Anàlisi i gestió d'una fallida per descàrrega en un interruptor GIS de 550 kV

1. Descripció del fenòmen de l'error

El defecte del interruptor en un equipament GIS de 550 kV va ocórrer el 15 d'agost de 2024 a les 13:25, mentre l'equipament funcionava sota càrrega completa amb una corrent de càrrega de 2500 A. En el moment del fracàs, els dispositius de protecció associats van actuar promptament, desconnectant el circuit interrompible corresponent i aïllant la línia defectuosa. Els paràmetres d'operació del sistema van canviar significativament: la corrent de la línia va caure bruscament de 2500 A a 0 A, i la tensió de la barra va disminuir instantàniament de 550 kV a 530 kV, fluctuant durant aproximadament 3 segons abans de recuperar-se gradualment a 548 kV i estabilitzar-se. La inspecció in situ per part del personal de manteniment va revelar danys evidents al interruptor. Es va trobar una marca de cremat d'aproximadament 5 cm de llargada a la superfície de la carena aïllant. Un punt de crida de descàrrec d'un diàmetre d'uns 3 cm va aparèixer a la connexió entre els contactes mòbil i fix, envoltat de residus polvorosos negres, i alguns components metàl·lics mostraven signes de fusió, indicant una arcing intensa durant el defecte.

2.Anàlisi de la causa del defecte

2.1 Anàlisi dels paràmetres bàsics de l'equipament i les condicions d'operació
El interruptor té una tensió nominal de 550 kV, una corrent nominal de 3150 A i una corrent d'interrupció de 50 kA. Aquests paràmetres compleixen els requisits operatius del sistema de 550 kV a aquesta subestació, assegurant teòricament una operació fiable en condicions normals. El interruptor havia estat en servei durant 8 anys amb 350 operacions. La darrera manutenció es va realitzar a juny de 2023, incloent el poliment dels contactes, la lubrificació, l'ajustament de la mecànica i la prova de resistència aïllant—tots els resultats van complir les especificacions en aquell moment. Tot i que el nombre d'operacions estava dins del rang normal, la operació a llarg termini podria haver introduït riscos d'envelleciment, potencialment conduint a deficiències latents durant el servei posterior.

2.2 Anàlisi de les proves de rendiment elèctric

Les proves de resistència aïllant del interruptor van mostrar una resistència aïllant intercontacte de 1500 MΩ (valor històric: 2500 MΩ; requeriment estàndard: ≥2000 MΩ). La resistència a terra era de 2000 MΩ (valor històric: 3000 MΩ; requeriment estàndard: ≥2500 MΩ). Ambdós valors eren significativament inferiors als dades històriques i als estàndards, indicant una pèrdua de rendiment aïllant.
La prova del factor de pèrdua dielèctrica (tanδ) a 10 kV va donar un valor mesurat de 0,8% (valor històric: 0,5%; requeriment estàndard: ≤0,6%). L'augment del tanδ suggereix una possible infiltració d'humitat o envelleciment del medi aïllant, que redueix la força aïllant i augmenta el risc de trencament dielèctic.

2.3 Anàlisi de les proves de rendiment mecànic
Les mesures de pressió de contacte van mostrar:

• Fase A: 150 N (valor de disseny: 200 N, desviació: –25%)

• Fase B: 160 N (desviació: –20%)

• Fase C: 140 N (desviació: –30%)
  Totes les pressions de contacte mesurades eren inferiors als valors de disseny amb grans desviacions, probablement causant un increment de la resistència de contacte, un sobrecalorament localitzat i arcing.

L'anàlisi de la mecànica d'operació va revelar:

• Temps de tancament: 80 ms (rang de disseny: 60–70 ms); desviació de sincronització: 10 ms (límit de disseny: ≤5 ms)

• Temps d'obertura: 75 ms (rang de disseny: 55–65 ms); desviació de sincronització: 12 ms (límit de disseny: ≤5 ms)
  Tant els temps d'obertura/tancament com les desviacions de sincronització superaven els límits de disseny, indicant un malfuncionament de la mecànica que podria causar una operació asincrona dels contactes, conduint a la reiginització de l'arc i la descàrrec.

2.4 Anàlisi integral de la causa del defecte
Integrant tots els resultats:

• Elèctricament, la reducció de la resistència aïllant i l'increment del tanδ indiquen un deteriorament de l'aïllament, creant condicions per a un trencament.

• Mecànicament, la pressió de contacte insuficient va causar un contacte deficient i un sobrecalorament localitzat, mentre que el rendiment anormal de la mecànica va portar a una operació asincrona i la reiginització de l'arc, exacerbant el deteriorament de l'aïllament.
  Amb tot, encara que es mantenia regularment, el servei a llarg termini va exposar l'equipament a l'envelleciment, i factors ambientals com les fluctuations de temperatura i humitat van degradar encara més el rendiment. El defecte de flashover del interruptor va resultar de l'efecte combinat de la degradació de l'aïllament, les anomàlies mecàniques i l'envelleciment de l'equipament.

3.Mesures de gestió del defecte
3.1 Resposta d'emergència in situ
Immediatament després del defecte de flashover, es va activar un protocol d'emergència per assegurar la seguretat de la xarxa. El interruptor defectuós va ser aïllat desconnectant els circuit interrompibles associats, prevenint la escalada del defecte. Es van inspeccionar i ajustar els dispositius de protecció associats al interruptor per evitar un funcionament incorrecte o falla. El mode d'operació del sistema va ser urgentment reconfigurat: la càrrega anteriorment transportada per la línia defectuosa va ser transferida suavement a línies sanes per mantenir el subministrament d'energia als usuaris crítics. Durant aquest procés, es van monitorar de prop els paràmetres del sistema (tensió, corrent, freqüència) per assegurar l'operació estable. Es van assignar persones per assegurar el lloc del defecte i prevenir l'accés no autoritzat, evitant incidents secundaris.

3.2 Plan de reparació de l'equipament
Basant-se en l'anàlisi de la causa raó, es va desenvolupar un pla de reparació detallat:

• Per a l'aïllament degradat: reemplaçar i restaurar els mitjans aïllants. Eliminar els materials aïllants dañats, humits o envegits i instal·lar nous materials conformes per restaurar el rendiment aïllant.

• Per a la pressió de contacte insuficient: inspeccionar i reemplaçar les muelles de contacte, ajustar la pressió de contacte als valors de disseny per minimitzar la resistència de contacte i prevenir el sobrecalorament/arcing.

• Per als errors de la mecànica: reemplaçar els components dañats i recalibrar completament la mecànica per complir amb les especificacions de disseny en temps i sincronització.

3.3 Proces de reparació i punts tècnics clau
Les reparacions van seguir estrictament el pla. El desconnectador va ser totalment desmuntat per una inspecció exhaustiva per confirmar l'extensió dels danys. Durant la substitució de l'aïllament, s'ha controlat l'humitat i la temperatura ambientals per evitar la contaminació o l'absorció d'humitat dels nous materials. La instal·lació va assegurar una posició precisa i un forçament estret de l'aïllament per evitar buits o flotabilitat. Les regulacions de la pressió de contacte utilitzaren eines calibrades per garantir una força uniforme en totes les fases. La reassembleja i la calibració del mecanisme van adherir-se als procediments per assegurar un funcionament suau i fiable. Després de la reparació, es van realitzar proves completudes—resistència a l'aïllament, tanδ, pressió de contacte i rendiment del mecanisme—totes complien amb els estàndards abans de la reenergització.

4.Verificació de l'eficàcia de la reparació
4.1 Proves posteriors a la reparació
Les proves completes van confirmar el rendiment restaurat (vegeu Taula 1):

• Resistència a l'aïllament: entre contactes va augmentar de 1500 MΩ a 2400 MΩ; la resistència a terra va passar de 2000 MΩ a 2800 MΩ—ambdues compleixen amb els estàndards.

• tanδ va disminuir de 0,8% a 0,4%, dins dels límits acceptables, confirmant la resolució dels problemes d'humitat/envelleciment.

• Prova de tensió de soport: pre-reparació, es va produir un trencament a 480 kV (< estàndard); post-reparació, no hi ha hagut trencament a 600 kV—validant la recuperació de l'aïllament.

4.2 Supervisió i avaluació operativa

El descodificador reparat va passar per 3 mesos de supervisió operativa. Les temperatures dels contactes van romandre normals, confirmant una regulació efectiva de la pressió del contacte i un control de la resistència de contacte. Les operacions de commutació es van estabilitzar: temps de tancament a 65 ms, obertura a 58 ms, amb desviacions de sincronització ≤3 ms. No s'ha produït cap reinici d'arc ni descàrrega. Els resultats combinats de les proves i la supervisió confirman la resolució exitosa de l'error i una operació estable.

5.Mesures preventives i recomanacions
Per assegurar una operació eficient del GIS i reduir els riscos d'errors, s'han d'implementar estratègies estrictes de manteniment:

• Inspeccions regulars: Realitzeu inspeccions visuals setmanals i proves funcionals mensuals per equips qualificats per detectar danys o anomàlies precocis.

• Monitoratge avançat de l'estat: Desplegueu sistemes de monitoratge en línia per al seguiment en temps real de la descàrrega parcial, la temperatura i la composició del gas per identificar proactivament possibles problemes.

• Proves preventives: Realitzeu periòdicament proves de resistència a l'isolació i tanδ per avaluar la salut elèctrica i de l'isolació i prevenir errors relacionats amb l'envelheciment o l'humitat.

• Selecció i instal·lació d'equips: Trieu equips GIS provats i madurs que compleixin les necessitats operatives. Adhereixi's estrictament als estàndards de disseny i construcció durant la instal·lació per assegurar una alineació adequada i connexions segures.

• Puesta en marcha: Verifiqueu rigorosament tots els paràmetres de rendiment durant la puesta en marcha, documentant totes les dades per a futurs referents de manteniment.

• Formació del personal: Conduïu regularment formació tècnica i assajos d'emergència per millorar la competència del personal en l'operació i la gestió d'errors, assegurant respostes ràpides i efectives a incidents i protegint la estabilitat de la xarxa.

6.Conclusió
Aquest article presenta una anàlisi i resolució exitosa d'un error de flashover en un descodificador GIS de 550 kV. La documentació detallada de l'error i les proves multidimensionals van identificar amb precisió les causes radicals. Les mesures d'acció d'urgència i reparació implementades van resoldre eficàcement el problema, validat per les proves posteriors a la reparació i la supervisió operativa. Les mesures preventives proposades són orientades i pràctiques, oferint orientacions valuoses per al manteniment del GIS. El treball futur hauria de profunditzar la recerca en els mecanismes d'error del GIS per augmentar encara més la seguretat i la fiabilitat del sistema elèctric.