การวิเคราะห์สาเหตุและวิธีการแก้ไขปัญหาการปล่อยประจุของคันโยกฉนวนในตู้วงจรป้องกันไฟฟ้าแรงสูง 500kV SF₆
ในฐานะส่วนประกอบสำคัญของวงจรตัดกระแส แท่งฉนวนเป็นส่วนฉนวนและส่งผ่านที่สำคัญของอุปกรณ์ Gas-Insulated Switchgear (GIS) ต้องมีความเชื่อถือได้สูงในด้านคุณสมบัติทางกลและไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วแท่งฉนวนไม่มักจะเสียหาย แต่หากเกิดข้อผิดพลาดอาจทำให้มีผลร้ายแรงต่อวงจรตัดกระแส
วงจรตัดกระแส 550kV ที่สถานีไฟฟ้าแห่งหนึ่งมีการจัดเรียงแบบแนวนอนเดี่ยว รุ่น 550SR-K และมีกลไกการทำงานแบบไฮดรอลิก มีความสามารถในการตัดกระแส 63kA แรงดันกำหนด 550kV กระแสกำหนด 4000A กระแสตัดกำหนด 63kA แรงดันทนทานกระชากฟ้าผ่ากำหนด 1675kV แรงดันทนทานกระชากสวิตช์กำหนด 1300kV และแรงดันทนทานความถี่กำลังกำหนด 740kV แท่งฉนวนของวงจรตัดกระแสทำจากเรซินอีพอกซี มีความหนา 15 มม. ความกว้าง 40 มม. และความหนาแน่น 1.1-1.25 กรัม/ซม³
กระบวนการข้อผิดพลาด
สถานีไฟฟ้าพลังน้ำแห่งหนึ่งเตรียมพร้อมสำหรับการส่งไฟฟ้าใหม่ให้กับหม้อแปลงหลักหมายเลข 4 ระบบไฟฟ้าหลักของสถานีไฟฟ้าแสดงในภาพที่ 1 คอมพิวเตอร์ระดับบนเปิดวงจรตัดกระแส 5032 ก่อน แล้วจึงเปิดวงจรตัดกระแส 5031 คอมพิวเตอร์ระดับบนรายงานสัญญาณ "TV Open-Circuit Alarm" และ "5031 Circuit Breaker Protection Device Abnormality" การตรวจสอบที่หน้างานพบว่าอุปกรณ์ป้องกันและอุปกรณ์ควบคุมความปลอดภัยของวงจรตัดกระแส 5031 มีสัญญาณเตือน TV open-circuit คอมพิวเตอร์ระดับบนตรวจสอบพบว่าสำหรับโวลต์มิเตอร์ในเขต T ของวงจรตัดกระแส 5032 และ 5031 Uab= 0, Uca = 306kV, และ Ubc = 305kV การตรวจสอบที่หน้างานพบว่าวงจรตัดกระแส 5032 และ 5031 อยู่ในตำแหน่งเปิด
เจ้าหน้าที่บำรุงรักษาวัดแรงดันของวงจรรองเฟส C ที่ 55V และเฟส A และ B ที่ 0V ที่กล่องเทอร์มินัลของโวลต์มิเตอร์ในเขต T ของวงจรตัดกระแส 5032 และ 5031 สรุปเบื้องต้นว่ามีข้อผิดพลาดในเฟส C ของวงจรตัดกระแส 5031
สภาพการตรวจสอบที่หน้างาน
หลังจากเกิดข้อผิดพลาด สถานีไฟฟ้าทันทีทำการค้นหาจุดข้อผิดพลาดที่หน้างานและวิเคราะห์สาเหตุของข้อผิดพลาด ติดต่อศูนย์ควบคุมระดับจังหวัดเพื่อเปลี่ยนสถานะวงจรตัดกระแส 5031 เป็นการบำรุงรักษา หลังจากเจ้าหน้าที่จากผู้ผลิตวงจรตัดกระแสมาถึงที่หน้างาน ได้ตรวจสอบกลไกทำงานของวงจรตัดกระแส 5031 อีกครั้ง พบว่าตำแหน่งของแท่งปฏิบัติงานของกลไกอยู่ในสถานะ "เปิด" ปกติ และไม่พบความผิดปกติใด ๆ ของกลไก ตามที่แสดงในภาพที่ 2 สรุปเบื้องต้นว่าข้อผิดพลาดเกิดจากปัญหาภายในวงจรตัดกระแส
เนื่องจากความต้านทานของการปิดวงจรตัดกระแสน้อยกว่าความต้านทานการต่อกราวน์มาก หากสถานะภายในวงจรตัดกระแสถูกปิดจริง ความต้านทานการต่อกราวน์ของวงจรตัดกระแสนี้จะน้อยกว่าสองเฟสอื่น ๆ วัดความต้านทานการต่อกราวน์ของวงจรตัดกระแสสามเฟส 5031 โดยไม่เปิดสวิตช์แยกกราวน์ทั้งสองข้าง ผลการวัดคือ เฟส A 273.3 μΩ, เฟส B 245.8 μΩ, และเฟส C 256.0 μΩ ไม่พบข้อมูลผิดปกติสำหรับเฟส C
หลังจากวงจรตัดกระแส 5031 ถูกนำเข้าสู่สถานะบำรุงรักษา ได้เริ่มกระบวนการคืนแก๊สสำหรับวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 และเตรียมพร้อมสำหรับการเปิดฝาตรวจสอบ ยกฝาบนของวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 ออก การตรวจสอบพบว่าตัวต่อเคลื่อนที่และตัวต่อคงที่ของวงจรตัดกระแสนี้อยู่ในตำแหน่งเปิดปกติ โครงสร้างโดยรวมของวงจรตัดกระแสมีความสมบูรณ์ ไม่พบวัตถุแปลกปลอมหรือรอยไหม้ชัดเจน ใช้มาตรวัดค่าความต้านทานระหว่างตัวต่อเคลื่อนที่และตัวต่อคงที่ของวงจรตัดกระแสที่ 0.6 Ω (อยู่ในช่วงปกติ) และไม่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างตัวต่อเคลื่อนที่และตัวต่อคงที่กับแท่งฉนวน ตามที่แสดงในภาพที่ 3
หลังจากยกฝาบนและรูเข้าถึงด้านล่างของวงจรตัดกระแสดังกล่าวอีกครั้ง ตรวจพบกลิ่นไหม้ชัดเจนในห้องแก๊ส มีสารผงสีน้ำตาลดำที่ด้านล่างของห้องแก๊สและที่ตำแหน่งของเมมเบรนป้องกันการระเบิดด้านล่าง ตามที่แสดงในภาพที่ 4
ทดสอบการปิดวงจรแบบช้าด้วยมือสำหรับวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 การปิดวงจรเป็นปกติ ไม่พบปรากฏการณ์ผิดปกติ หลังจากเสร็จสิ้นการปิดวงจรด้วยมือ ตรวจสอบภายนอกของตัววงจรตัดกระแสดังกล่าวอีกครั้ง พบว่ามีรอยไหม้สองจุดบนแท่งฉนวนของวงจรตัดกระแส หนึ่งในนั้นมีรอยแตกชัดเจน ตามที่แสดงในภาพที่ 5 มีรอยไหม้บนพื้นผิวของแท่งฉนวน และรอยเหล่านี้ขยายตลอดทั้งแท่งฉนวน
หลังจากตรวจสอบแท่งฉนวนและไม่พบจุดไหม้ใหม่ ได้ทำการทดสอบการเปิดวงจรแบบช้าด้วยมือสำหรับวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 การเปิดวงจรเป็นปกติ หลังจากเปิดวงจรเสร็จสิ้น ตรวจสอบแท่งฉนวนอีกครั้ง และยังไม่พบจุดไหม้ใหม่ ใช้กล้องส่องตรวจสอบภายในวงจรตัดกระแสดังกล่าว และไม่พบปรากฏการณ์ผิดปกติอื่น ๆ
การวิเคราะห์สาเหตุของข้อผิดพลาด
หลังจากถอดแท่งฉนวนที่เสียหายออก ได้ทำการสังเกตและวัด แท่งฉนวนมีความยาว 570 มม. ความกว้าง 40 มม. และความหนา 15 มม. มีจุดไหม้จากการปล่อยประจุสองจุดบนแท่งฉนวนทั้งหมด อยู่ที่ 182 มม. และ 315 มม. จากปลาย หนึ่งในนั้นมีรอยแตกยาวประมาณ 53 มม. มีรอยทางการปล่อยประจุชัดเจนบนพื้นผิวของแท่งฉนวนทั้งหมด ซึ่งเชื่อมระหว่างรูด้านในทั้งสองข้างของแท่งฉนวน
วัดความต้านทานของแท่งฉนวนที่เสียหาย เมื่อวัดด้วยมาตรวัดค่าความต้านทานระหว่างรูที่อยู่ติดกันที่ปลายเป็นปกติ ความต้านทานระหว่างรูด้านในทั้งสองข้างคือ 1.583 MΩ เมื่อวัดด้วยเครื่องวัดความต้านทานฉนวน ค่าความต้านทานคือ 643 kΩ (ที่แรงดัน 1010 V) และความต้านทานระหว่างรูด้านนอกทั้งสองข้างคือ 1.52 TΩ (ที่แรงดัน 5259 V) สำหรับแท่งฉนวนปกติ ความต้านทานระหว่างรูด้านในทั้งสองข้างที่วัดที่แรงดัน 5259 V มากกว่า 5.26 TΩ
จากผลการตรวจสอบดังกล่าว สามารถสรุปได้ว่าแท่งฉนวนของวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 ถูกทะลุ และแสดงความต้านทานต่ำภายใต้แรงดันที่ต่ำ
เมื่อตัดแท่งฉนวนของวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 เพื่อตรวจสอบ พบว่า นอกเหนือจากปลายของแท่งที่ไม่เห็นรูอากาศ ภายในแท่งมีรูอากาศยาวตามทางการปล่อยประจุ ตามที่แสดงในภาพที่ 6
การทะลุทั้งหมด; ประการที่สอง ปริมาณส่วนผสมหรือเวลาการทำให้แข็งของแท่งฉนวนไม่ตรงตามข้อกำหนด ทำให้ความต้านทานฉนวนของส่วนต่างๆ ของแท่งฉนวนไม่เท่ากัน ในสนามไฟฟ้าที่แรง บริเวณที่มีความต้านทานฉนวนต่ำจะถูกทะลุก่อน แล้วบริเวณที่มีความต้านทานฉนวนต่ำอื่นๆ จะตามมา จนนำไปสู่การทะลุทั้งหมดของแท่งฉนวน
มาตรการจัดการ
การจัดการทั่วไป
หลังจากทราบสาเหตุของข้อผิดพลาดของวงจรตัดกระแสเฟส C 5031 สถานีไฟฟ้าได้จัดให้เปลี่ยนแท่งฉนวนของวงจรตัดกระแสเฟส C หลังจากเปลี่ยนเสร็จสิ้น ได้ทำการสูญญากาศห้องแก๊ส บรรจุแก๊สให้ได้แรงดันกำหนด 0.45 MPa และทิ้งไว้ 24 ชั่วโมง แล้วดำเนินการทดสอบประจำ รวมถึงการวัดความชื้นในห้องแก๊ส การตรวจสอบความต้านทานการปิด การทดสอบคุณสมบัติ และการตรวจสอบการรั่วไหลของแก๊ส หลังจากทดสอบประจำผ่าน ได้ทำการทดสอบแรงดันสลับและการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับวงจรตัดกระแส 5031 ทั้งในสถานะปิดและเปิด ติดตั้งอุปกรณ์เสริม และยื่นคำขอให้เริ่มส่งไฟฟ้า
การทดสอบแรงดันสลับและการปล่อยประจุบางส่วน
แรงดันทดสอบได้มาจากสายสำรอง 3E ก่อนทดสอบ วงจรรองของ TA ทั้งสามเฟสทั้งสองข้างของวงจรตัดกระแส 5031 และ 5032 ได้ถูกป้อนและต่อลงดินที่ตัวเครื่อง วงจรรองของ TA ทั้งหมดในสายสำรอง 3E ได้ถูกป้อนและต่อลงดินที่ตัวเครื่อง และโวลต์มิเตอร์ภายในขอบเขตทดสอบได้ถูกถอดออก การทดสอบแรงดันสลับและการปล่อยประจุบางส่วนได้ดำเนินการเมื่อวงจรตัดกระแส 5031 อยู่ในสถานะปิดและเปิด
สำหรับอุปกรณ์ GIS 500kV ที่สถานีไฟฟ้า แรงดันสูงสุดในการทำงาน , แรงดันเฟส , แรงดันทดสอบจากโรงงาน , และแรงดันทนทานสูงสุดที่ไซต์ , ระยะเวลา .
ตามที่แสดงในภาพที่ 7 ลำดับการทดสอบแรงดันสลับและการปล่อยประจุบางส่วนขณะปิดวงจรคือ: GIS ถูกทำให้ชราและทำความสะอาดที่แรงดัน เป็นเวลา 5 นาที และบัสบาร์ถูกทำให้ชราและทำความสะอาดที่แรงดัน เป็นเวลา 3 นาที ทดสอบแรงดันสลับเพิ่มขึ้นเป็น และรักษาไว้ 60 วินาที แรงดันลดลงอย่างรวดเร็วเป็น , และทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนของห้องแก๊สของวงจรตัดกระแส 5031 เป็นเวลา 3 นาที หลังจากทดสอบ แรงดันลดลงอย่างรวดเร็วเป็น 0kV
ตามที่แสดงในภาพที่ 8 ขั้นตอนการทดสอบแรงดันสลับและการวัดการปล่อยประจุบางส่วนขณะวงจรเปิดคือ: แรงดันทดสอบเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอเป็น และรักษาไว้ 60 วินาที หลังจากทดสอบแรงดันเสร็จสิ้น แรงดันลดลงอย่างรวดเร็วเป็น , และทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนของห้องแก๊สของวงจรตัดกระแส 5031 หลังจากทดสอบ แรงดันลดลงอย่างรวดเร็วเป็น 0kV
สรุป
คุณภาพของแท่งฉนวนของวงจรตัดกระแส SF₆ ขนาด 500kV มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของวงจรตัดกระแสและระบบไฟฟ้า ผู้ผลิตอุปกรณ์ควรควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด ก่อนการประกอบอุปกรณ์ ควรมีการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับแท่งฉนวน และสามารถใช้วิธีการตรวจสอบวัสดุเช่น การตรวจสอบความบกพร่อง ถ้าจำเป็น หลังจากวงจรตัดกระแสรองรับการใช้งาน ควรดำเนินการตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนแบบออนไลน์อย่างสม่ำเสมอโดยใช้วิธีการเช่น VHF และการทดสอบคลื่นเสียงความถี่สูง นอกจากนี้ควรรวมการตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนแบบออฟไลน์กับการบำรุงรักษาระบบวงจรตัดกระแส สำหรับวงจรตัดกระแสรองรับการปล่อยประจุบางส่วนที่ผิดปกติ สามารถวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของแก๊ส SF₆ พร้อมกัน เพื่อวินิจฉัยสภาวะฉนวนของวงจรตัดกระแส SF₆ ตั้งแต่เนิ่นๆ ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์และรับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของระบบไฟฟ้า
