500kV SF₆ säiliökatkaisimen eristysnivelistä aiheutuvan sähköiskun syyt ja niiden korjaus
Sulkujohtimien erottelu on suljetta sulakkeen tärkeä osa, ja se on kaasulla eristettyjen kytkentälaite (GIS) -laitteiden tärkeä eristys- ja siirtokomponentti. Sillä on oltava korkea luotettavuus mekaanisissa ja sähköisissä ominaisuuksissa. Yleisesti ottaen sulkujohtimet harvoin vikaantuvat, mutta jos vika ilmenee, se voi aiheuttaa vakavia seurauksia suljetalle.
Tietyn sähkövoimalan 550kV-sulake on yksijohdannainen vaaka-asento, malli 550SR-K, hydraulinen toimintamekanismi. Sen katkaisukapasiteetti on 63kA, nomināljännite 550kV, nominālsähkövirta 4000A, nominālkatkaisujännite 63kA, nominālisäteilyjännite 1675kV, nominālivaihtojännite 1300kV ja nominālisäännöllinen jännite 740kV. Suljeton sulkujohtimen valmistetaan epooksiresinasta, sen paksuus on 15mm, leveys 40mm ja tiheys 1.1-1.25g/cm³.
Virheprosessi
Tietyn vesivoimalan oli suunnitelma jatkaa sähköntuotantoa sen 4. päärakennuksen kautta. Voimalan pääsähkökytkennän näyttö on kuvassa 1. Ylemmässä tietokoneessa avattiin ensin 5032-sulake, ja sitten 5031-sulake. Ylemmästä tietokoneesta saatiin signaaleja, kuten "TV:n avaamisen hälytys" ja "5031-sulakkeen suojauslaitteen virhe". Paikan päällä havaittiin, että sekä 5031-sulakkeen suojauslaitteella että turvallisuuskontrollilaitteella oli TV:n avaamishälytys. Ylemmässä tietokoneessa havaittiin, että 5032- ja 5031-sulakkeiden T-alueen jännitteet olivat Uab= 0, Uca = 306kV ja Ubc = 305kV. Paikan päällä todettiin, että sekä 5032- että 5031-sulake olivat auki.
Ylläpitohenkilöstö mittasi 5032- ja 5031-sulakkeen T-alueen jännitteenvaihtajan ruumiin terminaaliruutuun C-faasin toissijaisen kierroksen jännitteen 55V:ksi ja A- ja B-faasien jännitteen 0V:ksi. Alustavasti arveltiin, että 5031-sulakkeessa C-faasilla oli vika.
Paikan päällä tehty tarkastus
Vian ilmenemisen jälkeen voimala aloitti välittömästi paikan päällä vianetsinnän ja tekitsi vian syyn analyysin. Se otti myös yhteyttä maakunnan ohjauskeskukseen siirtääkseen 5031-sulakkeen huolto-tilaan. Kun sulakkeen valmistajan henkilökunta saapui paikalle, he tarkastivat uudelleen 5031-sulakkeen toimintamekanismin. Havaittiin, että mekanismin toimintaviivan sijainti oli normaalissa "auki"-asennossa, eikä mekanismissa ollut havaittavissa poikkeamaa, kuten kuvassa 2. Alustavasti pääteltiin, että vika johtui sulakkeen sisäisestä ongelmasta.
Koska sulakkeen sulkemisresistanssi on paljon pienempi kuin maareistanssi, jos sulakkeen todellinen sisäinen tila on sulkemisessa, tämän sulakkeen maareistanssi on merkittävästi pienempi kuin muilla kahdella faasilla. Mittauksia tehtiin kolmen faasin 5031-sulakkeen maareistansseista ilman, että sulakkeen molempia puolia olevat maayhdistimet avattiin. Mittaus tulokset olivat seuraavat: A-faasi 273.3 μΩ, B-faasi 245.8 μΩ ja C-faasi 256.0 μΩ. C-faasilta ei havaittu poikkeuksellisia tietoja.
Kun 5031-sulake asetettiin huoltotilaan, aloitettiin 5031C-faasin sulakkeen kaasunpoisto, ja valmisteltiin kansiin avausta tarkastusta varten. 5031C-faasin sulakkeen yläreuna nostettiin pois. Tarkastus osoitti, että sulakkeen liikkuvat ja staattiset kosketin olivat normaalissa auki-tilassa, sulakkeen kokonaisrakenne oli kunnossa, eikä vieraslajeita tai selvästi näkyviä sähköiskua merkkejä löytynyt. Multimeterillä mitattiin sulakkeen liikkuvan ja staattisen kosketin välinen kosketin vastus 0.6 Ω (normaalissa alueessa), eikä liikkuvan ja staattisen kosketin ja eristysjohtimen välillä ollut sähköistä yhteyttä, kuten kuvassa 3.
Kun yläreuna ja sulakkeen alareuna nostettiin pois uudelleen tarkastusta varten, havaittiin selkeä poltettu haju kaasuhuoneessa. Kaasuhuoneen pohjalla ja pohjan räjähdysmembranin sijainnissa havaittiin ruskea-musta jauhe, kuten kuvassa 4.
Tehtiin manuaalinen hitaasti sulkeva testi 5031C-faasin sulakkeelle. Sulkeutuminen oli normaalia, eikä poikkeuksellisia ilmiöitä havaittu. Manuaalisen hitaan sulkeutumisen jälkeen tarkastettiin uudelleen sulakkeen ulkopuolista rakennetta. Havaittiin, että sulakkeen eristysjohtimella oli kaksi sähköiskua. Yksi niistä oli selvästi reikäinen, kuten kuvassa 5. Eristysjohtimen pinnalla oli myös jäljitteitä, jotka ulottuivat koko eristysjohtimen pituudelle.
Kun tarkistettiin eristysjohtimia eikä löydetty uusia sähköiskuja, tehtiin manuaalinen hitaasti avautuva testi 5031C-faasin sulakkeelle. Avautuminen oli normaalia. Avautumisen jälkeen eristysjohtimia tarkistettiin uudelleen, eikä uusia sähköiskuja löytynyt. Tarkastettiin sulakkeen sisäosaa boruskameralla, eikä muita poikkeuksellisia ilmiöitä havaittu.
Vian syyanalyysi
Viallinen eristysjohtin poistettiin ja siihen tehtiin havaintoja ja mittauksia. Johtin pituus oli 570 mm, leveys 40 mm ja paksuus 15 mm. Koko eristysjohtimella oli kaksi selkeää sähköiskua, jotka sijaitsivat 182 mm ja 315 mm päätepisteistä. Toisessa oli noin 53 mm pituinen reiki. Koko eristysjohtimen pinnalla oli selvästi näkyviä jäljitteitä, jotka yhdistivät johtimen sisäpuolella olevat reikit.
Mittauksia tehtiin viallisesta eristysjohtimesta. Multimeterillä mitattuna vierekkäisten reikien välillä oleva eristys oli normaali. Kummankin sisäpuolella olevan reiän välinen eristys oli 1.583 MΩ. Erityisellä eristysmittarilla mitattuna vastus oli 643 kΩ (jännitteellä 1010 V), ja kummankin ulkopuolella olevan reiän välinen eristys oli 1.52 T&Ω (jännitteellä 5259 V). Normaalilla eristysjohtimella kummankin sisäpuolella olevan reiän välinen eristys, mitattuna jännitteellä 5259 V, oli suurempi kuin 5.26 T&Ω.
Yllä mainituista tarkastustuloksista voidaan päätellä, että 5031C-faasin sulakkeen eristysjohtimen eristys oli tuhoutunut, ja se näytti sähköistä yhteyttä suhteellisen matalassa jännitteessä.
Kun 5031C-faasin sulakkeen eristysjohtin leikattiin tarkastusta varten, havaittiin, että lukuun ottamatta johtimen päätepisteitä, joissa ilma-aukkoja ei näkynyt, johtimen sisäpuolella oli pitkiä ilma-aukkoja jäljitteiden reunustaman kanavan pitkin, kuten kuvassa 6.
Yleinen tuhoaminen; toiseksi, eristysjohtimen materiaalien suhde tai kypsimisaika ei vastannut vaadittuja standardeja, mikä johti eristysjohtimen eri osien epätasaiseen eristystehokkuuteen. Vahvassa sähkökentässä alhaisemmassa eristyksessä olevat alueet tuhoutuivat ensin, ja sitten muut alhaisen eristysvoiman alueet seurasivat, mikä lopulta johti koko eristysjohtimen tuhoamiseen.
Toimenpiteet
Yleiset toimenpiteet
Kun 5031C-faasin sulakkeen vian syy oli määritelty, voimala järjesti C-faasin sulakkeen eristysjohtimen vaihdon. Vaihdon jälkeen kaasuhuone tyhjennettiin, täytettiin kaasuun nomināljännitteeseen 0.45 MPa ja jätettiin odottamaan 24 tuntia. Sitten tehtiin säännöllisiä testejä, mukaan lukien kaasuhuoneen kosteusmittaus, sulkemisresistanssin tarkistus, ominaisuustestit ja kaasupussitustestit. Säännöllisten testien jälkeen tehtiin vaihtojännitetesti ja osittainen sähköiskutesti 5031-sulakkeelle sekä suljetussa että avautuneessa tilassa. Liitännäiset asennettiin uudelleen, ja esitettiin sähköntuotannon jatkamista koskeva pyyntö.
Vaihtojännitetesti ja osittainen sähköiskutesti
Testijännite annettiin varakäyttöväylältä 3E. Ennen testiä kaikki kulmakertoimet (TAs) 5031- ja 5032-sulakkeiden molemmissa puolissa sekä varakäyttöväylällä 3E lyhennettiin ja maanjettiin. Testi suoritettiin, kun 5031-sulake oli sekä suljettu että avautunut.
Voimalan 500kV GIS-laitteiden korkein toimintajännite , vaihtojännite , tehtaan testijännite , ja suurin paikan päällä sallittu kestovaihtojännite , kesto .
Kuten kuvassa 7, suljetun vaihtojännitetestin ja osittaisen sähköiskutestin järjestys on seuraava: GIS ikäännettiin ja puhdistettiin jännitteellä 5 minuutin ajan, ja busbar ikäännettiin ja puhdistettiin jännitteellä 3 minuutin ajan. Vaihtojännitetesti lisättiin jännitteeseen ja pidettiin 60 sekuntia. Jännite vähennettiin nopeasti jännitteeseen , ja 5031-sulakkeen kaasuhuoneen osittainen sähköisku testattiin 3 minuutin ajan. Testin jälkeen jännite vähennettiin nopeasti 0 kV:ksi.
Kuten kuvassa 8, avoimen vaihtojännitetestin ja osittaisen sähköiskutestin järjestys on seuraava: Testijännite kasvatettiin tasaisesti jännitteeseen ja pidettiin 60 sekuntia. Vaihtojännitetestin jälkeen jännite vähennettiin nopeasti jännitteeseen , ja 5031-sulakkeen kaasuhuoneen osittainen sähköisku testattiin. Testin jälkeen jännite vähennettiin nopeasti 0 kV:ksi.
Loppusanat
500kV SF₆ tankkosulakkeiden eristysjohtimien laatu on erittäin tärkeää sulakkeiden turvallisuuden ja sähköverkon turvallisuuden kannalta. Laitteiden valmistajien tulisi harjoittaa tiukkaa laadunvalvontaa. Laitteiden yhdistämisen ennen eristysjohtimista tulisi tehdä osittaisia sähköiskutestejä, ja tarvittaessa eristysjohtimien materiaalitarkastuksia voidaan tehdä käyttäen menetelmiä, kuten defektointi. Kun sulaket on otettu käyttöön, säännöllistä elävän osittaisen sähköiskutarkastusta tulisi tehdä käyttäen menetelmiä, kuten erittäin korkean taajuuden ja ulträäni-testauksen. Samalla off-line osittaisen sähköiskun elävää tarkastusta tulisi yhdistää sulakkeiden huoltoon. Sulakkeille, joilla on poikkeuksellinen osittainen sähköiskutaso, voidaan samanaikaisesti analysoida SF₆-kaasun hajoamistuotteita, mikä auttaa diagnoosimaan SF₆-sulakkeiden eristysvaikutuksen terveyden varhaisessa vaiheessa, estää laitteen vikoitumisen ja varmistaa sähköverkon turvallinen ja vakaa toiminta.
