550 kV GIS-erottimen särövirtahäiriön analysointi ja käsitteleminen

1.Vianmäärityksen kuvaus

550 kV GIS-laitteen erottimen vika ilmeni 15. elokuuta 2024 kello 13:25, kun laite toimi täysiin otteihin ja virran arvo oli 2500 A. Vian hetkellä liitännäiset suojalaitteet toimivat nopeasti, katko vastaava särökatkaisija ja erotti viallinen linja. Järjestelmän toimintaparametrit muuttuivat merkittävästi: linjavirta laski jyrkästi 2500 A:sta 0 A:aan, ja busbarin jännite laskeutui välittömästi 550 kV:sta 530 kV:een, heilahtelemalla noin 3 sekuntia ennen kuin se hitaasti palasi 548 kV:seen ja vakautui. Huollon henkilöstön paikallinen tarkastus osoitti selvää vahinkoa erottimeen. Suljetun isolointirunkon pinnalla havaittiin noin 5 cm pitkä polttopinta. Liikutettavan ja kiinteän yhteyden välillä ilmeni noin 3 cm halkaisijaltaan purkkauspalopiste, jota ympäröi musta jauhe, ja jotkin metalliosat näyttivät sulautuneen, mikä viittasi voimakkaaseen kaaremaan vian aikana.

2.Vian syyanalyysi

2.1 Peruslaitteiden parametrien ja toiminnan analyysi
Erottimen nimijännite on 550 kV, nimivirta 3150 A ja katkovirta 50 kA. Nämä parametrit täyttävät tämän alijärjestelmän 550 kV järjestelmän toimintovaatimukset, varmistamalla teoreettisesti luotettavan toiminnan normaaleissa olosuhteissa. Erottimeen oli käytetty 8 vuotta ja 350 operaatiota. Viimeisin huolto oli suoritettu kesäkuussa 2023, mukaan lukien yhteyksien polkeminen, siltaus, mekanismin säätö ja eristysvastuksen mittaus – kaikki tulokset olivat tuolloin standardeihin nähden hyväksyttäviä. Vaikka operaatioiden määrä oli normaalilla tasolla, pitkäaikainen toiminta saattaa olla aiheuttanut ikääntymisriskejä, jotka voivat johtaa piilovioille myöhemmässä käytössä.

2.2 Sähköisten ominaisuuksien testianalyysi

Erottimeen suoritetussa eristysvastustestissä yhteyksien välinen eristysvastus oli 1500 MΩ (historiallinen arvo: 2500 MΩ; standardivaatimus: ≥2000 MΩ). Maavastus oli 2000 MΩ (historiallinen arvo: 3000 MΩ; standardivaatimus: ≥2500 MΩ). Molemmat arvot olivat merkittävästi alhaisempia historiallisten arvojen ja standardeiden verrattuna, mikä osoittaa heikennynyttä eristyksen suorituskykyä.
Dielektrisen hukka-arvon (tanδ) testaus 10 kV:ssa antoi mitatuksi arvoksi 0.8% (historiallinen arvo: 0.5%; standardivaatimus: ≤0.6%). Tanδ:n korkea arvo viittaa mahdolliseen kosteuden pääsylle tai eristyksen iännytykseen, mikä heikentää eristyksen vahvuutta ja lisää dielektrisen rikkoutumisen riskiä.

2.3 Mekaanisten ominaisuuksien testianalyysi
Yhteyksien paineen mittaukset osoittivat:

• Fasa A: 150 N (suunnitteluarvo: 200 N, poikkeama: –25%)

• Fasa B: 160 N (poikkeama: –20%)

• Fasa C: 140 N (poikkeama: –30%)
  Kaikki mitatut yhteyksien paineet olivat suunnitteluarvojen alapuolella suurella poikkeamalla, mikä todennäköisesti aiheutti yhteyksien vastuksen kasvun, paikallista lämpenemistä ja kaarimisen.

Toimintomekanismin analyysi osoitti:

• Sulkeutumisaika: 80 ms (suunnitteluväli: 60–70 ms); synkronisuuden poikkeama: 10 ms (suunnitteluraja: ≤5 ms)

• Avausaika: 75 ms (suunnitteluväli: 55–65 ms); synkronisuuden poikkeama: 12 ms (suunnitteluraja: ≤5 ms)
  Molemmat avaaminen/sulkeminen ajat ylittivät suunnittelurajat, ja synkronisuuden poikkeamat olivat liian suuria, mikä viittaa mekanismin epätoimivuuteen, joka voi aiheuttaa asynkronisen yhteyden/erottamisen, mikä puolestaan aiheuttaa kaaren uudelleen syttyneen ja purkkaamisen.

2.4 Yhdistetty vian syyanalyysi
Kaiken tiedon yhdistämällä:

• Sähköisesti, vähentyneet eristysvastus ja kasvanut tanδ viittaavat heikennykseen, mikä luo edellytykset sähköisen rikkoutumisen tapahtumiselle.

• Mekaanisesti, riittämätön yhteyksien paine aiheutti huonon yhteyden ja paikallista lämpenemistä, kun taas epänormaali mekanismin toiminta johti asynkroniseen toimintaan ja kaaren uudelleen syttymiseen, mikä pahensi eristyksen vahinkoa.
  Vaikka laitteeseen oli suoritettu säännöllistä huoltoa, pitkäaikainen käyttö altistui iännytysriskille, ja ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan ja kosteuden vaihtelujen, vaikutukset heikensivät vielä suorituskykyä. Erottimeen tapahtunut purkkausvika johtui eristyksen heikkenemisen, mekaanisten anomalioiden ja laitteen iännytymisen yhdistymästä.

3.Vian korjaustoimet
3.1 Paikan päällinen hätätoimenpide
Purkkausvikasta välittömästi aktivoitiin hätätoimenpideprotokolla, jotta taattaisiin verkon turvallisuus. Viallinen erottin erotti katkomalla liitännäiset särökatkaisijat, estäen vian leviämisen. Erottimeen liitetyt suojalaitteet tarkastettiin ja säädeltiin, jotta vältettäisiin väärä toiminta tai epäonnistuminen. Järjestelmän toimintatapa konfiguroitiin kiireellisesti uudelleen: viallisen linjan kuljettama kuorma siirrettiin säännöllisesti terveille linjoille, jotta taattaisiin kriittisille käyttäjille sähköntarve. Tässä prosessissa järjestelmän parametreja (jännite, virta, taajuus) valvottiin tiiviisti, jotta varmistettaisiin vakaa toiminta. Henkilöstöä määrättiin suojelemaan vian paikkaa ja estämään epävirallinen pääsy, välttääkseen toissijaisia tapahtumia.

3.2 Laitteen korjaussuunnitelma
Juuriyhteyksien analyysin perusteella kehitettiin yksityiskohtainen korjaussuunnitelma:

• Heikennytty eristys: korvaa ja palauta eristysmediat. Poista vaurioituneet, kosteet tai vanhenevat eristysmateriaalit ja asenna uudet, sopivat materiaalit palauttaaksesi eristystehon.

• Riittämätön yhteyksien paine: tarkasta ja korvaa yhteyden kevytputket, säädä yhteyksien paine suunnitteluarvoihin vähentääksesi yhteyksien vastusta ja estääksesi lämpenemisen/kaarimisen.

• Mekanismiviat: korvaa vaurioituneet komponentit ja kalibroi kokonaan mekanismi vastaamaan suunnittelun aikataulua ja synkronisuutta koskevia vaatimuksia.

3.3 Korjausprosessi ja tärkeät tekniset seikat
Korjaukset noudattivat tiukasti suunnitelmaa. Erotin purettiin kokonaan osiin perusteellisen tarkastuksen varten vahingon laajuuden vahvistamiseksi. Isoloinnin vaihtoajaksi hallittiin ympäristön kosteus- ja lämpötilaa estääksemme uusien materiaalien saastumisen tai kosteuden imeytymisen. Asennus varmisti isoloinnin tarkkanäköisen sijoittamisen ja tiivisen kiinnityksen tyhjiöiden ja löysyyden välttämiseksi. Yhteyksien paineen säädössä käytettiin kalibroituja välineitä tarkkaan ja tasaisesti levitetyn voiman varmistamiseksi kaikilla vaiheilla. Mekanismin uudelleenkokoaminen ja -kalibrointi noudatti menettelytapoja sujuvan ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Korjauksen jälkeen tehtiin kattavia testejä—erottimen eristysvastus, tanδ, yhteyksien paine ja mekanismin toiminta—kaikki vastasivat standardeja ennen uudelleenkytkentää.

4.Korjauksen tehokkuuden vahvistaminen
4.1 Korjauksen jälkeiset testit
Kattavat testit vahvistivat palautetun toiminnan (katso Taulukko 1):

• Erityyppinen eristysvastus: yhteyksien välillä kasvoi 1500 MΩ:sta 2400 MΩ:aan; maan vastus nousi 2000 MΩ:sta 2800 MΩ:aan—molemmat vastasivat standardeja.

• tanδ laski 0,8 %:sta 0,4 %:iin, mikä on hyväksyttävissä rajoissa, vahvistaen kosteuden/ikääntymisen ongelman ratkaisun.

• Säteilykykytesti: korjauksen ennen katkaisu tapahtui 480 kV:ssa (< standardi); korjauksen jälkeen ei katkaisua 600 kV:ssa—isoloinnin palautumisen vahvistamiseksi.

4.2 Toiminnan valvonta ja arviointi

Korjatusta erottimesta tehtiin kolmen kuukauden toiminnallinen valvonta. Yhteyksien lämpötila pysyi normaalina, mikä vahvisti tehokkaan yhteydenpaineen säätelyn ja kontrolloidun yhteyden vastuksen. Kytkentätoiminnot vakautuivat: sulkeutumisaika 65 ms, avaamisaika 58 ms, synkronismin poikkeamat ≤3 ms. Kaarileikkauksia tai sähkövirtauksia ei tapahtunut. Yhdistetty testaus- ja valvontatulosten perusteella onnistuneesti ratkaistiin virhe ja toiminta on vakaa.

5.Ennaltaehkäisevät toimenpiteet ja suositukset
GIS:n tehokkaan toiminnan varmistamiseksi ja virheriskien vähentämiseksi on toteutettava tiukat huollon strategiat:

• Säännölliset tarkastukset: Suoritetaan viikoittaiset visuaaliset tarkastukset ja kuukausittaiset toimintatestit pätevillä tiimeillä havaitaksemme vaurioita tai epänormaaleja tilanteita ajoissa.

• Edistynyt tilavalvonta: Otetaan käyttöön online-valvontajärjestelmät osittaisen sähkövirtauksen, lämpötilan ja kaasuyhdistelmän reaaliaikaiseen seurantaan potentiaalisten ongelmien ennakoivaan tunnistamiseen.

• Ennaltaehkäisevä testaus: Suoritetaan säännöllisiä sähköisoloinnin vastus- ja tanδ-testejä arvioimaan sähköisen/eristyksen terveydentila ja estää ikääntyminen tai kosteusaiheutetut epäonnistumiset.

• Laitteiston valinta & asennus: Valitaan todistettu, kypsyneitä GIS-laitteita, jotka vastaavat toimintatarpeisiin. Noudatetaan tiukasti suunnittelun ja rakentamisen standardeja asennuksen aikana taataksemme oikean kohdistuksen ja turvalliset yhteydet.

• Otto käyttöön: Tarkistetaan kaikki suorituskykyparametrit ottamisen aikana ja dokumentoidaan kaikki tiedot tulevia ylläpitoja varten.

• Henkilöstön koulutus: Järjestetään säännöllisesti teknistä koulutusta ja hätätilanteiden harjoituksia parantamaan henkilöstön osaamista toiminnassa ja virheiden käsittelyssä, taataksemme nopeat ja tehokkaat vastaukset tapahtumiin ja verkon vakauden suojelemisen.

6.Johtopäätös
Tämä artikkeli esittelee onnistuneen analyysin ja ratkaisun 550 kV GIS-erottimen välivirtauksen virheeseen. Yksityiskohtainen virhetiedustelu ja monipuolinen testaus määrsivät tarkasti syypäitä. Toteutetut hätätoimenpiteet ja korjaukset ratkasivat tehokkaasti ongelman, joka oli vahvistettu korjauksen jälkeisinä testeinä ja toiminnallisella valvonnalla. Ehdotetut ennaltaehkäisevät toimenpiteet ovat kohdennettuja ja käytännöllisiä, tarjoten arvokasta ohjetta GIS-huollossa. Tulevaisuudessa tutkimusta tulisi syventää GIS-virhemekanismeissa edistääksemme sähköverkon turvallisuutta ja luotettavuutta.