Analyse og håndtering af en nedbrudsudslipningsfejl i en 550 kV GIS afbryder

1. Beskrivelse af fejlens fænomen

Fejlen i afbryderen i et 550 kV GIS-udstyr opstod den 15. august 2024 kl. 13:25, mens udstyret var i drift under fuld belastning med en belastningsstrøm på 2500 A. I det øjeblik, hvor fejlen opstod, reagerede de tilknyttede beskyttelsesenheder hurtigt, der aktiverede den relevante bryder og isolerede den defekte linje. Systemets driftsparametre ændrede sig betydeligt: linjestrommen faldt brat fra 2500 A til 0 A, og busbar spændingen faldt straks fra 550 kV til 530 kV, hvorefter den fluktuerede i cirka 3 sekunder, inden den gradvist genoprettede sig til 548 kV og stabiliserede sig. Ved inspektion på stedet afdekkede vedligeholdelsespersonale tydelig skade på afbryderen. Der blev fundet et brændmærke på ca. 5 cm langs overfladen af isoleringshylsen. Et udladningsbrandmærke med en diameter på ca. 3 cm optrådte ved forbindelsen mellem den bevægelige og den faste kontakt, omgivet af sort pulveragtig røg, og nogle metaldele viste tegn på smelting, hvilket indikerer intens bogegn under fejlen.

2. Analyse af fejlens årsag

2.1 Analyse af grundlæggende udstyrsparametre og driftsforhold
Afbryderen har en spændingsklasse på 550 kV, en strømklasse på 3150 A, og en afbrydelsesstrøm på 50 kA. Disse parametre opfylder driftskravene for 550 kV-systemet på denne understation, hvilket teoretisk sikrer en pålidelig drift under normale forhold. Afbryderen havde været i drift i 8 år med 350 operationer. Den seneste vedligeholdelse blev udført i juni 2023, herunder polering af kontakter, smøring, justering af mekanisme og test af isolationsmodstand – alle resultater opfyldte specifikationerne på det tidspunkt. Selvom antallet af operationer lå inden for normalt område, kunne langtidsdrift have introduceret aldringrisici, som potentielt kunne føre til latente defekter under senere service.

2.2 Analyse af elektriske præstationsprøver

Isolationsmodstandsprøver af afbryderen viste en interkontaktisolationsmodstand på 1500 MΩ (historisk værdi: 2500 MΩ; standardkrav: ≥2000 MΩ). Jorderingsmodstanden var 2000 MΩ (historisk værdi: 3000 MΩ; standardkrav: ≥2500 MΩ). Begge værdier var betydeligt lavere end historiske data og standarder, hvilket indikerer forringet isolationsydelse.
Prøve af dielektrisk tabfaktor (tanδ) ved 10 kV resultere i en målt værdi på 0,8% (historisk værdi: 0,5%; standardkrav: ≤0,6%). Den øgede tanδ indikerer mulig indtrængen af fugt eller aldring af isoleringsmedium, hvilket reducerer isoleringsstyrken og øger risikoen for dielektrisk nedbrydning.

2.3 Analyse af mekaniske præstationsprøver
Målinger af kontakttryk viste:

• Fase A: 150 N (designværdi: 200 N, afvigelse: –25%)

• Fase B: 160 N (afvigelse: –20%)

• Fase C: 140 N (afvigelse: –30%)
  Alle målte kontakttryk var lavere end designværdierne med store afvigelser, hvilket sandsynligvis forårsagede øget kontaktmodstand, lokal overophedning og bogegn.

Analyse af driftsmechanisme viste:

• Lukketid: 80 ms (designed interval: 60–70 ms); synkroniseringsafvigelse: 10 ms (designed grænse: ≤5 ms)

• Åbnetid: 75 ms (designed interval: 55–65 ms); synkroniseringsafvigelse: 12 ms (designed grænse: ≤5 ms)
  Både lukketid og åbnetid oversteg designed intervaller, og synkroniseringsafvigelsen var for høj, hvilket indikerer mekanisk fejl, der kunne forårsage asynkron kontakt/adskillelse, hvilket kan føre til genbogegn og udladning.

2.4 Sammensat analyse af fejlens årsag
Ved at integrere alle fund:

• Elektrisk set indikerer reduktionen i isolationsmodstand og øget tanδ forringet isolering, hvilket skaber betingelser for nedbrydning.

• Mekanisk set forårsagede utilstrækkeligt kontakttryk dårlig kontakt og lokal overophedning, mens abnorm driftsmechanisme førte til asynkron drift og genbogegn, hvilket forværrede isoleringsbeskadigelse.
  Selvom udstyret blev regelmæssigt vedligeholdt, udsatte langtidsdrift udstyret for aldring, og miljøfaktorer som temperatur- og fugtighedssvingninger forringede ydelsen yderligere. Afbryderens flashoverfejl skyldtes kombineret effekt af isoleringsnedbrydning, mekaniske anomalier og udstyrsaldring.

3. Fejlbehandlingsforanstaltninger
3.1 Akut håndtering på stedet
Straks efter flashoverfejlen blev en akut håndteringsprotokol aktiveret for at sikre netværkets sikkerhed. Den defekte afbryder blev isoleret ved at aktivere de tilknyttede brydere, hvilket forhindrede fejlens eskalering. Beskyttelsesenhetten, der var forbundet med afbryderen, blev undersøgt og justeret for at undgå fejl eller mangelfuld funktion. Systemets driftsmodus blev øjeblikkelig rekonfigureret: belastningen, der tidligere blev båret af den defekte linje, blev jævnligt overført til sunde linjer for at opretholde strømforsyningen til kritiske brugere. Under dette proces blev systemparametre (spænding, strøm, frekvens) nøje overvåget for at sikre stabil drift. Personale blev tildelt for at sikre fejlstedet og forhindre uautoriseret adgang, hvilket undgår sekundære hændelser.

3.2 Reparationsplan for udstyr
På baggrund af rodrodsanalyse blev en detaljeret reparationsplan udviklet:

• For forringet isolation: Erstat og genskab isoleringsmedier. Fjern skadede, fugtige eller aldrede isoleringsmaterialer og installér nye, overensstemmende materialer for at genskabe isoleringsydelsen.

• For utilstrækkeligt kontakttryk: Inspectér og erstat kontaktfjeder, juster kontakttryk til designværdier for at minimere kontaktmodstand og forhindre overophedning/bogegn.

• For mekaniske fejl: Erstat skadede komponenter og kalibrér mekanismen fuldt ud for at opfylde designspecifikationer for timing og synkronisering.

3.3 Reparationsproces og vigtige tekniske punkter
Reparationerne blev nøje overholdt i henhold til planen. Afbryderen blev fuldt ud demonteret for en grundig undersøgelse for at bekræfte skadeomfanget. Under erstatning af isoleringen blev luftfugtighed og temperatur kontrolleret for at undgå forurening eller opslukning af nye materialer. Installation sikrede præcis placering og tæt binding af isolering for at undgå tomme steder eller løshed. Justering af kontakttryk blev udført med kalibrerede værktøjer for præcis, ensartet kraft på alle faser. Genmontering og kalibrering af mekanismen blev overholdt i henhold til procedurer for at garantere en glat, pålidelig drift. Efter reparation blev der foretaget omfattende tests—isolationsmodstand, tanδ, kontakttryk og mekanisk ydeevne—og alle opfyldte standarder inden genenergivelse.

4. Verifikation af reparationseffektivitet
4.1 Test efter reparation
Omfattende tests bekræftede den gendannede ydeevne (se Tabel 1):

• Isolationsmodstand: mellemkontakter øgedes fra 1500 MΩ til 2400 MΩ; jordmodstand steg fra 2000 MΩ til 2800 MΩ—begge opfyldte standarder.

• tanδ faldt fra 0.8% til 0.4%, inden for acceptable grænser, hvilket bekræfter løsningen af fugt/foraldringsspørgsmål.

• Spændingsudholdelighedstest: før reparation brød ned ved 480 kV (< standard); efter reparation, ingen nedbrud ved 600 kV—validerer isoleringsgenopretning.

4.2 Drifts overvågning og evaluering

Den repareret afbryder blev underkastet 3 måneders driftsovervågning. Kontaktemperaturen forblev normal, hvilket bekræftede en effektiv justering af kontakttryk og kontrol af kontaktmodstand. Skifteoperationer blev stabiliseret: lukketid på 65 ms, åbningstid på 58 ms, med synkroniseringssvig ≤3 ms. Der opstod ingen genoplivning af bue eller udladning. Sammensatte test- og overvågningsresultater bekræfter en vellykket fejlretning og stabil drift.

5. Forebyggende foranstaltninger og anbefalinger
For at sikre effektiv GIS-drift og reducere fejlrisici, skal der gennemføres streng vedligeholdelsesstrategi:

• Regelmæssige inspektioner: Udfør ugentlige visuelle kontroller og månedlige funktionsprøver af kvalificerede hold for at opdage skader eller anomalier i god tid.

• Avanceret tilstandsmonitoring: Installer online-overvågningsystemer for realtidsovervågning af delvis udladning, temperatur og gaskomposition for proaktiv identifikation af potentielle problemer.

• Forebyggende prøver: Udfør periodiske isolationsmodstands- og tanδ-prøver for at vurdere elektrisk/isolerende sundhed og forebygge aldring eller fuktighedsrelaterede fejl.

• Udstyrsvælgelse & installation: Vælg bevist, moden GIS-udstyr, der opfylder driftsbehov. Overhold nøje design- og konstruktionsstandarder under installation for at sikre korrekt justering og sikre forbindelser.

• Kommissionering: Verificer grundigt alle ydeevneparametre under kommissionering, dokumenter alle data til fremtidig vedligeholdelsesreference.

• Personaleuddannelse: Gennemfør regelmæssig teknisk uddannelse og nødsituationsovelser for at forbedre personales kompetencer i drift og fejlhåndtering, hvilket sikrer hurtige og effektive reaktioner på hændelser og beskytter nettets stabilitet.

6. Konklusion
Dette dokument præsenterer en vellykket analyse og løsning af en flashoverfejl i en 550 kV GIS-afbryder. Detaljerede fejldokumentation og flerdimensionelle prøver identificerede nøyagtigt rodårsagerne. Implementerede nødhjælps- og reparationsforanstaltninger løste effektivt problemet, bekræftet af efter-reparationsprøver og driftsovervågning. De foreslåede forebyggende foranstaltninger er målrettede og praktiske, og giver værdifuld vejledning for GIS-vedligeholdelse. Fremtidig arbejde bør dybtgående forskning ind i GIS-fejlmechanismer for at yderligere forbedre strømsystemets sikkerhed og pålidelighed.