Анализ причин и устранение неисправности разрядного повреждения изоляционной тяги выключателя 500 кВ с элегазовой изолированной баковой конструкцией
В качестве ключевого компонента выключателей, изолирующая тяга является важной изоляционной и передающей частью оборудования GIS (газоизолированного коммутационного устройства). Она должна обладать высокой надежностью в отношении механических и электрических свойств. Обычно изолирующие тяги редко выходят из строя, но при возникновении неисправности это может привести к серьезным последствиям для выключателя.
Выключатель 550 кВ на одной из электростанций имеет горизонтальное расположение с одиночным разрывом, модель 550SR - K с гидравлическим приводом. Он имеет отключающую способность 63 кА, номинальное напряжение 550 кВ, номинальный ток 4000 А, номинальный отключающий ток 63 кА, номинальное импульсное напряжение молнии 1675 кВ, номинальное коммутационное импульсное напряжение 1300 кВ и номинальное рабочее напряжение 740 кВ. Изолирующая тяга выключателя изготовлена из эпоксидной смолы, толщиной 15 мм, шириной 40 мм и плотностью 1,1-1,25 г/см³.
Процесс неисправности
На одной из гидроэлектростанций готовились к возобновлению подачи электроэнергии через основной трансформатор №4. Главная электрическая схема станции показана на рисунке 1. Верхний уровень компьютера сначала открыл выключатель 5032, а затем выключатель 5031. Верхний уровень компьютера сообщил сигналы, такие как "Сигнал обрыва цепи ТВ" и "Аномалия устройства защиты выключателя 5031". При осмотре на месте было обнаружено, что устройство защиты и устройство безопасности выключателя 5031 сообщили о сигнале обрыва цепи ТВ. Проверка верхнего уровня компьютера показала, что для напряжения трансформаторов в зоне T выключателей 5032 и 5031, Uab= 0, Uca = 306кВ и Ubc = 305кВ. При фактическом осмотре на месте было установлено, что оба выключателя 5032 и 5031 находятся в открытом положении.
Персонал по техническому обслуживанию измерил напряжение вторичной обмотки фазы C 55 В и фаз A и B 0 В на терминальной коробке тела трансформатора напряжения в зоне T выключателей 5032 и 5031. Было предварительно определено, что неисправность находится в фазе C выключателя 5031.
Ситуация на месте осмотра
После возникновения неисправности станция немедленно начала поиск места неисправности на месте и провела анализ причины неисправности. Также была связь с региональным диспетчерским центром для перевода выключателя 5031 в состояние технического обслуживания. После прибытия персонала производителя выключателя на место, они снова проверили механизм операции выключателя 5031. Было установлено, что положение операционного стержня механизма находилось в нормальном состоянии "открыт", и никаких аномалий в механизме не было обнаружено, как показано на рисунке 2. Предварительно было определено, что неисправность вызвана внутренней проблемой выключателя.
Учитывая, что сопротивление замыкания выключателя намного меньше, чем сопротивление заземления, если фактическое внутреннее состояние выключателя находится в закрытом положении, сопротивление заземления этого выключателя будет значительно ниже, чем у других двух фаз. Сопротивление заземления трехфазного выключателя 5031 было измерено без открытия заземляющих разъединителей с обеих сторон выключателя. Результаты измерений были следующими: фаза A 273,3 мкОм, фаза B 245,8 мкОм и фаза C 256,0 мкОм. Никаких аномальных данных для фазы C не было обнаружено.
После перевода выключателя 5031 в состояние технического обслуживания был запущен процесс сбора газа для фазы 5031C, и подготовка к открытию крышки для осмотра. Верхняя фланцевая часть выключателя 5031C была поднята. Осмотр показал, что движущиеся и стационарные контакты этого выключателя находились в нормальном открытом положении, общая структура выключателя была целостной, и никаких посторонних предметов или явных следов разрядов не было обнаружено. Используя мультиметр, контактное сопротивление между движущимися и стационарными контактами выключателя было измерено 0,6 Ом (в пределах нормы), и между движущимися и стационарными контактами и изолирующей тягой не было электрического соединения, как показано на рисунке 3.
После повторного поднятия верхней фланцевой части и нижнего доступного отверстия выключателя для осмотра, был обнаружен явный запах горелого в газовой камере. На дне газовой камеры и в месте нижней взрывозащитной мембраны были обнаружены коричнево-черные порошковые вещества, как показано на рисунке 4.
Был проведен ручной медленный тест на закрытие фазы 5031C. Операция закрытия прошла нормально, и никаких аномальных явлений не наблюдалось. После завершения ручного медленного закрытия, внешняя часть корпуса выключателя была осмотрена снова. Было обнаружено, что на изолирующей тяге выключателя есть два следа разрядов. Один из них был явно трещиной, как показано на рисунке 5. На поверхности изолирующей тяги также были следы пробоя, которые проходили через всю изолирующую тягу.
После проверки изолирующей тяги и отсутствия новых точек разрядов, был проведен ручной медленный тест на открытие фазы 5031C. Операция открытия прошла нормально. После завершения открытия, изолирующая тяга была осмотрена снова, и новые точки разрядов не были обнаружены. Для тщательного осмотра внутренней части выключателя использовался эндоскоп, и никаких других аномальных явлений не было обнаружено.
Анализ причин неисправности
После удаления неисправной изолирующей тяги, она была осмотрена и измерена. Длина тяги составляла 570 мм, ширина 40 мм, толщина 15 мм. На всей изолирующей тяге было два явных места пробоя, расположенных на расстоянии 182 мм и 315 мм от концов соответственно. Одно из них имело трещину длиной около 53 мм. На поверхности всей изолирующей тяги были явные следы канала пробоя, который соединял отверстия на внутренней стороне обоих концов тяги.
Изоляция неисправной изолирующей тяги была измерена. При измерении мультиметром, изоляция между соседними отверстиями на концах была нормальной. Изоляция между двумя отверстиями на внутренней стороне обоих концов составляла 1,583 МОм. При измерении измерителем сопротивления, значение сопротивления составило 643 кОм (при напряжении 1010 В), и изоляция между двумя отверстиями на внешней стороне обоих концов составила 1,52 ТОм (при напряжении 5259 В). Для нормальной изолирующей тяги, изоляция между двумя отверстиями на внутренней стороне обоих концов, измеренная при напряжении 5259 В, превышала 5,26 ТОм.
На основе вышеуказанных результатов осмотра можно сделать вывод, что изоляция изолирующей тяги фазы 5031C была пробита и показывала проводимость при относительно низком напряжении.
При разрезании изолирующей тяги фазы 5031C для осмотра, было обнаружено, что, кроме концов тяги, где воздухоотводные отверстия не были видны, внутри тяги вдоль канала пробоя были длинные воздухоотводные отверстия, как показано на рисунке 6.
Общее пробитие; во-вторых, пропорции материала или время отверждения изолирующей тяги не соответствовали соответствующим требованиям, что привело к неравномерной прочности изоляции различных частей изолирующей тяги. Под воздействием сильного электрического поля, области с меньшей изоляцией были первыми пробиты, а затем другие области с меньшей изоляцией, что в конечном итоге привело к общему пробитию изолирующей тяги.
Меры по устранению
Общие меры
После определения причины неисправности фазы 5031C, электростанция организовала замену изолирующей тяги фазы C. После завершения замены, газовая камера была откачана, заполнена газом до номинального давления 0,45 МПа и оставлена на 24 часа. Затем были проведены стандартные испытания, включая измерение влажности в газовой камере, проверку сопротивления замыкания, характеристические испытания и проверку герметичности. После успешного прохождения стандартных испытаний, были проведены испытания на переменное напряжение и частичные разряды для выключателя 5031 в открытом и закрытом состояниях. Дополнительные аксессуары были переустановлены, и была подана заявка на возобновление подачи электроэнергии.
Испытания на переменное напряжение и частичные разряды
Напряжение испытания применялось от резервной линии 3E. Перед испытанием, все вторичные цепи трансформаторов тока (ТА) с обеих сторон выключателей 5031 и 5032 были короткозамкнуты и заземлены на основном корпусе. Также, все вторичные цепи ТА на резервной линии 3E были короткозамкнуты и заземлены на основном корпусе, и трансформаторы напряжения в пределах зоны испытаний были удалены. Испытания на переменное напряжение и частичные разряды проводились, когда выключатель 5031 находился в закрытом и открытом состояниях.
Для 500 кВ оборудования GIS на электростанции, максимальное рабочее напряжение , фазное напряжение , заводское испытательное напряжение , и максимальное испытательное напряжение на месте , продолжительность .
Как показано на рисунке 7, порядок проведения испытаний на переменное напряжение и частичные разряды при закрытом состоянии следующий: GIS стареется и очищается при напряжении в течение 5 минут, а шина стареется и очищается при напряжении в течение 3 минут. Затем испытание на переменное напряжение увеличивается до и поддерживается в течение 60 секунд. Затем напряжение быстро снижается до , и проводится испытание на частичные разряды газовой камеры выключателя 5031 в течение 3 минут. После завершения испытания, напряжение быстро снижается до 0 кВ.
Как показано на рисунке 8, порядок проведения испытаний на переменное напряжение и измерение частичных разрядов при открытом состоянии следующий: испытательное напряжение равномерно увеличивается до и поддерживается в течение 60 секунд. После завершения испытания на переменное напряжение, напряжение быстро снижается до , и проводится измерение частичных разрядов газовой камеры выключателя 5031. После завершения испытания, напряжение быстро снижается до 0 кВ.
Заключение
Качество изолирующих тяг выключателей 500 кВ SF₆ бакового типа имеет большое значение для безопасности выключателей и стабильности энергосистемы. Производители оборудования должны осуществлять строгий контроль качества. До сборки оборудования следует проводить испытания на частичные разряды изолирующих тяг, а при необходимости, использовать методы дефектоскопии для проверки материалов. После ввода выключателей в эксплуатацию следует регулярно проводить живые испытания на частичные разряды, используя методы, такие как сверхвысокочастотное и ультразвуковое тестирование. Одновременно с техническим обслуживанием выключателей следует сочетать офлайн-живые испытания на частичные разряды. Для выключателей с аномальным уровнем частичных разрядов можно одновременно проводить анализ продуктов разложения SF₆, чтобы диагностировать здоровье изоляции SF₆ выключателей на ранней стадии, предотвращать отказы оборудования и обеспечивать безопасную и стабильную работу энергосистемы.
