Аналіз причин відокремлення електричного розряду в ізоляційному штоку 500 кВ SF₆ бакового вимикача та його усунення
Як ключова компонента вимикачів, ізоляційна тяга є важливим ізоляційним та передавальним елементом обладнання GIS (газоізольованого переключувального пристрою). Вона повинна мати високу надійність з точки зору механічних та електричних характеристик. Загалом, ізоляційні тяги рідко виходять з ладу, але якщо відмова відбувається, це може мати серйозні наслідки для вимикача.
Вимикач напруги 550 кВ на певній електростанції має одновимикальну горизонтальну конструкцію, модель 550SR - K з гіdraulic drive mechanism. Його параметри такі: струм розриву 63 кА, номінальна напруга 550 кВ, номінальний струм 4000 А, номінальний струм розриву 63 кА, номінальна витривалість до ударної імпульсної напруги 1675 кВ, номінальна витривалість до комутаційної імпульсної напруги 1300 кВ, номінальна витривалість до промислової частоти 740 кВ. Ізоляційна тяга вимикача виготовлена з епоксидного смоли, товщиною 15 мм, шириною 40 мм, з густотою 1,1-1,25 г/см³.
Процес відмови
На певній ГЕС планувалася відновлення подачі електроенергії для головного трансформатора №4. Основна електрична схема електростанції представлена на рисунку 1. Верхній комп'ютер спочатку відкрив вимикач 5032, а потім вимикач 5031. Верхній комп'ютер сигналізував про "Тривогу відкриття ТВ" та "Неправильну роботу захисного пристрою вимикача 5031". На місці було встановлено, що як захисний, так і безпечний контролер вимикача 5031 мали тривогу відкриття ТВ. Перевірка верхнього комп'ютера показала, що для напруженніх трансформаторів в зоні T вимикачів 5032 та 5031 Uab= 0, Uca = 306кВ, Ubc = 305кВ. На місці було встановлено, що обидва вимикачі 5032 та 5031 були у відкритому положенні.
Обслуговуючий персонал виміряв напругу вторинного змотування фази C на рівні 55 В, а фаз A та B на рівні 0 В на коробці клемм напруженнівого трансформатора в зоні T вимикачів 5032 та 5031. Було початково встановлено, що в фазі C вимикача 5031 відбувся дефект.
Ситуація на місці
Після відмови, електростанція негайно почала пошук дефектного місця на місці та аналіз причини відмови. Також було зверненося до провідного диспетчерського центру, щоб перевести вимикач 5031 в режим обслуговування. Після приїзду персоналу виробника вимикачів на місце, була проведена повторна перевірка механізму вимикача 5031. Було встановлено, що положення оперативної тяги механізму було в нормальному положенні "відкрито", і не було виявлено жодних аномалій механізму, як показано на рисунку 2. Було початково встановлено, що відмова викликана внутрішніми проблемами вимикача.
З огляду на те, що опір закриття вимикача значно менший, ніж опір заземлення, якщо фактичне внутрішнє положення вимикача є замкнутим, то опір заземлення цього вимикача буде значно нижчим, ніж у двох інших фаз. Опири заземлення трифазного вимикача 5031 були виміряні без відкриття заземлювальних відокремлювачів з обох сторін вимикача. Результати вимірювання були такими: фаза A — 273,3 мкОм, фаза B — 245,8 мкОм, фаза C — 256,0 мкОм. Незвичайних даних для фази C не було виявлено.
Після того, як вимикач 5031 був переведений в режим обслуговування, було започатковано процес відновлення газу для вимикача фази C 5031, і були підготовлені до відкриття кришки для перевірки. Верхня фланцева частина вимикача фази C 5031 була піднятa. Перевірка показала, що рухомі та статичні контакти цього вимикача були в нормальному відкритому положенні, загальна конструкція вимикача була цілісною, і не було знайдено жодних сторонніх предметів або очевидних слідів розряду. За допомогою мультиметра було виміряно контактний опір між рухомими та статичними контактами вимикача на рівні 0,6 Ом (в межах норми), і не було електричного з'єднання між рухомими та статичними контактами та ізоляційною тягою, як показано на рисунку 3.
Після підняття верхньої фланцевої частини та нижнього отвору вимикача для перевірки, було виявлено відчутний запах гарі, а також коричнево-чорні порошкові речовини на дні камері газу та на місці нижньої взрывозащитной мембраны, як показано на рисунке 4.
Було проведено ручне повільне закриття вимикача фази C 5031. Операція закриття була нормальною, і не було спостережено жодних аномалій. Після завершення ручного повільного закриття, знову було перевірено зовнішню частину корпусу вимикача. Було виявлено два сліди розряду на ізоляційній тязі вимикача. Один з них був очевидно тріщиною, як показано на рисунку 5. Були також виявлені сліди розряду на поверхні ізоляційної тяги, і ці сліди простягалися по всій ізоляційній тязі.
Після перевірки ізоляційної тяги та виявлення відсутності нових точок розряду, було проведено ручне повільне відкриття вимикача фази C 5031. Операція відкриття була нормальною. Після завершення відкриття, знову було перевірено ізоляційну тягу, і не було виявлено нових точок розряду. Було використано бороскоп для детальної перевірки внутрішньої частини вимикача, і не було виявлено інших аномалій.
Аналіз причин відмови
Після демонтажу дефектної ізоляційної тяги, було проведено її візуальне та вимірювальне дослідження. Довжина тяги становила 570 мм, ширина — 40 мм, товщина — 15 мм. На всій ізоляційній тязі було виявлено два очевидні місця розряду, розташовані на відстані 182 мм та 315 мм від кінців. Одне з них містило тріщину довжиною приблизно 53 мм. На поверхні всієї ізоляційної тяги були очевидні сліди каналу розряду, який з'єднував отвори з внутрішньої сторони на обох кінцях тяги.
Ізоляція дефектної ізоляційної тяги була виміряна. При вимірюванні мультиметром, ізоляція між сусідніми отворами на кінцях була нормальною. Ізоляція між двома внутрішніми отворами на обох кінцях становила 1,583 МОм. При вимірюванні ізоляційним мітром, значення опору становило 643 кОм (при напрузі 1010 В), а ізоляція між двома зовнішніми отворами на обох кінцях становила 1,52 ТОм (при напрузі 5259 В). Для нормальної ізоляційної тяги, ізоляція між двома внутрішніми отворами на обох кінцях при напрузі 5259 В перевищує 5,26 ТОм.
На основі вищевказаних результатів перевірки, можна встановити, що ізоляція ізоляційної тяги вимикача фази C 5031 була пробита, і вона показувала провідність при відносно низькій напрузі.
При розрізанні ізоляційної тяги вимикача фази C 5031 для перевірки, було виявлено, що, за винятком кінців тяги, де не було видно повітряних отворів, вздовж каналу розряду всередині тяги були довгі повітряні отвори, як показано на рисунку 6.
Загальне пробиття; друге, співвідношення матеріалів або час затверджування ізоляційної тяги не відповідав відповідним вимогам, що призвело до нерівномірної ізоляційної міцності різних частин ізоляційної тяги. У сильному електричному полі, області з нижчою ізоляцією були першими пробиті, а потім інші області з нижчою ізоляцією, що в кінцевому підсумку призвело до загального пробиття ізоляційної тяги.
Міри захисту
Загальні міри
Після встановлення причини відмови вимикача фази C 5031, електростанція організувала заміну ізоляційної тяги вимикача фази C. Після завершення заміни, камеру газу було вакуумізовано, заповнено газом до номінального тиску 0,45 МПа, і залишено на 24 години. Потім були проведені типові випробування, включаючи вимірювання вмісту вологи в камері газу, перевірку опору закриття, проведення характеристик тестів, та перевірку на витікання газу. Після успішного проходження типових випробувань, були проведені випробування на витривалість до перемінного струму та вимірювання локальних розрядів для вимикача 5031 в станах "закрито" та "відкрито". Аксесуари були заново встановлені, і було подано заявку на відновлення підачі електроенергії.
Випробування на витривалість до перемінного струму та вимірювання локальних розрядів
Напруга випробування була застосована з резервної лінії 3E. Перед випробуванням, трифазні вторинні контури усіх трансформаторів струму (ТА) з обох сторін вимикачів 5031 та 5032 були короткозамкнені та заземлені на основному корпусі. Також, вторинні контури усіх ТА на резервній лінії 3E були короткозамкнені та заземлені на основному корпусі, а напруженні трансформатори в межах випробування були вилучені. Випробування на витривалість до перемінного струму та вимірювання локальних розрядів були проведені, коли вимикач 5031 був у станах "закрито" та "відкрито".
Для обладнання GIS 500 кВ на електростанції, максимальна робоча напруга , фазова напруга , заводська випробувальна напруга , а максимальна на місці випробувальна напруга , з тривалістю .
Як показано на рисунку 7, послідовність випробувань на витривалість до перемінного струму та вимірювання локальних розрядів наступна: GIS було старінно та очищено напругою протягом 5 хвилин, а шина була старінна та очищена напругою протягом 3 хвилин. Випробування на витривалість до перемінного струму було збільшено до і утримано протягом 60 секунд. Напруга була швидко зменшена до , і було виміряно локальні розряди камери газу вимикача 5031 протягом 3 хвилин. Після випробування, напруга була швидко зменшена до 0 кВ.
Як показано на рисунку 8, процедура випробування на витривалість до перемінного струму та вимірювання локальних розрядів відкритого контуру наступна: напруга випробування була рівномірно збільшена до
