500kV SF₆ tank circuit breaker yalıtım çubuğu boşaltma arızası neden analizi ve tedavisi
Kesici anahtarlarda önemli bir bileşen olan yalıtım çubuğu, Gaz Yalıtlı Anahtar Ekipmanları (GIS) ekipmanının önemli bir yalıtım ve iletim parçasıdır. Mekanik ve elektriksel özellikler açısından yüksek güvenilirliğe sahip olması gerekir. Genellikle yalıtım çubukları nadiren arızalanır, ancak bir arıza oluştuğunda kesici anahtar için ciddi sonuçlar doğurabilir.
Belli bir elektrik santralindeki 550kV kesici anahtar tek kesme yatay düzeneye sahiptir, model numarası 550SR - K ve hidrolik işletim mekanizması bulunmaktadır. Bu anahtarın kesme kapasitesi 63kA, nominal gerilimi 550kV, nominal akımı 4000A, nominal kesme akımı 63kA, nominal yıldırım darbe dayanımı 1675kV, nominal geçiş darbesi dayanımı 1300kV ve nominal güç frekansı dayanımı 740kV'dır. Kesici anahtarın yalıtım çubuğu epoksi rezinden yapılmıştır, kalınlığı 15mm, genişliği 40mm ve yoğunluğu 1.1 - 1.25g/cm³'tür.
Arıza Süreci
Belli bir hidroelektrik santrali, No. 4 ana transformatörünün enerji iletimini yeniden başlatmak üzereydi. Santralin ana elektrik bağlantısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Üst düzey bilgisayar önce 5032 kesici anahtarını açtı, ardından 5031 kesici anahtarını açtı. Üst düzey bilgisayar "TV Açık Devre Uyarısı" ve "5031 Kesici Anahtarı Koruma Cihazı Anomalisi" gibi sinyalleri bildirdi. Sahiplik kontrolü, 5031 kesici anahtarı koruma cihazının ve güvenlik-kontrol cihazının TV açık devre uyarılarına sahip olduğunu ortaya koydu. Üst düzey bilgisayar kontrolleri, 5032 ve 5031 kesici anahtarlarının T bölgesindeki gerilim dönüştürücülerinde Uab= 0, Uca = 306kV ve Ubc = 305kV olduğunu belirtti. Sahiplik kontrolünde, hem 5032 hem de 5031 kesici anahtarlarının açık konumda olduğu tespit edildi.
Bakım personeli, 5032 ve 5031 kesici anahtarlarının T bölgesindeki gerilim dönüştürücünün terminal kutusunda C fazının ikincil bobin gerilimini 55V olarak ölçtü ve A ve B fazlarının ise 0V olduğunu belirledi. İlk olarak 5031 kesici anahtarı C fazında bir arıza olduğu düşünüldü.
Sahiplik Kontrol Durumu
Arıza yaşanmasından sonra, santral hemen sahiplik kontrolünde arıza noktasını aradı ve arıza nedenini analiz etti. Ayrıca, eyalet seviyesi operasyon merkezine başvurarak 5031 kesici anahtarını bakım durumuna getirdi. Kesici anahtarı üreticisinden gelen personel, 5031 kesici anahtarının işletim mekanizmasını tekrar inceledi. İşletim çubuğunun konumu normal "açık" durumdaydı ve mekanizmada herhangi bir anormallik tespit edilmedi, Şekil 2'de gösterildiği gibiydi. Öncelikle, arızanın kesici anahtarı içindeki bir sorunun neden olduğu belirlendi.
Kesici anahtarın kapanma direncinin topraklama direncinden çok daha düşük olduğunu düşünüldüğünde, kesici anahtarın gerçek iç durumu kapalı konumdaysa, bu kesici anahtarın topraklama direnci diğer iki fazdan çok daha düşük olacaktır. Her iki tarafındaki topraklama ayırt edici anahtarlarını açmadan üç fazlı 5031 kesici anahtarının topraklama direnci ölçüldü. Ölçüm sonuçları şu şekildedir: A fazı 273.3 μΩ, B fazı 245.8 μΩ ve C fazı 256.0 μΩ. C fazında anormal veri tespit edilmedi.
5031 kesici anahtarı bakım durumuna alındıktan sonra, 5031C fazlı kesici anahtarı için gaz geri alma işlemi başlatıldı ve kapak açılma hazırlıkları yapıldı. 5031C fazlı kesici anahtarının üst flanşı kaldırıldı. Kontrol, bu kesici anahtarın hareketli ve sabit temas noktalarının normal açık konumda olduğunu, kesici anahtarın genel yapısının sağlam olduğunu ve yabancı cisim veya açıkça görünen boşaltma izlerinin olmadığını gösterdi. Çoklu test aleti kullanılarak, kesici anahtarın hareketli ve sabit temas noktaları arasındaki temas direnci 0.6 Ω (normal aralıkta) olarak ölçüldü ve hareketli ve sabit temas noktaları ile yalıtım çubuğu arasında herhangi bir elektriksel bağlantı bulunmadı, Şekil 3'te gösterildiği gibiydi.
Üst flanş ve alt erişim deliğini tekrar kaldırdıktan sonra, gaz odasında belirgin bir yanık koku algılandı. Gaz odasının tabanında ve alt patlama önleyici membranın yerinde kahverengi-siyah toz benzeri maddeler vardı, Şekil 4'te gösterildiği gibiydi.
5031C fazlı kesici anahtarı üzerinde manuel yavaş kapatma testi gerçekleştirildi. Kapatma işlemi normaldi ve herhangi bir anormal olgu gözlemlenmedi. Manuel yavaş kapatma tamamlandıktan sonra, kesici anahtar gövdesinin dış kısmı tekrar incelendi. Kesici anahtarın yalıtım çubuğunda iki boşaltma izi vardı. Bunlardan biri açıkça çatlamıştı, Şekil 5'te gösterildiği gibiydi. Yalıtım çubuğunun yüzeyinde izler vardı ve bu izler tüm yalıtım çubuğu boyunca uzanıyordu.
Yalıtım çubuğunda yeni boşaltma noktaları bulunamadıktan sonra, 5031C fazlı kesici anahtarı üzerinde manuel yavaş açma testi gerçekleştirildi. Açma işlemi normaldi. Açma tamamlandıktan sonra, yalıtım çubuğu tekrar incelendi ve hala yeni boşaltma noktaları bulunamadı. İç endoskop kullanılarak kesici anahtarın iç kısmı kapsamlı bir şekilde incelendi ve başka anormal olgular tespit edilmedi.
Arıza Nedeni Analizi
Arızalı yalıtım çubuğu çıkarıldıktan sonra, gözlemlendi ve ölçüldü. Çubuk 570mm uzunluğunda, 40mm genişliğinde ve 15mm kalınlığındaydı. Tüm yalıtım çubuğunda iki belirgin boşaltma-yanık noktası vardı, bunların biri ucundan 182mm, diğeri 315mm uzaklıktaydı. Bunlardan birinde yaklaşık 53mm uzunluğunda bir çatlak vardı. Tüm yalıtım çubuğunun yüzeyinde, çubuğun her iki ucundaki iç kenar deliklerini birbirine bağlayan açık bir iz kanalı vardı.
Arızalı yalıtım çubuğunun yalıtımı ölçüldü. Çoklu test aletiyle ölçüm yapılırken, uçlardaki komşu delikler arasındaki yalıtım normaldi. İki iç kenar delik arasındaki yalıtım 1.583MΩ idi. Yalıtım direnç metre ile ölçümde, direnç değeri 643k&Ω (1010V gerilim altında) ve iki dış kenar delik arasındaki yalıtım 1.52T&Ω (5259V gerilim altında) idi. Normal bir yalıtım çubuğu için, iki iç kenar delik arasındaki 5259V gerilim altında ölçülen yalıtım 5.26T&Ω'dan büyüktür.
Yukarıdaki inceleme sonuçlarına göre, 5031C fazlı kesici anahtarı yalıtım çubuğunun yalıtımı delinmiş ve nispeten düşük gerilim koşullarında iletkenlik gösterdiği belirlenebilir.
5031C fazlı kesici anahtarı yalıtım çubuğu kesilip incelemeye alındığında, çubuğun uçlarında görünmeyen hava delikleri dışında, çubuğun iç kısmında iz kanalı boyunca uzun hava delikleri olduğu tespit edildi, Şekil 6'da gösterildiği gibiydi.
Genel bozulma; ikinci olarak, yalıtım çubuğunun malzeme orantılılığı veya katılaşma süresi ilgili gerekliliklere uymuyor olabilir, bu da yalıtım çubuğunun farklı bölümlerinde eşit olmayan yalıtım gücüne yol açar. Güçlü bir elektrik alanında, daha düşük yalıtım gücü olan bölgeler öncelikle delinir ve ardından diğer düşük yalıtım bölgeleri takip eder, sonunda bu, yalıtım çubuğunun genel bozulmasına yol açar.
İşlemler
Genel İşlemler
5031C fazlı kesici anahtarı arızası nedeni belirlendikten sonra, santral C fazlı kesici anahtarı yalıtım çubuğunun değiştirilmesi için düzenleme yaptı. Değiştirme işlemi tamamlandıktan sonra, gaz odası boşaltıldı, 0.45MPa nominal basıncına gaz dolduruldu ve 24 saat bekletildi. Daha sonra, rutin testler gerçekleştirildi, bu testler gaz odasındaki nem miktarını ölçme, kapanma direnci kontrolü, karakteristik testler ve gaz sızıntı testi içeriyordu. Rutin testler başarılı olduktan sonra, 5031 kesici anahtarı açık ve kapalı durumlarda AC dayanım gerilimi ve kısmi boşaltma testleri gerçekleştirildi. Aksesuarlar yeniden monte edildi ve enerji iletimi yeniden başlatma başvurusu yapıldı.
AC Dayanım Gerilimi ve Kısmi Boşaltma Testleri
Test gerilimi yedek hat 3E'den uygulandı. Test öncesinde, 5031 kesici anahtarı ve 5032 kesici anahtarı her iki tarafındaki tüm akım dönüştürücülerin (TA) üç fazlı ikincil devreleri ana gövdede kısa devre yapıldı ve toprağa bağlandı. Ayrıca, yedek hat 3E'deki tüm TA'ların ikincil devreleri ana gövdede kısa devre yapıldı ve toprağa bağlandı, test aralığındaki gerilim dönüştürücüler çıkarıldı. 5031 kesici anahtarı kapalı ve açık durumlarda AC dayanım gerilimi ve kısmi boşaltma testleri ayrı ayrı gerçekleştirildi.
Santraldeki 500kV GIS ekipmanı için en yüksek çalışma gerilimi , faz gerilimi , fabrika test gerilimi ve maksimum sahiplik dayanım gerilimi , süre idi.
Şekil 7'de gösterildiği gibi, kapanma dayanım gerilimi ve kısmi boşaltma testlerinin sırası şöyledir: GIS, geriliminde 5 dakika yaşlandırıldı ve temizlendi, ana hat geriliminde 3 dakika yaşlandırıldı ve temizlendi. AC dayanım gerilimi testi gerilimine yükseltildi ve 60 saniye boyunca tutuldu. Gerilim gerilimine hızlıca düşürüldü ve 5031 kesici anahtarı gaz odasının kısmi boşaltması 3 dakika boyunca test edildi. Test tamamlandıktan sonra, gerilim hızlıca 0kV'ye düşürüldü.
Şekil 8'de gösterildiği gibi, açık devre dayanım gerilimi ve kısmi boşaltma ölçüm test prosedürü şöyledir: Test gerilimi gerilimine düzgün bir şekilde yükseltildi ve 60 saniye boyunca tutuldu. Dayanım gerilimi testi tamamlandıktan sonra, gerilim gerilimine hızlıca düşürüldü ve 5031 kesici anahtarı gaz odasının kısmi boşaltması test edildi. Test tamamlandıktan sonra, gerilim hızlıca 0kV'ye düşürüldü.
Sonuç
500kV SF₆ tank tipi kesici anahtarlarının yalıtım çubuklarının kalitesi, kesici anahtarların güvenliği ve elektrik şebekesinin güvenliği açısından büyük önem taşır. Ekipman üreticileri, sıkı kalite kontrolü yapmalıdır. Ekipman montajından önce, yalıtım çubukları üzerinde kısmi boşaltma testleri yapılmalı ve gerekirse çatlak tarama gibi yöntemlerle malzeme kontrolleri gerçekleştirilebilir. Kesici anahtarlar faaliyete geçirildikten sonra, çok yüksek frekans ve ultrasonik test gibi yöntemlerle düzenli canlı kısmi boşaltma tespit çalışmaları yapılmalıdır. Aynı zamanda, kesici anahtar bakımıyla birlikte çevrim dışı kısmi boşaltma canlı tespiti yapılmalıdır. Kısmi boşaltma düzeyi anormal olan kesici anahtarlar için, aynı anda SF₆ gaz ayrışım ürünleri analizi yapılabilir, bu da SF₆ kesici anahtarlarının yalıtım sağlığını erken tanımlamaya yardımcı olur, ekipman arızalarını önler ve elektrik şebekesinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlar.
