Анализ и обработка на дефектен разряд в 550 кВ GIS разделител

1.Описание на явленията при повредата

Повредата в разключвателя на оборудването GIS с напрежение 550 кВ се случи в 13:25 на 15 август 2024 г., докато оборудването работеше при пълна нагрузка с ток на нагрузката 2500 А. В момента на повредата свързаните защитни устройства реагираха незабавно, извършвайки отключване на съответния автомат и изолация на дефектната линия. Параметрите на системата се промениха значително: токът по линията спадна рязко от 2500 А до 0 А, а напрежението на шината моментално намаля от 550 кВ до 530 кВ, колебаейки се около 3 секунди, преди да се възстанови постепенно до 548 кВ и да се стабилизира. При проверка на място техническият персонал установи очевидни повреди на разключвателя. На повърхността на изолаторния корпус беше открит огнен знак дълъг приблизително 5 см. На връзката между подвижния и неподвижния контакт беше забелязано огнено пятно с диаметър около 3 см, заобиколено от черен порест осадок, а някои метални компоненти показваха признаци на топене, което указва интензивно дъгаобразование по време на повредата.

2.Анализ на причините за повредата

2.1 Анализ на основните параметри на оборудването и условията на работа
Разключвателят има номинално напрежение 550 кВ, номинален ток 3150 А и ток на прекъсване 50 кА. Тези параметри отговарят на операционните изисквания на системата 550 кВ в тази подстанция, теоретично гарантирайки надеждна работа при нормални условия. Разключвателят е бил в употреба 8 години с 350 операции. Последното поддръжко се извърши през юни 2023 г., включващо полирание на контактите, смазяване, регулиране на механизма и тестове на изолационното съпротивление – всички резултати отговаряха на спецификациите по това време. Въпреки че броят на операциите беше в нормален диапазон, дългосрочната употреба може да е довела до рискове от стареене, потенциално водещи до скрити дефекти при последващата употреба.

2.2 Анализ на тестовете на електрическите характеристики

Тестове на изолационното съпротивление на разключвателя показаха междуконтактно изолационно съпротивление 1500 МОм (историческа стойност: 2500 МОм; стандартно изискване: ≥2000 МОм). Изолационното съпротивление към земята беше 2000 МОм (историческа стойност: 3000 МОм; стандартно изискване: ≥2500 МОм). И двете стойности бяха значително по-ниски от историческите данни и стандарти, което сочи за намалена изолационна способност.
Тестове на фактора на диелектрична загуба (tanδ) при 10 кВ даваха измерена стойност 0,8% (историческа стойност: 0,5%; стандартно изискване: ≤0,6%). Повишеният tanδ сочи възможен проникновение на влага или стареене на изолационната среда, което намалява изолационната сила и увеличава риска от пробой.

2.3 Анализ на тестовете на механичните характеристики
Измервания на контактното налягане показаха:

• Фаза A: 150 Н (проектна стойност: 200 Н, отклонение: –25%)

• Фаза B: 160 Н (отклонение: –20%)

• Фаза C: 140 Н (отклонение: –30%)
  Всички измерени контактни налягания бяха под проектните стойности с големи отклонения, вероятно причинявайки увеличен контактен съпротив и локално нагряване, както и дъгаобразование.

Анализ на функциониращия механизъм показа:

• Време за затваряне: 80 мс (проектен диапазон: 60–70 мс); отклонение на синхронизъм: 10 мс (проектен лимит: ≤5 мс)

• Време за отваряне: 75 мс (проектен диапазон: 55–65 мс); отклонение на синхронизъм: 12 мс (проектен лимит: ≤5 мс)
  Времето за отваряне/затваряне надхвърли проектните граници, а отклоненията на синхронизъм бяха прекомерни, което сочи за нефункциониране на механизма, което може да доведе до асинхронна връзка/разделение, причинявайки повторно възгоряване на дъга и разряд.

2.4 Комплексен анализ на причините за повредата
Обединявайки всички открития:

• Електрически, намаленото изолационно съпротивление и увеличеният tanδ сочат за намалена изолация, създавайки условия за пробой.

• Механично, недостатъчното контактно налягане причини лош контакт и локално нагряване, докато аномалиите в механизма доведоха до асинхронна работа и повторно възгоряване на дъга, усилвайки повредата на изолацията.
  Въпреки регулярната поддръжка, дългосрочната употреба изложи оборудването на стареене, а фактори като температурните и влажностните колебания допълнително намалиха производителността. Флешовата повреда на разключвателя резултираше от комбинираните ефекти на намалена изолация, механични аномалии и стареене на оборудването.

3.Мерки за обработка на повредата
3.1 Бърза реакция на място
Незабавно след флешовата повреда беше активиран протокол за бърза реакция, за да се осигури безопасността на мрежата. Дефектният разключвател беше изолиран чрез изключване на съответните автомати, предотвратявайки ескалацията на повредата. Свързаните защитни устройства бяха проверени и регулирани, за да се избегнат неправилни действия или отказ. Режимът на работа на системата беше спешно преформулиран: товарът, който се носеше от дефектната линия, беше плавно прехвърлен към здрави линии, за да се поддържа доставката на електроенергия до важни потребители. По време на този процес параметрите на системата (напрежение, ток, честота) бяха внимателно мониторирани, за да се осигури стабилна работа. Персонал беше назначен да осигури местоположението на повредата и да предотврати несанкциониран достъп, избягвайки вторични инциденти.

3.2 План за ремонт на оборудването
На базата на анализ на кореновата причина беше разработен подробен план за ремонт:

• За намалена изолация: замяна и възстановяване на изолационните материали. Премахване на повредени, влажни или стареещи изолационни материали и инсталиране на нови, съответстващи материали, за да се възстанови изолационната способност.

• За недостатъчно контактно налягане: проверка и замяна на контактните пружини, регулиране на контактното налягане до проектни стойности, за да се минимизира контактното съпротивление и да се предотврати локално нагряване и дъгаобразование.

• За повреди на механизма: замяна на повредените компоненти и пълна рекалибрация на механизма, за да се отговорят на проектните спецификации относно времето и синхронизъма.

3.3 Процес на поправка и ключови технически моменти
Поправките стриктно следваха плана. Разединителят беше напълно разmontiran за пълен преглед, за да се потвърди степента на повредата. По време на замяна на изолацията, влажността и температурата на околната среда бяха контролирани, за да се предотврати контаминация или абсорбция на влага от новите материали. Монтажът осигури точна позиция и здраво свързване на изолацията, за да се избегнат празнини или ослабяване. Регулирането на контактното натискане използва калибрирани инструменти за точно, равномерно натискане по всички фази. Преработката и калибрацията на механизма спазваха процедурите, за да се гарантира гладко, надеждно функциониране. След поправката бяха проведени комплексни тестове – изолационно съпротивление, tanδ, контактно натискане и производителност на механизма – всички съответстваха на стандартите, преди повторното включване.

4.Проверка на ефективността на поправката
4.1 Тестове след поправка
Комплексните тестове потвърдиха възстановената производителност (виж таблица 1):

• Изолационно съпротивление: между контактите се увеличи от 1500 MΩ до 2400 MΩ; съпротивление към земята се увеличи от 2000 MΩ до 2800 MΩ – и двете съответстват на стандартите.

• tanδ намаля от 0.8% до 0.4%, в допустимите граници, потвърждавайки решаването на проблеми с влага/остаряване.

• Тест за издръжливост към напрежение: преди поправката съпротивлението се срина при 480 kV (< стандарт); след поправката, без сризване при 600 kV – потвърждава възстановяването на изолацията.

4.2 Оперативно наблюдение и оценка

Репарираният разединител подлежал на 3-месечно оперативно наблюдение. Температурите на контактите останали нормални, което потвърждава ефективната корекция на контактното натискане и контролираното контактно съпротивление. Операциите за включване и изключване се стабилизирали: времето за затваряне е 65 мс, а за отваряне – 58 мс, с девиации на синхронизация ≤3 мс. Не се наблюдавали повторни дуги или разряди. Комбинираните резултати от тестовете и наблюдението потвърждават успешното разрешаване на повредата и стабилната работа.

5.Профилактични мерки и препоръки
За да се гарантира ефективна работа на GIS и намаляване на рисковете от повреди, трябва да се прилагат стриктни стратегии за поддръжка:

• Редовни проверки: Извършвайте седмични визуални проверки и месечни функционални тестове от квалифицирани екипи, за да се засечат повреди или аномалии в ранен стадий.

• Напреднал мониторинг на състоянието: Разполагайте с онлайн системи за мониторинг, за реално време следене на частичния разряд, температурата и състава на газа, за да се идентифицират потенциални проблеми предварително.

• Профилактичен тест: Изпълнявайте периодични тестове за изолационно съпротивление и tanδ, за да се оцени електрическото/изолационно здравословие и да се предотвратят повреди, свързани с остаряване или влага.

• Избор и монтаж на оборудване: Изберете доказали се, зрели устройства GIS, отговарящи на оперативните нужди. Строго спазвайте стандартите за проектиране и строителство по време на монтажа, за да се гарантира правилно съвпадение и сигурни връзки.

• Въвеждане в експлоатация: Ригорозно проверявайте всички параметри на производителността по време на въвеждането в експлоатация, документирайте всички данни за бъдеща справка при поддръжка.

• Обучение на персонала: Редовно провеждайте техническо обучение и учения за спешни случаи, за да се увеличи компетентността на персонала в управлението и обработката на повреди, осигурявайки бързи и ефективни реакции на инциденти и защита на стабилността на мрежата.

6.Заключение
Този труд представя успешен анализ и разрешаване на повреда от дугово преминаване в 550 кВ GIS разединител. Подробната документация на повредата и многомерните тестове точно идентифицирали основните причини. Приложението на спешни мерки за отговор и ремонт успешно разрешило проблема, което било потвърдено от тестове след ремонта и оперативно наблюдение. Предложените профилактични мерки са целенасочени и практически, предлагайки ценни насоки за поддръжка на GIS. Бъдещата работа трябва да задълбочи изследванията върху механизми на повреди в GIS, за да се подобри още повече безопасността и надеждността на електроенергийната система.