تجزیه و تحلیل علت خطا و درمان آن در پرتوسازی دسته عایق گیرکننده دایره‌ای ظرف SF₆ 500kV

به عنوان جزء کلیدی شیرکننده‌ها، میله عایقی یک قطعه مهم عایقی و انتقال در تجهیزات GIS (سیستم‌های تجهیزات عایق گازی) است. این مورد باید دارای قابلیت اطمینان بالا از نظر خصوصیات مکانیکی و الکتریکی باشد. به طور کلی، میله‌های عایقی به ندرت خراب می‌شوند، اما در صورت بروز خرابی، می‌تواند پیامدهای جدی برای شیرکننده داشته باشد.

شیرکننده 550kV در یکی از نیروگاه‌ها دارای آرایش افقی تک‌شکافی است، با مدل 550SR-K و مکانیسم عملیاتی هیدرولیکی. این شیرکننده دارای ظرفیت قطع 63kA، ولتاژ اسمی 550kV، جریان اسمی 4000A، جریان قطع اسمی 63kA، ولتاژ تحمل ضربه برق زنده اسمی 1675kV، ولتاژ تحمل ضربه سوئیچ اسمی 1300kV و ولتاژ تحمل متناوب اسمی 740kV است. میله عایقی شیرکننده 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 نیروگاه‌های آبی آماده ارسال مجدد برق به ترانسفورماتور اصلی شماره 4 خود بود. مدار برق اصلی نیروگاه در شکل 1 نشان داده شده است. کامپیوتر بالاسری ابتدا شیرکننده 5032 را باز کرد و سپس شیرکننده 5031 را باز کرد. کامپیوتر بالاسری سیگنال‌هایی مانند "هشدار قطع TV" و "ناهمواری دستگاه حفاظتی شیرکننده 5031" گزارش داد. بررسی محلی نشان داد که هم دستگاه حفاظتی و هم دستگاه کنترل ایمنی شیرکننده 5031 دارای هشدار قطع TV بودند. بررسی کامپیوتر بالاسری نشان داد که برای ترانسفورماتورهای ولتاژ در منطقه T شیرکننده‌های 5032 و 5031، Uab= 0، Uca = 306kV و Ubc = 305kV بود. بررسی محلی نشان داد که هر دو شیرکننده 5032 و 5031 در وضعیت باز بودند.

کارکنان نگهداری ولتاژ دومی فاز C را به 55V و فاز A و B را به 0V در جعبه پایانی بدنه ترانسفورماتور ولتاژ در منطقه T شیرکننده‌های 5032 و 5031 اندازه گرفتند. ابتدا تشخیص داده شد که خرابی در فاز C شیرکننده 5031 وجود دارد.

وضعیت بررسی محلی

پس از بروز خرابی، نیروگاه به طور فوری به دنبال نقطه خرابی در محل شد و تحلیل علت خرابی انجام داد. همچنین با مرکز تنظیم استان تماس گرفت تا شیرکننده 5031 را به وضعیت نگهداری منتقل کند. پس از رسیدن کارکنان سازنده شیرکننده به محل، مجدداً مکانیسم عملیاتی شیرکننده 5031 را بررسی کردند. مشخص شد که موقعیت میله عملیاتی مکانیسم در وضعیت "باز" عادی بود و هیچ ناهماهنگی در مکانیسم مشاهده نشد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. ابتدا تشخیص داده شد که خرابی به دلیل مشکل داخلی شیرکننده بود.

با توجه به اینکه مقاومت بسته شدن شیرکننده بسیار کمتر از مقاومت زمینی است، اگر وضعیت داخلی واقعی شیرکننده در حالت بسته باشد، مقاومت زمینی این شیرکننده به طور قابل توجهی کمتر از دو فاز دیگر خواهد بود. مقاومت‌های زمینی سه‌فاز شیرکننده 5031 بدون باز کردن سوئیچ‌های جداکننده زمینی دو طرف شیرکننده 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;. داده‌های غیرعادی برای فاز C مشاهده نشد.

پس از قرار دادن شیرکننده 5031 در وضعیت نگهداری، فرآیند بازیابی گاز برای شیرکننده فاز C شماره 5031 آغاز شد و آماده‌سازی برای باز کردن پوشش انجام شد. فلانژ بالایی شیرکننده فاز C شماره 5031 بلند شد. بررسی نشان داد که تماس‌های متحرک و ثابت این شیرکننده در وضعیت باز عادی بودند، ساختار کلی شیرکننده کامل بود و هیچ جسم خارجی یا نشانه آشکار تخلیه مشاهده نشد. با استفاده از ولتمتر، مقاومت تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت شیرکننده به 0.6 &Ω; (در محدوده عادی) اندازه گرفته شد و هیچ اتصال الکتریکی بین تماس‌های متحرک و ثابت و میله عایقی وجود نداشت، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

پس از بلند کردن فلانژ بالایی و مجدد باز کردن سوراخ دسترسی پایین شیرکننده برای بررسی، بوی مشخص سوزنده‌ای در کمره گازی شناسایی شد. مواد پودری قهوه‌ای-سیاه در پایین کمره گازی و در محل غشا ضد انفجار پایین مشاهده شد، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

آزمایش بستن دستی کند شیرکننده فاز C شماره 5031 انجام شد. عملیات بستن عادی بود و هیچ پدیده ناهماهنگ مشاهده نشد. پس از تکمیل بستن دستی، بار دیگر بدن خارجی شیرکننده بررسی شد. مشخص شد که دو نشانه تخلیه روی میله عایقی شیرکننده وجود دارد. یکی از آنها به طور واضح شکسته شده بود، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. همچنین نشانه‌های ردیابی روی سطح میله عایقی وجود داشت و این نشانه‌ها از طریق کل میله عایقی گسترش یافته بود.

پس از بررسی میله عایقی و عدم یافتن نقاط تخلیه جدید، آزمایش باز کردن دستی کند شیرکننده فاز C شماره 5031 انجام شد. عملیات باز کردن عادی بود. پس از تکمیل باز کردن، میله عایقی مجدداً بررسی شد و همچنان هیچ نقطه تخلیه جدیدی یافت نشد. از دوربین بوروبرای بررسی کامل داخل شیرکننده استفاده شد و هیچ پدیده ناهماهنگ دیگری مشاهده نشد.

تحلیل علت خرابی

پس از خارج کردن میله عایقی خراب، آن را مشاهده و اندازه گرفت. میله 570mm طول، 40mm عرض و 15mm ضخامت داشت. دو نقطه سوزنده‌ی واضح بر روی کل میله عایقی وجود داشت که به ترتیب در فاصله 182mm و 315mm از انتهای آن قرار داشتند. یکی از آنها دارای شکستی حدود 53mm بود. نشانه‌های واضح کانال ردیابی روی سطح کل میله عایقی وجود داشت که سوراخ‌های داخلی دو طرف میله را به هم متصل می‌کرد.

عایقی میله عایقی خراب اندازه گرفته شد. وقتی با ولتمتر اندازه گرفته شد، عایقی بین سوراخ‌های مجاور در انتهای آن عادی بود. عایقی بین دو سوراخ داخلی در دو طرف 1.583M&Ω; بود. وقتی با متر عایقی اندازه گرفته شد، مقادیر مقاومت 643k&Ω; (در ولتاژ 1010V) و عایقی بین دو سوراخ خارجی در دو طرف 1.52T&Ω; (در ولتاژ 5259V) بود. برای یک میله عایقی عادی، عایقی بین دو سوراخ داخلی در دو طرف در ولتاژ 5259V بزرگتر از 5.26T&Ω; است.

بر اساس نتایج بررسی فوق، می‌توان نتیجه گرفت که عایقی میله عایقی شیرکننده فاز C شماره 5031 خراب شده و در شرایط ولتاژ نسبتا کم رسانا شده است.

وقتی میله عایقی شیرکننده فاز C شماره 5031 برای بررسی برش خورد، مشخص شد که به جز انتهای میله که هیچ سوراخ هوا در آن مشاهده نشد، سوراخ‌های هوا بلند در طول کانال ردیابی داخل میله وجود داشت، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است.

خرابی کلی؛ دوم، تناسب مواد یا زمان سخت شدن میله عایقی مطابق با الزامات مرتبط نبوده است، که منجر به ناهمگونی قدرت عایقی بخش‌های مختلف میله عایقی شده است. در میدان الکتریکی قوی، بخش‌هایی با عایقی کمتر ابتدا خراب شده و سپس بخش‌های دیگر با عایقی کمتر پیرو آن‌ها شده‌اند که در نهایت منجر به خرابی کلی میله عایقی شده است.

روش‌های رسیدگی
رسیدگی عمومی

پس از تعیین علت خرابی شیرکننده فاز C شماره 5031، نیروگاه برنامه‌ریزی کرد تا میله عایقی شیرکننده فاز C را جایگزین کند. پس از تکمیل جایگزینی، کمره گازی خلاء شد، با گاز پر شد تا فشار اسمی 0.45MPa برسد و 24 ساعت در حال استراحت قرار گرفت. سپس آزمایش‌های معمولی انجام شد، از جمله اندازه‌گیری مقدار رطوبت در کمره گازی، بررسی مقاومت بسته شدن، انجام آزمون‌های مشخصه و آزمون‌های یافتن لکه. پس از موفقیت در آزمون‌های معمولی، آزمون‌های تحمل ولتاژ متناوب و تخلیه جزئی برای شیرکننده 5031 در حالت‌های باز و بسته انجام شد. لوازم جانبی دوباره نصب شد و درخواست برای ارسال مجدد برق ارائه شد.

آزمون‌های تحمل ولتاژ متناوب و تخلیه جزئی

ولتاژ آزمون از خط اضافی 3E اعمال شد. قبل از آزمون، مدارهای ثانویه تمامی ترانسفورماتورهای جریان (TAs) در دو طرف شیرکننده‌های 5031 و 5032 و در بدنه اصلی کوتاه شدند و زمین شدند. همچنین مدارهای ثانویه تمامی TAs در خط اضافی 3E در بدنه اصلی کوتاه شدند و زمین شدند و ترانسفورماتورهای ولتاژ در محدوده آزمون خارج شدند. آزمون‌های تحمل ولتاژ متناوب و تخلیه جزئی به ترتیب وقتی شیرکننده 5031 در حالت بسته و باز بود انجام شدند.

برای تجهیزات GIS 500kV در نیروگاه، ولتاژ عملیاتی بالاترین Um=550kV، ولتاژ فاز Um/3=317kV، ولتاژ آزمون کارخانه Uc=740kV، و ولتاژ تحمل بالاترین در محل Uf=Uc×80%=592kV، با مدت زمان $t=60s$ .
همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، توالی آزمون‌های تحمل ولتاژ متناوب و تخلیه جزئی به شرح زیر است: GIS در ولتاژ Um/3=317kV برای 5 دقیقه سنگین شد و خالص شد، و بوسیله در ولتاژ U1=519kV برای 3 دقیقه سنگین شد و خالص شد. آزمون تحمل ولتاژ متناوب سپس به Uf=592kV افزایش یافت و برای 60 ثانیه حفظ شد. ولتاژ سپس به سرعت به Ur=381kV کاهش یافت و تخلیه جزئی کمره گازی شیرکننده 5031 برای 3 دقیقه تست شد. پس از آزمون، ولتاژ به سرعت به 0kV کاهش یافت.

همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، توالی آزمون تحمل ولتاژ متناوب و اندازه‌گیری تخلیه جزئی در حالت باز به شرح زیر است: ولتاژ آزمون به طور یکنواخت به Uf=592kV افزایش یافت و برای 60 ثانیه حفظ شد. پس از تکمیل آزمون تحمل ولتاژ، ولتاژ به سرعت به U