Análise e tratamento da causa do descarga no varão de aislamento do interruptor de tanque SF₆ de 500kV
Como un compoñente clave dos interruptores, a varra aislante é unha parte importante de aislamento e transmisión do equipo de manobra aislado a gas (GIS). É necesario que teña alta fiabilidade en termos de propiedades mecánicas e eléctricas. Xeralmente, as varras aislantes raramente fallan, pero cando ocorre un fallo, pode ter consecuencias graves para o interruptor.
O interruptor de 550kV nunha certa central eléctrica ten unha disposición horizontal de unha única interrupción, co modelo 550SR - K e un mecanismo de operación hidráulico. Ten unha capacidade de interrupción de 63kA, unha tensión nominal de 550kV, unha corrente nominal de 4000A, unha corrente nominal de interrupción de 63kA, unha tensión nominal de resistencia a impulsos de raio de 1675kV, unha tensión nominal de resistencia a impulsos de conmutación de 1300kV, e unha tensión nominal de resistencia a frecuencia industrial de 740kV. A varra aislante do interruptor está feita de resina epoxi, cun espesor de 15mm, un ancho de 40mm, e unha densidade de 1.1 - 1.25g/cm³.
Proceso de Fallo
Unha certa central hidroeléctrica estaba preparándose para restabelecer a transmisión de enerxía para o seu transformador principal número 4. O esquema eléctrico principal da central está mostrado na Figura 1. O ordenador superior primeiro abriu o interruptor 5032, e despois abriu o interruptor 5031. O ordenador superior informou sinais como "Alarma de Circuito Aberto no TV" e "Anomalía no Dispositivo de Protección do Interruptor 5031". A inspección in situ revelou que tanto o dispositivo de protección como o dispositivo de control de seguridade do interruptor 5031 tiñan alarmas de circuito aberto no TV. A inspección do ordenador superior atopou que para os transformadores de voltaxe na zona T dos interruptores 5032 e 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, e Ubc = 305kV. A inspección in situ real mostrou que ambos os interruptores 5032 e 5031 estaban na posición aberta.
O persoal de mantemento midiu a tensión da bobina secundaria da fase C como 55V e das fases A e B como 0V na caixa de terminais do transformador de voltaxe no corpo da zona T dos interruptores 5032 e 5031. Inicialmente se determinou que había un fallo na fase C do interruptor 5031.
Situación de Inspección in Situ
Despois de producirse o fallo, a central buscó inmediatamente o punto de fallo in situ e realizou unha análise da causa do fallo. Tamén contactou co centro de despacho provincial para trasladar o interruptor 5031 ao estado de mantemento. Despois de que o persoal do fabricante do interruptor chegase ao lugar, volviu a inspeccionar o mecanismo de operación do interruptor 5031. Atopouse que a posición da vara de operación do mecanismo estaba no estado normal "aberto", e non se detectaron anomalias no mecanismo, como se mostra na Figura 2. Inicialmente se determinou que o fallo foi causado por un problema interno do interruptor.
Considerando que a resistencia de peche do interruptor é moito menor que a resistencia de terra, se o estado interno real do interruptor está na posición pechada, a resistencia de terra deste interruptor será significativamente menor que a das outras dúas fases. Midíronse as resistencias de terra do interruptor 5031 de tres fases sen abrir os interruptores de separación de terra de ambos os lados. Os resultados da medición foron os seguintes: a Fase A era 273.3 μΩ, a Fase B era 245.8 μΩ, e a Fase C era 256.0 μ&Ω;. Non se detectaron datos anómalos para a Fase C.
Despois de poñer o interruptor 5031 no estado de mantemento, iniciouse o proceso de recuperación de gas para o interruptor de fase 5031C, e preparáronse para abrir a tapa para a inspección. A flange superior do interruptor de fase 5031C foi levantada. A inspección mostrou que os contactos móvel e estático deste interruptor estaban na posición aberta normal, a estrutura global do interruptor estaba intacta, e non se atoparon obxectos extraños nin marcas evidentes de descarga. Usando un multimetro, a resistencia de contacto entre os contactos móvel e estático do interruptor midióse en 0.6 &Ω; (dentro do rango normal), e non había conexión eléctrica entre os contactos móvel e estático e a varra aislante, como se mostra na Figura 3.
Despois de levantar a flange superior e o orificio inferior do interruptor para outra inspección, detectouse un olor distinto a quemo no compartimento de gas. Había substancias polvorientas marrón-negras na parte inferior do compartimento de gas e na localización da membrana antidesintegración inferior, como se mostra na Figura 4.
Realizouse unha proba de peche lento manual no interruptor de fase 5031C. A operación de peche foi normal, e non se observaron fenómenos anómalos. Despois de completar o peche lento manual, volviuse a inspeccionar o exterior do corpo do interruptor. Atopáronse dúas marcas de descarga na varra aislante do interruptor. Unha delas estaba claramente fisurada, como se mostra na Figura 5. Había marcas de seguimento na superficie da varra aislante, e estas marcas estendíanse a lo largo de toda a varra aislante.
Despois de comprobar a varra aislante e non atopar novos puntos de descarga, realizouse unha proba de apertura lenta manual no interruptor de fase 5031C. A operación de apertura foi normal. Despois de completar a apertura, volviuse a inspeccionar a varra aislante, e tampouco se atoparon novos puntos de descarga. Usouse un endoscopio para inspeccionar completamente o interior do interruptor, e non se detectaron outros fenómenos anómalos.
Análise da Causa do Fallo
Despois de retirar a varra aislante defectuosa, foi observada e medida. A varra midía 570mm de lonxitude, 40mm de ancho e 15mm de espesor. Había dous puntos de descarga e quema distintos na varra aislante completa, situados a 182mm e 315mm dos extremos respectivamente. Un deles tiña unha fisura de aproximadamente 53mm de lonxitude. Había trazas evidentes dun canal de seguimento na superficie da varra aislante completa, que conectaba os orificios internos en ambos os extremos da varra.
A aislación da varra aislante defectuosa foi medida. Ao medirla con un multimetro, a aislación entre orificios adxacentes nos extremos era normal. A aislación entre os dous orificios internos en ambos os extremos era 1.583M&Ω;. Ao medirla con un ohmímetro de aislación, o valor de resistencia foi 643k&Ω; (a unha tensión de 1010V), e a aislación entre os dous orificios externos en ambos os extremos era 1.52T&Ω; (a unha tensión de 5259V). Para unha varra aislante normal, a aislación entre os dous orificios internos en ambos os extremos medida a unha tensión de 5259V era maior que 5.26T&Ω;.
Baseándose nos resultados de inspección anteriores, pódese determinar que a aislación da varra aislante do interruptor de fase 5031C foi perforada, e mostraba conductividad baixas condicións de tensión relativamente baixa.
Cando a varra aislante do interruptor de fase 5031C foi cortada para a inspección, atopouse que, excepto nos extremos da varra onde non se viron orificios de aire, había orificios de aire alargados ao longo do canal de seguimento dentro da varra, como se mostra na Figura 6.
Descomposición xeral; segundo, a proporción de materiais ou o tempo de curado da varra aislante non cumprían os requisitos pertinentes, resultando en unha resistencia aislante desigual de diferentes partes da varra aislante. Baixo un campo eléctrico forte, as zonas con menor aislamiento foron as primeiras en ser perforadas, e despois seguiron outras zonas de baixo aislamento, levando finalmente á descomposición xeral da varra aislante.
Medidas de Xestión
Xestión Xeral
Despois de determinar a causa do fallo do interruptor de fase 5031C, a central programou a substitución da varra aislante do interruptor de fase C. Despois de completar a substitución, o compartimento de gas foi evacuado, recheado de gas ata unha presión nominal de 0.45MPa, e deixado en repouso durante 24 horas. Despois, realizáronse probas rutinarias, incluíndo a medición do contido de humidade no compartimento de gas, a comprobación da resistencia de peche, a realización de probas de características, e a detección de fugas de gas. Despois de pasar as probas rutinarias, realizáronse probas de tensión alternada e descargas parciais para o interruptor 5031 tanto na posición aberta como na pechada. Reinstaláronse os accesorios, e solicitouse o restablecemento da transmisión de enerxía.
Pruebas de Tensión Alternada e Descargas Parciais
A tensión de proba aplicouse desde a liña de reserva 3E. Antes da proba, os circuitos secundarios de todos os transformadores de corrente (TA) de ambos os lados do interruptor 5031 e do interruptor 5032 foron acortados e aterrados no corpo. Ademais, os circuitos secundarios de todos os TA na liña de reserva 3E foron acortados e aterrados no corpo, e os transformadores de voltaxe dentro do alcance da proba foron removidos. Realizáronse probas de tensión alternada e descargas parciais respectivamente cando o interruptor 5031 estaba na posición pechada e aberta.
Para o equipo GIS de 500kV na central, a tensión máxima de operación , a tensión de fase , a tensión de proba de fábrica , e a tensión máxima de resistencia no sitio , cunha duración de .
Como se mostra na Figura 7, a secuencia das probas de resistencia a tensión de peche e descargas parciais é a seguinte: o GIS foi envellecido e purificado a unha tensión de durante 5 minutos, e a barra foi envellecida e purificada a unha tensión de durante 3 minutos. A proba de resistencia a tensión alternada aumentouse a e manteuse durante 60 segundos. A tensión reduciuse rapidamente a , e testáronse as descargas parciais do compartimento de gas do interruptor 5031 durante 3 minutos. Despois da proba, a tensión reduciuse rapidamente a 0kV.
Como se mostra na Figura 8, o procedemento de proba para a resistencia a tensión de circuito aberto e a medición de descargas parciais é o seguinte: a tensión de proba aumentouse uniformemente a e manteuse durante 60 segundos. Despois de completar a proba de resistencia a tensión, a tensión reduciuse rapidamente a , e testáronse as descargas parciais do compartimento de gas do interruptor 5031. Despois da proba, a tensión reduciuse rapidamente a 0kV.
Conclusión
A calidade das varras aislantes dos interruptores de tanque SF₆ de 500kV é de gran importancia para a seguridade dos interruptores e a seguridade da rede eléctrica. Os fabricantes de equipos deben exercer un control de calidade estrito. Antes da montaxe do equipo, deben realizarse probas de descargas parciais nas varras aislantes, e poden realizarse inspeccións de material usando métodos como a detección de fallos se é necesario. Despois de que os interruptores entran en servizo, debe realizarse unha detección de descargas parciais en vivo regular usando métodos como a frecuencia moi alta e a sonda ultrasónica. Ao mesmo tempo, a detección de descargas parciais en vivo off-line debe combinarse coa mantención do interruptor. Para os interruptores con niveis anómalos de descargas parciais, pode realizarse unha análise dos produtos de descomposición do gas SF₆ simultaneamente para diagnosticar a saúde do aislamento dos interruptores SF₆ nunha etapa inicial, evitando fallos de equipos e asegurando a operación segura e estable da rede eléctrica.
