500kV SF₆ tank circuit breaker insulation pull rod discharge fault cause analysis and treatment 500kV SF₆ ئەمپێری تێکەڵی بڕگەی چاکسازی باریکەوە بۆ لابدەری دەمارەکەی پێشبینی و چارەسەری کردن

Bir kavşak kesicinin ana bileşenlerinden biri olan yalıtım çubuğu, Gaz İle Yüklü Anahtarlama Ekipmanı (GIS) ekipmanının önemli bir yalıtım ve iletim parçasıdır. Mekanik ve elektriksel özellikler açısından yüksek güvenilirliğe sahip olmalıdır. Genel olarak, yalıtım çubukları nadiren arızalansa da, bir arıza olduğunda, bu kavşak kesicisi için ciddi sonuçlar doğurabilir.

Belirli bir elektrik santralindeki 550kV kavşak kesicisi, tek kesimli yatay düzenlemeye sahiptir, model 550SR - K ve hidrolik işletme mekanizması vardır. Bu, 63kA'lık kırma kapasitesine, 550kV'lık nominal gerilime, 4000A'lık nominal akıma, 63kA'lık nominal kırma akıma, 1675kV'lık nominal yıldırım darbe dayanıklılığına, 1300kV'lık nominal geçiş darbe dayanıklılığına ve 740kV'lık nominal güç frekanslı dayanıklılığa sahiptir. Kavşak kesicisinin yalıtım çubuğu, 15mm kalınlıkta, 40mm genişliğinde ve yoğunluğu 1.1 - 1.25g/cm³ olan epoksi reçineden yapılmıştır.

Arıza Süreci

Bir hidroelektrik santrali, No. 4 ana transformatörünün enerji iletimini yeniden başlatmak üzereydi. Santralin ana elektrik bağlantısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Üst düzey bilgisayar önce 5032 kavşak kesicisini açtı, ardından 5031 kavşak kesicisini açtı. Üst düzey bilgisayar "TV Açık Devre Uyarısı" ve "5031 Kavşak Kesicisi Koruma Cihazı Anormallikleri" gibi sinyaller rapor etti. Sahipler kontrolünde, 5031 kavşak kesicisinin koruma cihazı ve güvenlik kontrol cihazı TV açık devre uyarısına sahip olduğu tespit edildi. Üst düzey bilgisayar kontrolleri, 5032 ve 5031 kavşak kesicilerinin T bölgesindeki gerilim dönüştürücülerinde Uab= 0, Uca = 306kV ve Ubc = 305kV olduğunu belirtti. Sahipler kontrolünde, 5032 ve 5031 kavşak kesicileri her ikisi de açık pozisyonda bulundu.

Bakım personeli, 5032 ve 5031 kavşak kesicilerinin T bölgesindeki gerilim dönüştürücüsünün terminal kutusunda C fazının ikincil bobin gerilimini 55V, A ve B fazlarının ise 0V olarak ölçtü. İlk değerlendirme, 5031 kavşak kesicisinin C fazında bir arıza olduğunu gösteriyordu.

Sahipler Kontrol Durumu

Arıza yaşandıktan sonra, santral hemen sahiplerde arıza noktasını aradı ve arıza nedeni analizi yaptı. Ayrıca, eyalet调度中心联系，将5031断路器转为检修状态。断路器制造商的人员到达现场后，再次检查了5031断路器的操作机构。发现操作杆的位置处于正常的“打开”状态，并且没有检测到机构异常，如图2所示。初步判断故障是由断路器内部问题引起的。 考虑断路器的合闸电阻远小于接地电阻，如果断路器实际内部状态是闭合位置，则该断路器的接地电阻将显著低于其他两相。在不打开断路器两侧接地隔离开关的情况下测量了三相5031断路器的接地电阻。测量结果如下：A相为273.3 μΩ，B相为245.8 μΩ，C相为256.0 μΩ。C相未检测到异常数据。 在将5031断路器投入检修状态后，启动了5031C相断路器的气体回收过程，并准备开盖检查。吊走了5031C相断路器的上法兰。检查显示，该断路器的动、静触头处于正常打开位置，断路器的整体结构完好，未发现异物或明显的放电痕迹。使用万用表测量断路器动、静触头之间的接触电阻为0.6 Ω（在正常范围内），并且动、静触头与绝缘拉杆之间没有电气连接，如图3所示。 再次吊走上法兰和断路器下部检修孔进行检查时，在气室内检测到明显的烧焦气味。气室底部和底部防爆膜位置有棕黑色粉末状物质，如图4所示。 对5031C相断路器进行了手动慢合试验。合闸操作正常，未观察到异常现象。手动慢合完成后，再次检查断路器本体外部。发现断路器的绝缘拉杆上有两个放电痕迹，其中一个明显开裂，如图5所示。绝缘拉杆表面还有爬电痕迹，这些痕迹贯穿整个绝缘拉杆。 检查绝缘拉杆未发现新的放电点后，对5031C相断路器进行了手动慢分试验。分闸操作正常。分闸完成后，再次检查绝缘拉杆，仍未发现新的放电点。使用内窥镜彻底检查了断路器内部，未发现其他异常现象。 ### 故障原因分析 拆下故障绝缘拉杆后，进行了观察和测量。拉杆长570毫米，宽40毫米，厚15毫米。整个绝缘拉杆上有两个明显的放电烧伤点，分别位于距端部182毫米和315毫米处。其中一个有约53毫米长的裂缝。整个绝缘拉杆表面有明显的爬电通道痕迹，连接了拉杆两端的内侧孔。 测量了故障绝缘拉杆的绝缘。使用万用表测量时，端部相邻孔之间的绝缘正常。两端内侧孔之间的绝缘为1.583MΩ。使用绝缘电阻表测量时，电压为1010V时电阻值为643kΩ，两端外侧孔之间的绝缘为1.52TΩ（电压为5259V）。对于正常的绝缘拉杆，在电压为5259V时，两端内侧孔之间的绝缘大于5.26TΩ。 根据上述检查结果，可以确定5031C相断路器的绝缘拉杆已经穿孔，并在相对较低的电压条件下表现出导电性。 当切开5031C相断路器的绝缘拉杆进行检查时，发现除了拉杆两端看不到气孔外，沿拉杆内的爬电通道有长气孔，如图6所示。 总体击穿；其次，绝缘拉杆的材料配比或固化时间不符合相关要求，导致绝缘拉杆不同部位的绝缘强度不均匀。在强电场作用下，绝缘较弱的区域首先被击穿，随后其他低绝缘区域也相继被击穿，最终导致绝缘拉杆整体击穿。 ### 处理措施 #### 一般处理 确定5031C相断路器的故障原因后，电站安排更换C相断路器的绝缘拉杆。更换完成后，对气室抽真空，充气至额定压力0.45MPa，并静置24小时。然后进行了例行试验，包括测量气室内的水分含量、检查合闸电阻、进行特性试验和气体泄漏检测。例行试验通过后，对5031断路器在合闸和分闸状态下进行了交流耐压和局部放电试验。重新安装附件后，提交了恢复送电申请。 #### 交流耐压和局部放电试验 试验电压从备用线路3E施加。试验前，将5031断路器和5032断路器两侧所有电流互感器（TA）的三相二次回路短接并在主体处接地。同时，备用线路3E上的所有TA的二次回路也在主体处短接并接地，并移除试验范围内的电压互感器。分别在5031断路器合闸和分闸状态下进行交流耐压和局部放电试验。 对于电站的500kV GIS设备，最高运行电压 \(U_{m}=550kV\)，相电压 \(U_{m}/\sqrt{3}=317kV\)，出厂试验电压 \(U_{c}=740kV\)，现场最大耐受电压 \(U_{f}=U_{c}\times80\% = 592kV\)，持续时间为 \(t = 60s\)。 如图7所示，合闸耐压和局部放电试验顺序如下：GIS在电压 \(U_{m}/\sqrt{3}=317kV\) 下老化净化5分钟，母线在电压 \(U_{1}=519kV\) 下老化净化3分钟。然后将交流耐压试验升至 \(U_{f}=592kV\) 并保持60秒。然后迅速降至 \(U_{r}=381kV\)，测试5031断路器气室的局部放电3分钟。试验结束后，电压迅速降至0kV。 如图8所示，开路耐压和局部放电测量试验程序如下：试验电压均匀升至 \(U_{f}=592kV\) 并保持60秒。耐压试验完成后，电压迅速降至 \(U_{r}=381kV\)，测试5031断路器气室的局部放电。试验结束后，电压迅速降至0kV。 ### 结论 500kV SF₆罐式断路器的绝缘拉杆质量对断路器的安全性和电网的安全具有重要意义。设备制造商应严格控制质量。在设备组装前，应对绝缘拉杆进行局部放电试验，必要时可采用探伤等方法进行材料检验。断路器投运后，应定期采用特高频、超声波等方法进行带电局部放电检测。同时，结合断路器检修进行离线局部放电带电检测。对于局部放电量异常的断路器，可同时进行SF₆气体分解产物分析，早期诊断SF₆断路器的绝缘健康状况，防止设备故障，确保电网安全稳定运行。