Analiza vzrokov in odpravljanje napak pri razsevih v izolacijskem tiriku preklopnika z SF₆ tanko na 500 kV
Kot ključna sestavina preklopnikov je izolirani vlečni štapič pomembna izolacijska in prenosna sestavina opreme GIS (Gas-Insulated Switchgear). Zanj je potrebna visoka zanesljivost v smislu mehanskih in električnih lastnosti. Splošno se izolirani vlečni štapiči redko pokvarijo, a če pride do nezadostnosti, lahko ima za preklopnik resne posledice.
550kV preklopnik v določni elektrarni ima enojno prekidno horizontalno razpostavitev, z modelom 550SR-K in hidravličnim pogonskim mehanizmom. Preklopna zmogljivost znaša 63kA, imenovana napetost 550kV, imenovana tok 4000A, imenovani preklopni tok 63kA, imenovana trmasta obdržnost napeda 1675kV, imenovana obdržnost pri spremembi toka 1300kV in imenovana obdržnost pri industrijski frekvenci 740kV. Izolirani štapič preklopnika je izdelan iz epoksidne smole, debel 15mm, širok 40mm in gostota 1,1-1,25g/cm³.
Tecaj nezadostnosti
Določena hidroelektrarna se je pripravljala na ponovno prenašanje električne energije za svoj glavni transformator št. 4. Glavna električna vezava elektrarne je prikazana na Sliki 1. Nadrejeni računalnik najprej odprl preklopnik 5032, nato pa tudi preklopnik 5031. Nadrejeni računalnik je poročal o signalih, kot so "Alarm o odprtosti TV" in "Nezadostnost zaščitnega strojila preklopnika 5031". Na mestu je bilo ugotovljeno, da imata zaščitno in varnostno-kontrolno strojilo preklopnika 5031 alarm o odprtosti TV. Pregled nadrejenega računalnika je pokazal, da za napetostne transformatorje v T-zoni preklopnikov 5032 in 5031 velja Uab= 0, Uca = 306kV in Ubc = 305kV. Na mestu je bilo ugotovljeno, da sta preklopnika 5032 in 5031 v odprtih položajih.
Održevalci so merili sekundarno tokovno napetost faze C 55V in fazi A in B 0V na terminalni skrinji napetostnega transformatorja v T-zoni preklopnikov 5032 in 5031. Na začetku je bilo ocenjeno, da je nezadostnost v fazi C preklopnika 5031.
Stanje na mestu
Po nastopu nezadostnosti je elektrarna takoj iskala mesto nezadostnosti na mestu in opravila analizo vzrokov nezadostnosti. Tudi je kontaktirala provincijsko upravljalno središče, da bi preklopnik 5031 prenesla v stanje održbe. Po pridružitvi osebja izdelovalca preklopnikov na mesto so ponovno pregledali pogonski mehanizem preklopnika 5031. Ugotovili so, da je položaj pogonskega štapiča mehanizma v normalnem "odprtem" stanju, brez odkritih nepravilnosti v mehanizmu, kot je prikazano na Sliki 2. Na začetku so ugotovili, da je nezadostnost povzročena notranjim problemom preklopnika.
Upoštevajoč, da je zaporni upor preklopnika mnogo manjši od upora zemljenja, če je dejansko notranje stanje preklopnika zaprto, bo upor zemljenja tega preklopnika bistveno manjši od uporov drugih dveh faz. Merili so upor zemljenja tri-faznega preklopnika 5031, brez odpiranja zemljenih ločilnih preklopnikov na obeh straneh preklopnika. Rezultati meritev so bili naslednji: Faza A 273,3 μΩ, faza B 245,8 μΩ in faza C 256,0 μΩ. Za fazo C ni bilo zaznanih nepravilnih podatkov.
Po postavitvi preklopnika 5031 v stanje održbe je bil zagnan proces vračanja plina za fazo C preklopnika 5031, in pripravljen za odpiranje pokrova za pregled. Zgornji flanec preklopnika faze C 5031 je bil odstranjen. Pregled je pokazal, da sta premični in statični kontakti tega preklopnika v normalnem odprtem položaju, celotna struktura preklopnika je bila nepoškodovana, brez tuje snovi ali očitnih sledi razpoloženja. Upor med premičnimi in statičnimi kontakti preklopnika je bil merjen multimeterjem na 0,6 Ω (v normalnem obsegu), brez električne povezave med premičnimi in statičnimi kontakti ter izoliranim vlečnim štapičem, kot je prikazano na Sliki 3.
Po odstranitvi zgornjega flanca in spodnjega dostopa do preklopnika za pregled je bila očitna gorična vonj v plinskih komorah. V dnu plinske komore in na lokaciji spodnje eksplozivne membrane so bile brunečno-črne prahaste snovi, kot je prikazano na Sliki 4.
Na preklopniku faze C 5031 je bil izveden ročni počasni zapirni test. Operacija zapiranja je bila normalna, brez odkritih neobičajnosti. Po zaključku ročnega počasnega zapiranja je bil ponovno pregledan zunanjost telesa preklopnika. Ugotovili so, da je bilo dve sledi razpoloženja na izoliranim vlečnem štapiču preklopnika. Eden od njih je bil očitno prerezan, kot je prikazano na Sliki 5. Na površini izoliranega vlečnega štapiča so bile tudi sledi, ki so se raztezale po celotnem izoliranem vlečnem štapiču.
Po pregledu izoliranega vlečnega štapiča in odkritju, da ni novih točk razpoloženja, je bil izveden ročni počasni odpirni test na preklopniku faze C 5031. Operacija odpiranja je bila normalna. Po zaključku odpiranja je bil izolirani vlečni štapič ponovno pregledan, brez odkritih novih točk razpoloženja. Z uporabo endoskopa je bil temeljito pregledan notranjost preklopnika, brez odkritih drugih neobičajnosti.
Analiza vzrokov nezadostnosti
Po odstranitvi defektnega izoliranega vlečnega štapiča je bil opazovan in merit. Štapič je bil dolg 570mm, širok 40mm in debel 15mm. Na celotnem izoliranem vlečnem štapiču je bilo dve očitni točki razpoloženja, ležali sta 182mm in 315mm od koncev. Eden od njih je imel prerez dolžine približno 53mm. Na površini celotnega izoliranega vlečnega štapiča so bile očitne sledi kanala, ki so povezovali notranje luknje na obeh koncih štapiča.
Merili so izolacijo defektnega izoliranega vlečnega štapiča. Meritev z multimeterjem je pokazala, da je bila izolacija med sosednjima luknjama na koncih normalna. Izolacija med dvema notranjima luknjama na obeh koncih je bila 1,583MΩ. Meritev z merilnikom izolacije je pokazala, da je bila vrednost upora 643k&Ω (pri napetosti 1010V) in izolacija med dvema zunanjima luknjama na obeh koncih 1,52T&Ω (pri napetosti 5259V). Za normalni izolirani vlečni štapič je bila izolacija med dvema notranjima luknjama na obeh koncih, meritve pri napetosti 5259V, večja od 5,26T&Ω.
Na podlagi zgornjih rezultatov pregleda se lahko določi, da je bila izolacija izoliranega vlečnega štapiča preklopnika faze C 5031 prebita in je pokazala prevodnost pri relativno nizkih napetostih.
Ob rezanju izoliranega vlečnega štapiča preklopnika faze C 5031 za pregled je bilo ugotovljeno, da, razen na koncih štapiča, kjer ni bilo videti zračnih luknji, so bili dolgi zračni kanali v notranjosti štapiča, kot je prikazano na Sliki 6.
Splošna prebita; drugič, materialna sestava ali čas ohladitve izoliranega vlečnega štapiča ni ustrezał relevantnim zahtevam, kar je vodilo do neravnomernosti izolacijske moči različnih delov izoliranega vlečnega štapiča. Pod močnim električnim poljem so se najprej prebili deli z nižjo izolacijo, nato pa so sledili drugi deli z nižjo izolacijo, kar je končno vodilo do splošne prebite izoliranega vlečnega štapiča.
Sposobnosti obravnave
Splošna obravnava
Po določitvi vzroka nezadostnosti preklopnika faze C 5031 je elektrarna uredila zamenjavo izoliranega vlečnega štapiča preklopnika faze C. Po zaključku zamenjave je bila plinska komora vakumirana, napumpirana s plinom na imenovani tlak 0,45MPa in ostala stala 24 ur. Nato so bili izvedeni standardni preskusi, vključno z meritvami vlage v plinski komori, preverjanjem zapornega upora, izvajanjem karakterističnih preskusov in preverjanjem propustnosti plina. Po uspešnem zaključku standardnih preskusov so bili izvedeni AC obdržnostni in delni razpoloženski preskusi za preklopnik 5031 v obeh stanjih, zaprt in odprt. Dodatki so bili ponovno nameščeni in oddan zahtevek za ponovno prenašanje električne energije.
AC obdržnostni in delni razpoloženski preskusi
Preskusna napetost je bila podana z dodatne linije 3E. Pred preskusom so bile tri-fazne sekundarne vezave vseh napetostnih transformatorjev (TA) na obeh straneh preklopnika 5031 in 5032 sekundarno kratkoročne in zemljene na telesu. Tako so bile tudi sekundarne vezave vseh TA na dodatni liniji 3E kratkoročne in zemljene na telesu, in napetostni transformatorji znotraj obsega preskusa odstranjeni. AC obdržnostni in delni razpoloženski preskusi so bili izvedeni, ko je bil preklopnik 5031 zaprt in odprt.
Za 500kV GIS opremo v elektrarni je najvišja delovna napetost , fazna napetost , tovarniška preskusna napetost , in najvišja lokalna obdržnostna napetost , s trajanjem .
Kot je prikazano na Sliki 7, zaporedje zapornih obdržnostnih in delnih razpoloženskih preskusov je naslednje: GIS je staro in čisto na napetosti za 5 minut, in busbar je staro in čisto na napetosti za 3 minute. AC obdržnostni preskus je bil nato povečan na in ohranjen za 60 sekund. Napetost je bila nato hitro zmanjšana na , in delni razpoložen plinske komore preklopnika 5031 je bil preverjen za 3 minute. Po preskusu je napetost hitro zmanjšana na 0kV.
Kot je prikazano na Sliki 8, postopek preskusa odprtih obdržnostnih in delnih razpoloženskih meritev je naslednji: Preskusna napetost je enakomerno povečana na in ohranjen za 60 sekund. Po zaključku preskusa obdržnosti je napetost hitro zmanjšana na , in delni razpoložen plinske komore preklopnika 5031 je bil preverjen. Po preskusu je napetost hitro zmanjšana na 0kV.
Zaključek
Kakovost izoliranih vlečnih štapičev 500kV SF₆ tank-type preklopnikov je zelo pomembna za varnost preklopnikov in varnost električne omrežja. Proizvajalcem opreme je treba izvajati strogo kakovostno kontrolo. Pred montažo opreme je treba izvesti preskuse delnega razpoloženja izoliranih vlečnih štapičev, in če je potrebno, materialne preglede z metodo, kot je ultrazvočni preisk. Po postavitvi preklopnikov v delovanje je treba redno izvajati živčne preglede delnega razpoloženja z metodami, kot so zelo visoke frekvence in ultrazvočni preglede. Hkrati je treba kombinirati živčne preglede delnega razpoloženja z vzdrževanjem preklopnikov. Za preklopnike z neobičajnimi ravenmi delnega razpoloženja je mogoče hkrati izvajati analizo produktov razpadu SF₆ plina, da se diagnostič
