌کننده 5031 در حالت‌های بسته و باز بود انجام شد.

برای تجهیزات GIS 500kV در ایستگاه توان، ولتاژ عملیاتی بالاترین $U_{m} = 550 kV$ ، ولتاژ فاز $U_{m} / 3 = 317 kV$ ، ولتاژ آزمایش کارخانه $U_{c} = 740 kV$ و ولتاژ تحمل بالاترین محلی $U_{f} = U_{c} × 80% = 592 kV$ ، با مدت زمان $t = 60 s$ .
مانند شکل 7، ترتیب آزمایش‌های تحمل ولتاژ متناوب و بارگذاری جزئی در حالت بسته به شرح زیر است: GIS در ولتاژ $U_{m} / 3 = 317 kV$ برای 5 دقیقه سنگین شد و خلوص یافت و بارهای اصلی در ولتاژ $U_{1} = 519 kV$ برای 3 دقیقه سنگین شد و خلوص یافت. آزمایش تحمل ولتاژ متناوب سپس به $U_{f} = 592 kV$ افزایش یافت و برای 60 ثانیه حفظ شد. ولتاژ سپس به سرعت به $U_{r} = 381 kV$ کاهش یافت و بارگذاری جزئی کمر بخار برش‌کننده 5031 برای 3 دقیقه آزمایش شد. بعد از آزمایش، ولتاژ به سرعت به 0kV کاهش یافت.

مانند شکل 8، ترتیب آزمایش تحمل ولتاژ متناوب و اندازه‌گیری بارگذاری جزئی در حالت باز به شرح زیر است: ولتاژ آزمایشی به طور یکنواخت به $U_{f} = 592 kV$ افزایش یافت و برای 60 ثانیه حفظ شد. بعد از تکمیل آزمایش تحمل ولتاژ، ولتاژ به سرعت به