Analýza a řešení poruchy vypínacího spínace v GIS 550 kV

1.Popis poruchového jevu

Porucha odpojovače v zařízení 550 kV GIS nastala dne 15. srpna 2024 v 13:25, když bylo zařízení v provozu za plného zatížení s proudem 2500 A. V okamžiku poruchy reagovala přidružená ochranná zařízení rychle, spínací přístroj byl odpojen a vadná větev izolována. Provozní parametry systému se výrazně změnily: proud ve větvi prudce poklesl z 2500 A na 0 A a napětí na sběrnici okamžitě kleslo z 550 kV na 530 kV, po dobu přibližně 3 sekundy kolísalo, než postupně stouplo na 548 kV a se stabilizovalo. Kontrola na místě provedená údržbáři odhalila zjevné poškození odpojovače. Na povrchu izolačního pouzdra byla nalezena spálená stopa dlouhá přibližně 5 cm. Na spojení pohyblivých a pevných kontaktů se objevil výbojový spálený bod o průměru cca 3 cm, obklopený černým práškovitým nánosem, a některé kovové části vykazovaly známky tavení, což naznačuje intenzivní oblouk během poruchy.

2.Analýza příčiny poruchy

2.1 Analýza základních parametrů zařízení a provozních podmínek
Odpojovač má jmenovité napětí 550 kV, jmenovitý proud 3150 A a vypínací proud 50 kA. Tyto parametry splňují provozní požadavky systému 550 kV v této rozvodně a teoreticky zajišťují spolehlivý provoz za normálních podmínek. Odpojovač byl v provozu 8 let s 350 spínacími operacemi. Poslední údržba byla provedena v červnu 2023, včetně leštění kontaktů, mazání, nastavení mechanismu a měření izolačního odporu – všechny výsledky tehdy splnily specifikace. I když počet operací byl v normálním rozsahu, dlouhodobý provoz mohl zavést rizika stárnutí materiálů, která mohla vést k latentním vadám během dalšího provozu.

2.2 Analýza elektrických výkonových testů

Měření izolačního odporu odpojovače ukázalo mezi-kontaktní izolační odpor 1500 MΩ (historická hodnota: 2500 MΩ; požadavek standardu: ≥2000 MΩ). Izolační odpor proti zemi byl 2000 MΩ (historická hodnota: 3000 MΩ; požadavek standardu: ≥2500 MΩ). Obě hodnoty byly výrazně nižší než historická data a standardy, což indikuje degradaci izolačních vlastností.
Měření dielektrických ztrát (tanδ) při 10 kV vykázalo naměřenou hodnotu 0,8 % (historická hodnota: 0,5 %; požadavek standardu: ≤0,6 %). Zvýšená hodnota tanδ naznačuje možný pronik nutí vlhkosti nebo stárnutí izolačního média, což snižuje izolační pevnost a zvyšuje riziko průrazu dielektrika.

2.3 Analýza mechanických výkonových testů
Měření tlaku kontaktů ukázalo:

• Fáze A: 150 N (návrhová hodnota: 200 N, odchylka: –25 %)

• Fáze B: 160 N (odchylka: –20 %)

• Fáze C: 140 N (odchylka: –30 %)
  Všechny naměřené hodnoty tlaku kontaktů byly pod návrhovými hodnotami s velkými odchylkami, což pravděpodobně způsobilo zvýšený přechodový odpor, lokální přehřívání a vznik oblouku.

Analýza operačního mechanismu odhalila:

• Doba zapnutí: 80 ms (návrhový rozsah: 60–70 ms); synchronizační odchylka: 10 ms (návrhový limit: ≤5 ms)

• Doba vypnutí: 75 ms (návrhový rozsah: 55–65 ms); synchronizační odchylka: 12 ms (návrhový limit: ≤5 ms)
  Doba zapnutí i vypnutí překračovala návrhové limity a synchronizační odchylky byly nadlimitní, což indikuje poruchu mechanismu, která může způsobit nesynchronní uzavření/rozpojení kontaktů, vedoucí k opakovanému vznícení oblouku a výbojům.

2.4 Komplexní analýza příčiny poruchy
Syntéza všech zjištění:

• Z hlediska elektrických vlastností snížený izolační odpor a zvýšený tanδ indikují zhoršení izolace, což vytváří podmínky pro průraz.

• Z hlediska mechanických vlastností nedostatečný tlak kontaktů způsobil špatný kontakt a lokální přehřívání, zatímco abnormální chování mechanismu vedlo k nesynchronnímu chodu a opakovanému vznícení oblouku, což dále zhoršilo poškození izolace.
  I přes pravidelnou údržbu vystavil dlouhodobý provoz zařízení rizikům stárnutí a faktory prostředí, jako jsou kolísání teploty a vlhkosti, dále snižovaly výkon. Přeskoková porucha odpojovače byla způsobena kombinací degradace izolace, mechanických anomálií a stárnutí zařízení.

3.Opatření při odstraňování poruchy
3.1 Místní nouzová opatření
Okamžitě po přeskokové poruše byl aktivován nouzový postup, aby byla zajištěna bezpečnost sítě. Poruchový odpojovač byl izolován vypnutím přidružených vypínačů, čímž bylo zabráněno eskalaci poruchy. Byla zkontrolována a upravena ochranná zařízení spojená s odpojovačem, aby se předešlo nesprávnému fungování nebo selhání. Režim provozu systému byl naléhavě překonfigurován: zatížení, které dříve nesla poruchová větev, bylo hladce převedeno na zdravé větve, aby byla zachována dodávka energie kritickým uživatelům. Během tohoto procesu byly sledovány provozní parametry systému (napětí, proud, frekvence), aby byla zajištěna stabilní funkce. Byly určeny osoby, které zajistily místo poruchy a zabránily neoprávněnému přístupu, čímž bylo minimalizováno riziko sekundárních událostí.

3.2 Plán opravy zařízení
Na základě analýzy kořenových příčin byl vypracován podrobný plán opravy:

• U zhoršené izolace: výměna a obnova izolačního média. Odstranění poškozených, navlhčených nebo zesláblých izolačních materiálů a instalace nových, shodných s požadavky, za účelem obnovení izolačních vlastností.

• U nedostatečného tlaku kontaktů: kontrola a výměna kontaktních pružin, nastavení tlaku kontaktů na návrhové hodnoty, aby se minimalizoval přechodový odpor a zabránilo přehřívání/vzniku oblouku.

• U poruch mechanismu: výměna poškozených komponent a kompletní rekalirování mechanismu, aby odpovídal návrhovým specifikacím pro časování a synchronizaci.

3.3 Proces opravy a klíčové technické body
Opravy byly prováděny v souladu s plánem. Odpojovač byl kompletně rozebrán pro důkladnou kontrolu a potvrzení rozsahu poškození. Během výměny izolace byla kontrolována vlhkost a teplota prostředí, aby se zabránilo kontaminaci nebo napojení nových materiálů. Instalace zajišťovala přesné umístění a pevné spojení izolace, aby se zabránilo vzniku dutin nebo uvolnění. Při úpravě tlaku kontaktu byly použity kalibrované nástroje, aby bylo dosaženo přesného a rovnoměrného tlaku na všechny fáze. Při opětovném sestavení a kalibraci mechanismu byly dodrženy postupy, aby bylo zajištěno hladké a spolehlivé fungování. Po opravě byly provedeny komplexní testy – odpor izolace, tanδ, tlak kontaktu a výkon mechanismu – vše splňovalo standardy před opětovným zapnutím.

4. Ověření efektivity opravy
4.1 Testy po opravě
Komplexní testy potvrdily obnovenou výkonnost (viz Tabulka 1):

• Odpor izolace: mezi kontakty se zvýšil z 1500 MΩ na 2400 MΩ; odpor k zemi se zvýšil z 2000 MΩ na 2800 MΩ – oba splňují standardy.

• tanδ se snížil z 0,8 % na 0,4 %, což je v přijatelných mezích, což potvrzuje vyřešení problémů s vlhkostí a stárnutím.

• Test odolnosti proti napětí: před opravou došlo k průrazu při 480 kV (< standard); po opravě nedošlo k průrazu při 600 kV – toto potvrzuje obnovu izolace.

4.2 Operační monitorování a hodnocení

Opravený odpojovací přepínač prošel 3 měsíci operačního monitorování. Teploty kontaktů zůstaly normální, což potvrzuje efektivní nastavení kontaktního tlaku a řízení kontaktního odporu. Procesy přepínání se stabilizovaly: doba uzavření byla 65 ms, doba otevření 58 ms, s odchylkami synchronismu ≤3 ms. Nebylo zaznamenáno žádné znovuvznícení oblouku nebo výboje. Kombinované testovací a monitorovací výsledky potvrzují úspěšné odstranění poruchy a stabilní provoz.

5.Preventivní opatření a doporučení
Pro zajištění efektivního provozu GIS a snížení rizik poruch je třeba implementovat přísné strategie údržby:

• Pravidelné inspekce: Provádějte týdenní vizuální kontroly a měsíční funkční testy kvalifikovanými týmy, aby bylo možné brzy odhalit poškození nebo anomálie.

• Pokročilé stavové monitorování: Nasazujte online monitorovací systémy pro reálně časové sledování částečných výbojů, teplot a složení plynů, aby bylo možné aktivně identifikovat potenciální problémy.

• Preventivní testování: Pravidelně provádějte testy izolačního odporu a tanδ, abyste posoudili elektrickou/izolační kondici a zabránili selhání spojenému s stárnutím nebo vlhkostí.

• Výběr a instalace zařízení: Zvolte osvědčené, zralé GIS zařízení splňující operační požadavky. Při instalaci pečlivě dodržujte návrhové a stavební standardy, aby byla zajištěna správná kolmost a bezpečné spojení.

• Zprovoznění: Během zprovoznění pečlivě ověřte všechny výkonnostní parametry a dokumentujte všechna data pro budoucí referenci u údržby.

• Školení personálu: Pravidelně konávejte technická školení a cvičení na nouzové situace, aby byla zvýšena odborná způsobilost personálu v obsluze a řešení poruch, což zajistí rychlé a efektivní reakce na incidenty a ochranu stability sítě.

6.Závěr
Tento článek prezentuje úspěšnou analýzu a řešení flashover poruchy v 550 kV GIS odpojovači. Podrobná dokumentace poruchy a více rozměrové testování přesně identifikovalo hlavní příčiny. Implementovaná nouzová opatření a opravy efektivně vyřešila problém, což bylo ověřeno testy po opravě a operačním monitorováním. Navržená preventivní opatření jsou cílená a praktická, nabízejí cenné pokyny pro údržbu GIS. Budoucí práce by měla zahĺbit výzkum mechanismů poruch GIS, aby byla dále zlepšena bezpečnost a spolehlivost elektrického systému.