Analysering av orsak och behandling av avlägsningsstörning i isoleringsstång för 500kV SF₆ tankbrytare
Som en viktig komponent i strömbrytare, är den isolerande dragstången ett viktigt isolerande och överföringsdel av Gasisoleringsschaklar (GIS) utrustning. Den kräver hög tillförlitlighet i termer av mekaniska och elektriska egenskaper. Generellt sett uppstår sällan fel på isolerande dragstångar, men om ett fel inträffar kan det ha allvarliga konsekvenser för strömbrytaren.
550kV strömbrytaren i en viss kraftstation har en enbrytnings horisontell anordning, med modellen 550SR - K och en hydraulisk drivmechanism. Den har en brytningsegenskap på 63kA, en spänningsklass på 550kV, en nominalström på 4000A, en nominal brytningsström på 63kA, en nominell blixtimpulstillåten spänning på 1675kV, en nominell växelimpulstillåten spänning på 1300kV, och en nominell nätspänningstillåten spänning på 740kV. Strömbrytarens isolerande stång är tillverkad av epoxidharz, med en tjocklek på 15mm, en bredd på 40mm, och en densitet på 1.1 - 1.25g/cm³.
Felförlopp
En viss vattenkraftverk beredde sig på att återuppta energiöverföringen för sin huvudtransformator nummer 4. Kraftstationens huvudelströmsledning visas i figur 1. Den överordnade datorn öppnade först strömbrytaren 5032, och sedan strömbrytaren 5031. Den överordnade datorn rapporterade signaler som "TV Öppen Kretsvarning" och "5031 Strömbrytare Skyddsutrustning Ovanligt". Vid platsbesiktning upptäcktes att både skyddsutrustningen och säkerhetskontrollutrustningen för strömbrytare 5031 hade TV-öppna kretsvarningar. Under inspektionen av den överordnade datorn upptäcktes att för spänningsomvandlarna i T-zonen för strömbrytare 5032 och 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, och Ubc = 305kV. Vid faktisk platsbesiktning visade det sig att både strömbrytare 5032 och 5031 var i öppet läge.
Underhållspersonal mätte sekundärsvindelspänningen för fas C som 55V och för faser A och B som 0V vid terminalboxen för spänningsomvandlaren i T-zonen för strömbrytare 5032 och 5031. Det första bedömningen var att det fanns ett fel i fas C av strömbrytare 5031.
Platsinspektionssituation
Efter att felet inträffade, sökte kraftstationen omedelbart felpunkten på plats och genomförde en orsaksanalys. De kontaktade också provinshanteringen för att flytta strömbrytare 5031 till underhållsläge. När personal från strömbrytartillverkaren anlände till platsen, kontrollerades drivmekanismen för strömbrytare 5031 igen. Det visade sig att positionen på drivstången i mekanismen var i det normala "öppna" läget, och ingen abnormalitet i mekanismen upptäcktes, vilket visas i figur 2. Det preliminära beslutet var att felet orsakades av ett internt problem i strömbrytaren.
Med hänsyn till att stängningsmotståndet i strömbrytaren är betydligt mindre än jordningsmotståndet, om den faktiska interna tillståndet i strömbrytaren är i det stängda läget, kommer jordningsmotståndet för denna strömbrytare vara betydligt lägre än för de andra två faserna. Jorndningsmotståndet för trefasig strömbrytare 5031 mättes utan att öppna jordningsavskiljare på någon av sidorna. Mätresultaten var följande: Fas A var 273.3 μΩ, Fas B var 245.8 μΩ, och Fas C var 256.0 μΩ. Inga abnorma data upptäcktes för Fas C.
Efter att strömbrytare 5031 sattes i underhållsläge, initierades gasåtervinning för fas C i strömbrytare 5031, och förberedelser gjordes för att öppna locket för inspektion. Övre flanset för fas C i strömbrytare 5031 lyftes bort. Inspektionen visade att rörelse- och statiska kontakterna i denna strömbrytare var i det normala öppna läget, strömbrytarens totala struktur var intakt, och inga främmande föremål eller tydliga laddningsmärken fanns. Med hjälp av en multimeter mättes kontaktmotståndet mellan rörelse- och statiska kontakterna i strömbrytaren till 0.6 Ω (inom det normala intervallet), och det fanns ingen elektrisk koppling mellan rörelse- och statiska kontakterna och den isolerande dragstången, som visas i figur 3.
Efter att ha lyft bort det övre flanset och det nedre tillträdet till strömbrytaren igen för inspektion, upptäcktes en tydlig bränd lukt i gaskammaren. Det fanns brunt-svarta pulverformade ämnen i botten av gaskammaren och vid platsen för den nedre explosionskyddsmembranen, som visas i figur 4.
En manuell långsam stängningsprovning genomfördes på fas C i strömbrytare 5031. Stängningsoperationen var normal, och inga abnorma fenomen observerades. Efter den manuella långsamma stängningen var slutförd, inspekterades ytan av strömbrytarkroppen igen. Det upptäcktes att det fanns två laddningsmärken på den isolerande dragstången i strömbrytaren. En av dem var uppenbarligen sprucken, som visas i figur 5. Det fanns också spår på ytan av den isolerande dragstången, och dessa spår sträckte sig över hela den isolerande dragstången.
Efter att ha kontrollerat den isolerande dragstången och inte hittat nya laddningspunkter, genomfördes en manuell långsam öppningsprovning på fas C i strömbrytare 5031. Öppningsoperationen var normal. Efter att öppningen var slutförd, kontrollerades den isolerande dragstången igen, och fortfarande hittades inga nya laddningspunkter. En boreskop användes för att granska inuti strömbrytaren grundligt, och inga andra abnorma fenomen observerades.
Felorsaksanalys
Efter att den defekta isolerande dragstången tagits bort, observerades och mättes den. Dragstången var 570mm lång, 40mm bred, och 15mm tjock. Det fanns två tydliga laddningsbrännpunkter på hela den isolerande dragstången, belägna 182mm och 315mm från ändarna respektive. En av dem hade en spricka på ungefär 53mm. Det fanns tydliga spår av en laddningskanal på ytan av hela den isolerande dragstången, som sammanband hålen på insidan vid båda ändarna av dragstången.
Isoleringen av den defekta isolerande dragstången mättes. När mätning skedde med en multimeter var isoleringen mellan närliggande hål vid ändarna normal. Isoleringen mellan de två hålen på insidan vid båda ändarna var 1.583MΩ. När mätning skedde med en isoleringsmotstånds meter var resistansvärdet 643k&Ω (vid en spänning på 1010V), och isoleringen mellan de två hålen på utsidan vid båda ändarna var 1.52T&Ω (vid en spänning på 5259V). För en normal isolerande dragstång var isoleringen mellan de två hålen på insidan vid båda ändarna vid en spänning på 5259V större än 5.26T&Ω.
Baserat på ovanstående inspektionsslut kan det fastställas att isoleringen av den isolerande dragstången i fas C i strömbrytare 5031 hade trängts igenom, och den visade ledningsförmåga under relativt låga spänningsförhållanden.
När den isolerande dragstången i fas C i strömbrytare 5031 skars upp för inspektion, upptäcktes att, förutom vid ändarna av dragstången där inga luftbubblor syntes, fanns det långa luftbubblor längs laddningskanalen inuti dragstången, som visas i figur 6.
Övergripande genombrott; för det andra, materialproportioneringen eller härdningstiden för den isolerande dragstången uppfyllde inte de relevanta kraven, vilket resulterade i ojämn isoleringsstyrka i olika delar av den isolerande dragstången. Under starka elektriska fält trängdes först de delar med lägre isolering, och sedan följde andra delar med låg isolering, vilket slutligen ledde till övergripande genombrott av den isolerande dragstången.
Åtgärder
Allmän hantering
Efter att ha fastställt felets orsak i fas C i strömbrytare 5031, ordnade kraftstationen för ersättning av den isolerande dragstången i fas C. Efter att ersättningen var slutförd, evakuerades gaskammaren, fylldes med gas till en nominell tryck på 0.45MPa, och lämnades i 24 timmar. Sedan genomfördes rutintester, inklusive mätning av fukthalten i gaskammaren, kontroll av stängningsmotstånd, genomförande av karakteristiska tester, och utförande av gasläckagekontroll. Efter att rutintesterna godkänts, genomfördes AC-draghushållning och partiell utsläppningstest för strömbrytare 5031 i både stängt och öppet läge. Tillbehören monterades om, och ansökan om återupptagande av energiöverföring inleddes.
AC-draghushållning och partiell utsläppningstest
Provspänningen applicerades från reservlinjen 3E. Innan testet short-cirkulerades sekundärcirklarna för alla strömtransformatorer (TA) på båda sidorna av strömbrytare 5031 och 5032 och jordades vid huvudkroppen. Dessutom short-cirkulerades sekundärcirklarna för alla TA på reservlinje 3E och jordades vid huvudkroppen, och spänningsomvandlarna inom testområdet togs bort. AC-draghushållning och partiell utsläppningstest utfördes respektive när strömbrytare 5031 var i stängt och öppet läge.
För 500kV GIS-utrustning i kraftstationen, den högsta driftsspänningen , fasernas spänning , fabriksprovningsspänningen , och den maximala platsdraghushållningsspänningen , med en varaktighet på .
Som visas i figur 7, är sekvensen för stängningsdraghushållning och partiell utsläppningstest följande: GIS åldrades och rensades vid en spänning på i 5 minuter, och busshållaren åldrades och rensades vid en spänning på i 3 minuter. AC-draghushållningstestet ökades sedan till och behölls i 60 sekunder. Spänningen sänktes sedan snabbt till , och partiell utsläppning av gaskammaren i strömbrytare 5031 testades i 3 minuter. Efter testet sänktes spänningen snabbt till 0kV.
Som visas i figur 8, är testproceduren för öppen-draghushållning och partiell utsläppningsmätning följande: Provspänningen ökades jämnt till och behölls i 60 sekunder. Efter att draghushållningstestet var slutfört, sänktes spänningen snabbt till , och partiell utsläppning av gaskammaren i strömbrytare 5031 testades. Efter testet sänktes spänningen snabbt till 0kV.
Slutsats
Kvaliteten på de isolerande dragstångarna för 500kV SF₆ tanktypsströmbrytare är av stor betydelse för säkerheten hos strömbrytarna och elnätets säkerhet. Utrustningstillverkare bör genomföra strikt kvalitetskontroll. Innan utrustningens montering bör partiella utsläppningstester utföras på isolerande dragstångar, och materialkontroller kan genomföras med metoder som defektidentifiering om det behövs. Efter att strömbrytarna har satts i drift bör regelbunden levande partiell utsläppningsdetektering utföras med metoder som mycket hög frekvens och ultraljud. Samtidigt bör offline partiell utsläppningslevandedetektering kombineras med strömbrytarmaintenance. För strömbrytare med abnorma partiella utsläppningsnivåer kan analys av SF₆-gasens nedbrytningsprodukter genomföras samtidigt för att diagnostisera isoleringens hälsa i SF₆-strömbrytare tidigt, förhindra utrustningsfel och säkerställa elnätets säkra och stabila drift.
