Analiza uzroka i tretman problema s razlaganjem izolacijskog štapa prekidnika u rezervoaru SF₆ od 500kV
Kao ključni dio prekidača, izolirajući povlačni štap je važan izolacijski i prenosni dio opreme za plinsko izolirano pripomoćno uređenje (GIS). Potrebno je da ima visoku pouzdanost u pogledu mehaničkih i električnih svojstava. Obično rijetko do dolazi do neispravnosti izolirajućih povlačnih štapa, ali ako se dogodi kvar, može imati ozbiljne posljedice za prekidač.
550kV prekidač u određenoj elektranji ima jednoprijelaznu horizontalnu raspodjelu, s modelom 550SR - K i hidrauličkim upravljačkim mehanizmom. Njegova prekidna kapacitetnost iznosi 63kA, nominalna naponska razine 550kV, nominalni struja 4000A, nominalna prekidna struja 63kA, nominalna otpornost na udarne napone bijela munja 1675kV, nominalna otpornost na udarne napone prekidanja 1300kV, a nominalna otpornost na sinusoidalne napone 740kV. Izolirajući štap prekidača izrađen je od epoksidne smole, debljine 15mm, širine 40mm, te gustoće 1.1 - 1.25g/cm³.
Tijek greške
Određena vodovodna elektrana pripremala se za obnovu isporuke struje za njen glavni transformator broj 4. Glavna električna vezana elektrane prikazana je na slici 1. Gornji računalo prvo otvorilo prekidač 5032, a zatim prekidač 5031. Gornji računalo prijavilo je signale poput "Alarm otkaza TV" i "Neispravnost zaštitnog uređaja prekidača 5031". Na mjestu su utvrdili da su i zaštitni uređaj i uređaj sigurnosnog kontrole prekidača 5031 imali alarm otkaza TV. Provjera gornjeg računala otkrila je da za naponske transformatore u T-zoni prekidača 5032 i 5031, Uab= 0, Uca = 306kV i Ubc = 305kV. Stvarna provjera na mjestu pokazala je da su i prekidači 5032 i 5031 bili u položaju otvoreno.
Održavajući osoblje izmjerilo je naponsku razinu sekundarnog vitičasta faze C kao 55V, a faza A i B kao 0V na terminalnom kutiji tijela naponskog transformatora u T-zoni prekidača 5032 i 5031. Početno je prognozirano da postoji kvar u fazi C prekidača 5031.
Stanje na mjestu
Nakon što se pojavio kvar, elektrana odmah započela traženje točke kvara na mjestu i analizu uzroka kvara. Također se kontaktirao provincijski centar za koordinaciju kako bi se prekidač 5031 prebacio u stanje održavanja. Nakon što su ljudi proizvođača prekidača stigli na mjesto, ponovno su pregledali upravljački mehanizam prekidača 5031. Ustanovljeno je da je položaj upravljačkog štapa mehanizma bio u normalnom stanju "otvoreno", a nisu otkriveni nikakvi nepravilnosti u mehanizmu, kao što je prikazano na slici 2. Preliminarne su zaključili da je kvar nastao zbog unutarnjeg problema prekidača.
Uzimajući u obzir da je otpornost zatvaranja prekidača daleko manja od zemljanih otpornosti, ako je stvarno unutarnje stanje prekidača u položaju zatvoreno, zemljana otpornost ovog prekidača bit će značajno niža od ostalih dvije faze. Zemljane otpornosti tri-faznog prekidača 5031 izmjerene su bez otvaranja zemljanih odvojnika na obje strane prekidača. Rezultati mjerenja bili su sljedeći: Faza A 273.3 μΩ, Faza B 245.8 μΩ i Faza C 256.0 μΩ. Nisu otkriveni nepravilni podaci za fazu C.
Nakon što je prekidač 5031 prebačen u stanje održavanja, započeo je proces vraćanja plina za fazu C prekidača 5031, te se pripremalo za otvaranje poklopca za inspekciju. Gornji flanec prekidača faze C 5031 podignut je. Inspekcija je pokazala da su pokretni i statični kontakti ovog prekidača bili u normalnom položaju otvoreno, ukupna struktura prekidača bila je integritetna, a nisu otkriveni tuđi predmeti ili očigledni tragovi razrijevnih radnji. Upotrebom multimetra, izmjerena je otpornost kontakta između pokretnog i statičnog kontakta prekidača kao 0.6 Ω (unutar normalnog raspona), a nije bilo električne veze između pokretnog i statičnog kontakta i izolirajućeg povlačnog štapa, kao što je prikazano na slici 3.
Nakon podizanja gornjeg flaneca i donjeg otvora prekidača za ponovnu inspekciju, otkriven je izraženi goriv miris u gasnoj komori. Na dnu gasne komore i na lokaciji donjeg eksplozivnog membrana bile su smeđe crne prahastene tvari, kao što je prikazano na slici 4.
Izvršen je ručni spori test zatvaranja na prekidaču faze C-5031. Operacija zatvaranja bila je normalna, a nisu otkriveni nikakvi neobični pojave. Nakon završetka ručnog sporo zatvaranja, opet je pregledan vanjski dio tijela prekidača. Otkriveno je da su na izolirajućem povlačnom štapu prekidača bila dva traga razrijevnih radnji. Jedan od njih je očito puknut, kao što je prikazano na slici 5. Na površini izolirajućeg povlačnog štapa bile su i tragove praćenja, a ovi tragovi se protezali cijelim izolirajućim povlačnim štapom.
Nakon pregleda izolirajućeg povlačnog štapa i ne otkrivanja novih tačaka razrijevanja, izvršen je ručni spori test otvaranja na prekidaču faze C-5031. Operacija otvaranja bila je normalna. Nakon završetka otvaranja, opet je pregledan izolirajući povlačni štap, a nisu otkriveni novi tačke razrijevanja. Koristeći endoskop, temeljito je pregledan unutrašnjost prekidača, a nisu otkriveni drugi neobični pojave.
Analiza uzroka kvara
Nakon uklanjanja neispravnog izolirajućeg povlačnog štapa, promatran i izmjeran. Štap je bio dug 570mm, širok 40mm, i deblji 15mm. Na cijelom izolirajućem povlačnom štapu bile su dvije očite traga izgorijevanja, smještene 182mm i 315mm od krajeva. Jedan od njih je imao pukotinu duljine oko 53mm. Na površini cijelog izolirajućeg povlačnog štapa bile su očite tragove kanala praćenja koji su povezivali unutarnje otvore na oba kraja štapa.
Izolacija neispravnog izolirajućeg povlačnog štapa izmjerena je. Kada je izmjerena višefunkcijskim testerom, izolacija između susjednih otvora na krajevima bila je normalna. Izolacija između dva unutarnja otvora na oba kraja bila je 1.583MΩ. Kada je izmjerena metrom za izolacijsku otpornost, vrijednost otpornosti bila je 643k&Ω (pri naponu od 1010V), a izolacija između dva vanjska otvora na oba kraja bila je 1.52T&Ω (pri naponu od 5259V). Za normalan izolirajući povlačni štap, izolacija između dva unutarnja otvora na oba kraja izmjerena pri naponu od 5259V bila je veća od 5.26T&Ω.
Na temelju gore navedenih rezultata inspekcije, može se zaključiti da je izolacija izolirajućeg povlačnog štapa prekidača faze C-5031 bila proboda, i pokazala je provodljivost pod relativno niskim naponskim uvjetima.
Kada je izolirajući povlačni štap prekidača faze C-5031 rezan za inspekciju, otkriveno je da, osim krajeva štapa gdje nisu vidljivi zračni otvori, duž kanala praćenja unutar štapa bili su dugački zračni otvori, kao što je prikazano na slici 6.
Općenito propadanje; drugo, proporcije materijala ili vrijeme polimerizacije izolirajućeg povlačnog štapa nisu zadovoljavale relevantne zahtjeve, što je rezultiralo neravnomjernom izolacijskom čvrstoćom različitih dijelova izolirajućeg povlačnog štapa. Pod jakim električnim poljem, područja s nižom izolacijom su prvi propali, a zatim su slijedila druga područja s niskom izolacijom, što je konačno dovelo do općenitog propadanja izolirajućeg povlačnog štapa.
Mjere obrade
Općenite mjere
Nakon utvrđivanja uzroka kvara prekidača faze C-5031, elektrana organizirala zamjenu izolirajućeg povlačnog štapa prekidača faze C. Nakon završetka zamjene, gasna komora vakuumirana, punjena plinom do nominalnog tlaka od 0.45MPa, i ostavljena na 24 sata. Zatim su izvršena redovita ispitivanja, uključujući mjerenje sadržaja vlage u gasnoj komori, provjeru otpornosti zatvaranja, provođenje karakterističnih ispitivanja, te provođenje ispitivanja za propusnost plina. Nakon prolaska redovitih ispitivanja, izvršena su AC izdržljiva naponska i parcijalna razrijevna ispitivanja za prekidač 5031 u stanju otvoreno i zatvoreno. Pomoćne opreme ponovno instalirane, a podnesen zahtjev za obnovu isporuke struje.
AC izdržljiva naponska i parcijalna razrijevna ispitivanja
Ispitni napon primijenjen sa zaliha linije 3E. Prije ispitivanja, trofazne sekundarne krugove svih transformatora struje (TA) na obje strane prekidača 5031 i 5032 kratireni i zemljeni na tijelu. Također, sekundarne krugove svih TA na zaliha liniji 3E kratireni i zemljeni na tijelu, a naponski transformatori unutar raspona ispitivanja uklonjeni. AC izdržljiva naponska i parcijalna razrijevna ispitivanja redom izvršena kada je prekidač 5031 bio u stanju zatvoreno i otvoreno.
Za 500kV GIS opremu u elektrani, najviša radna naponska razine , fazonaponska razine , fabrični ispitni napon , i maksimalni terenski izdržljivi napon , s trajanjem .
Kao što je prikazano na slici 7, redoslijed ispitivanja izdržljive naponske i parcijalne razrijevne ispitivanja je sljedeći: GIS staro i očišćeno pri naponu od za 5 minuta, a busbar staro i očišćeno pri naponu od za 3 minute. AC izdržljivo naponsko ispitivanje zatim povećano na i održano za 60 sekundi. Napon zatim brzo smanjen na , a parcijalna razrijevna ispitivanja gasne komore prekidača 5031 provedena za 3 minute. Nakon ispitivanja, napon brzo smanjen na 0kV.
Kao što je prikazano na slici 8, postupak ispitivanja izdržljive naponske i parcijalne razrijevne mjerenja u otvorenom krugu je sljedeći: Ispitni napon uniformno povećan na i održan za 60 sekundi. Nakon završetka ispitivanja izdržljive naponske, napon brzo smanjen na , a parcijalna razrijevna ispitivanja gasne komore prekidača 5031 provedena. Nakon ispitivanja, napon brzo smanjen na 0kV.
Zaključak
Kvaliteta izolirajućih povlačnih štapova 500kV SF₆ tank tipa prekidača ima veliku važnost za sigurnost prekidača i sigurnost mreže. Proizvođači opreme trebaju provoditi strogu kontrolu kvalitete. Prije montaže opreme, trebala bi se provesti parcijalna razrijevna ispitivanja izolirajućih povlačnih štapa, a potrebno je provoditi kontrolu materijala koristeći metode poput detektiranja defekata. Nakon upotrebe prekidača, trebala bi se redovito provoditi živa parcijalna razrijevna ispitivanja kor
