Analiza uzroka i tretman defekta isparkivanja izolacionog štapa prekidača sa SF₆ rezervoarom na 500kV
Kao ključni sastojak prekidača, izolovana vlačna štapa je važan izolacioni i prenosni deo opreme za gasno-izolovane prekidnike (GIS). Potrebno je da ima visoku pouzdanost u pogledu mehaničkih i električnih karakteristika. Obično se izolovani vlačni štapovi rijetko varaju, ali kada dođe do greške, može imati ozbiljne posljedice za prekidnik.
550kV prekidnik u određenoj elektranji ima jednoprepreknu horizontalnu raspodjelu, sa modelom 550SR - K i hidrauličkim mehanizmom rada. Ima kapacitet prekida od 63kA, nominalnu naponsku razinu od 550kV, nominalni struja od 4000A, nominalni prekidni struj od 63kA, nominalnu otpornost na udarne napone bleska od 1675kV, nominalnu otpornost na prekidne impulsnosti napone od 1300kV i nominalnu otpornost na radni frekvencijski napon od 740kV. Izolovana štapa prekidnika izrađena je od epoksidne smole, debljine 15mm, širine 40mm i gustoće 1.1 - 1.25g/cm³.
Proces greške
Određena hidroelektrana pripremala se da obnovi prenos energije za svoj četvrti glavni transformator. Glavna električna vezana mreža elektrane prikazana je na Slici 1. Gornji računar prvo otvorio je prekidnik 5032, a zatim prekidnik 5031. Gornji računar je prijavio signale poput "Alarm otkaza TV" i "Nestandardnost uređaja za zaštitu prekidnika 5031". Na mestu su utvrdili da su uređaji za zaštitu i bezbednost prekidnika 5031 imali alarm otkaza TV. Pregled gornjeg računara je pokazao da za naponske transformatore u T-zoni prekidnika 5032 i 5031, Uab= 0, Uca = 306kV i Ubc = 305kV. Na mestu su utvrdili da su oba prekidnika 5032 i 5031 bila u otvorenom položaju.
Održavajući ljudi su izmerili sekundarni napon faze C na 55V, a faza A i B na 0V na terminalnoj kutiji tela naponskog transformatora u T-zoni prekidnika 5032 i 5031. Inicijalno je procenjeno da postoji greška u fazi C prekidnika 5031.
Situacija na mestu pregleda
Nakon što se dogodila greška, elektrana je odmah započela pretragu tačke greške na mestu i analizu uzroka greške. Takođe je kontaktirala provincijski centar za upravljanje kako bi prekidnik 5031 prebacila u stanje održavanja. Nakon što su ljudi proizvođača prekidnika stigli na mesto, ponovo su pregledali mehanizam rada prekidnika 5031. Ustanovljeno je da je položaj vlačne štapa mehanizma bio u normalnom "otvorenom" stanju, a nisu detektovani nikakvi nepravilnosti u mehanizmu, kao što je prikazano na Slici 2. Inicijalno se zaključilo da je greška nastala zbog internog problema prekidnika.
Zapazivši da je zatvarajući otpor prekidnika daleko manji od zemljanskog otpora, ako je stvarno interno stanje prekidnika u zatvorenom položaju, zemljanski otpor ovog prekidnika bi bio značajno niži od ostalih dvije faze. Zemljanski otpori trofaznog prekidnika 5031 su izmereni bez otvaranja zemljanskih odvojivača na oba kraja prekidnika. Rezultati merenja su bili sledeći: Faza A je 273.3 μΩ, Faza B je 245.8 μΩ i Faza C je 256.0 μΩ. Nisu detektovani nepravilni podaci za fazu C.
Nakon što je prekidnik 5031 prebačen u stanje održavanja, započeo je proces vraćanja gasa za fazu 5031C prekidnika, i pripremljen je za otvaranje poklopca za pregled. Gornji flanac prekidnika 5031C je podignut. Pregled je pokazao da su pokretni i statični kontakti ovog prekidnika bili u normalnom otvorenom položaju, celokupna struktura prekidnika je bila integritetna, a nisu pronađeni strani predmeti ili očigledni tragovi ispitivanja. Koristeći multimetar, izmeren je kontakti otpor između pokretnih i statičnih kontakata prekidnika na 0.6 Ω (u normalnom opsegu), a ne postojala je električna veza između pokretnih i statičnih kontakata i izolovane vlačne štapa, kao što je prikazano na Slici 3.
Nakon podizanja gornjeg flanca i donjeg pristupa prekidnika za novi pregled, detektovan je očigledan miris žarenja u gasnoj komori. Na dnu gasne komore i na lokaciji donjeg eksplozivnog membrana bile su smeđe-crne prašne tvari, kao što je prikazano na Slici 4.
Izvršen je ručni sporozatvarajući test na fazu 5031C prekidnika. Operacija zatvaranja je bila normalna, a nisu se detektovani nepravilni pojave. Nakon završetka ručnog sporozatvaranja, ponovo je pregledan spoljni dio tela prekidnika. Utvrdilo se da su na izolovanoj vlačnoj štapi prekidnika bili dva tragova ispitivanja. Jedan od njih je očigledno pukao, kao što je prikazano na Slici 5. Na površini izolovane vlačne štapi su bili i tragovi sleda, koji su se protezli kroz celu izolovanu vlačnu štapu.
Nakon pregleda izolovane vlačne štape i nepronalaženja novih tačaka ispitivanja, izvršen je ručni sporootvarajući test na fazu 5031C prekidnika. Operacija otvaranja je bila normalna. Nakon završetka otvaranja, izolovana vlačna štapa je ponovo pregledana, a nisu se pronašli novi tačke ispitivanja. Korišćenjem boreskopa detaljno je pregledan unutrašnjost prekidnika, a nisu se detektovane druge nepravilne pojave.
Analiza uzroka greške
Nakon uklanjanja defektne izolovane vlačne štape, ista je promatrana i merena. Vlačna štapa je bila dugacka 570mm, široka 40mm i debljina 15mm. Na cijeloj izolovanoj vlačnoj štapi su bili dva očigledna mesta ispitivanja, naudaljenih 182mm i 315mm od krajeva redom. Jedno od njih je imalo pukotinu dužine približno 53mm. Na površini cijele izolovane vlačne štape su bili očigledni tragovi kanala sleda, koji su povezivali unutrašnje otvorice na oba kraja vlačne štape.
Izolacija defektne izolovane vlačne štape je izmerena. Kada je izmerena višefunkcionalnim merilom, izolacija između susjednih otvora na krajevima bila je normalna. Izolacija između dva unutrašnja otvora na oba kraja bila je 1.583MΩ. Kada je izmerena merilom za otpornost, vrijednost otpora bila je 643k&Ω (na naponu od 1010V), a izolacija između dva spoljnja otvora na oba kraja bila je 1.52T&Ω (na naponu od 5259V). Za normalnu izolovanu vlačnu štapu, izolacija između dva unutrašnja otvora na oba kraja izmerena na naponu od 5259V bila je veća od 5.26T&Ω.
Na osnovu gore navedenih rezultata pregleda, može se zaključiti da je izolacija izolovane vlačne štape prekidnika 5031C bila proboda, i pokazivala je provodljivost pod relativno niskim naponskim uslovima.
Kada je izolovana vlačna štapa prekidnika 5031C rezanica za pregled, utvrdilo se da, osim krajeva vlačne štape gdje nisu vidljivi vazdušni otvori, duž kanala sleda unutar vlačne štape su bili duži vazdušni otvori, kao što je prikazano na Slici 6.
Opšte raspadanje; drugo, proporcija materijala ili vreme hardiranja izolovane vlačne štape nije zadovoljavalo relevantne zahteve, što je dovelo do neravnomerne izolacijske čvrstoće različitih delova izolovane vlačne štape. Pod snažnim električnim poljem, prvo su bili probodeni delovi sa nižom izolacijom, a zatim su slijedili drugi delovi sa nižom izolacijom, što je konačno dovelo do opštih raspadanja izolovane vlačne štape.
Mere obrade
Opšte mere
Nakon utvrđivanja uzroka greške prekidnika 5031C, elektrana je organizovala zamenu izolovane vlačne štape faze C. Nakon završetka zamene, gasna komora je evakuirana, ispuna gasom do nominalnog pritiska od 0.45MPa i ostavljena za 24 sata. Zatim su izvršeni rutinski testovi, uključujući merenje sadržaja vlage u gasnoj komori, provjeru zatvarajućeg otpora, izvršenje karakterističnih testova i provjeru curenja gasa. Nakon prolaska rutinskih testova, izvršeni su AC testovi otpornosti na napon i testovi parcijalnog ispitivanja za prekidnik 5031 u oba stanja, otvorenom i zatvorenom. Dodaci su reinstallirani, i podnesena je zahtev za obnavljanje prenosa energije.
AC testovi otpornosti na napon i parcijalnog ispitivanja
Testni napon je primenjen sa rezervne linije 3E. Pre testiranja, sve tri sekundarne petlje transformatora struje (TA) na obe strane prekidnika 5031 i 5032 su kratkosružene i zazemljene na telu. Takođe, sve sekundarne petlje TA na rezervnoj liniji 3E su kratkosružene i zazemljene na telu, a naponski transformatori unutar testnog opsega su uklonjeni. AC testovi otpornosti na napon i parcijalnog ispitivanja su izvršeni kada je prekidnik 5031 bio u zatvorenom i otvorenom stanju.
Za 500kV GIS opremu u elektrani, najviša radna naponska razina , fazonaponska razina , fabrični testni napon , a maksimalni terenski napon otpornosti na napon , sa trajanjem .
Kao što je prikazano na Slici 7, redosled testova zatvarajuće otpornosti na napon i parcijalnog ispitivanja je sledeći: GIS je staro i očišćeno na naponu za 5 minuta, a busbar je staro i očišćeno na naponu za 3 minute. AC test otpornosti na napon je zatim povećan na i održan za 60 sekundi. Napon je zatim brzo snižen na , i parcijalno ispitivanje gasne komore prekidnika 5031 je testirano za 3 minute. Nakon testiranja, napon je brzo snižen na 0kV.
Kao što je prikazano na Slici 8, procedura testiranja otvorene otpornosti na napon i mjerenja parcijalnog ispitivanja je sledeća: Testni napon je uniformno povećan na i održan za 60 sekundi. Nakon završetka testa otpornosti na napon, napon je brzo snižen na , i parcijalno ispitivanje gasne komore prekidnika 5031 je testirano. Nakon testiranja, napon je brzo snižen na 0kV.
Zaključak
Kvalitet izolovanih vlačnih štapa 500kV SF₆ tank tipa prekidnika je od velikog značaja za sigurnost prekidnika i sigurnost mreže. Proizvođači opreme trebaju strogo kontrolisati kvalitet. Pre montaže opreme, trebalo bi izvesti testove parcijalnog ispitivanja izolovanih vlačnih štapa, a potrebno je provesti materijalne inspekcije koristeći metode poput detekcije nedostataka ako je potrebno. Nakon što su prekidnici uvedeni u rad, trebalo bi redovno izvoditi živu detekciju parcijalnog ispitivanja koristeći metode poput vrlo visoke frekvencije i ultrazvučne. Istovremeno, offline detekcija parcijalnog ispitivanja trebalo bi biti kombinirana sa održavanjem prekidnika. Za prekidnike sa anomalnim nivoima parcijalnog ispitivanja, istovremeno se mogu izvršiti analize proizvoda dekompozicije SF₆ gasa kako bi se dijagnostikiralo zdravlje izolacije SF₆ prekidnika na ranih etapama, sprečavajući greške opreme i osiguravajući sigurno i stabilno funkcionisanje mreže.
