Análise e Manejo dunha Fallo de Descarga na Interruptora GIS de 550 kV

1. Descrición do fenómeno da faltada

A faltada no interruptor de manobra dun equipo GIS de 550 kV ocorreu ás 13:25 do 15 de agosto de 2024, mentres o equipo estaba operando baixo carga total cunha corrente de carga de 2500 A. No momento da faltada, os dispositivos de protección asociados actuaron de inmediato, disparando o correspondente interruptor e aislando a liña defectuosa. Os parámetros de operación do sistema cambiaron significativamente: a corrente da liña diminuiu bruscamente de 2500 A a 0 A, e a tensión da barra diminuiu instantaneamente de 550 kV a 530 kV, fluctuando durante aproximadamente 3 segundos antes de recuperarse gradualmente a 548 kV e estabilizarse. A inspección in situ polo persoal de mantemento revelou un dano obvio no interruptor de manobra. Encontrouse unha marca de queimadura de aproximadamente 5 cm de lonxitude na superficie do tubo aislante. Un punto de descarga chamuscado de aproximadamente 3 cm de diámetro apareceu na conexión entre os contactos móvel e fixo, rodeado por un residuo polvoriento negro, e algúns compoñentes metálicos mostraron signos de fusión, indicando un arco eléctrico intenso durante a faltada.

2. Análise da causa da faltada

2.1 Análise dos parámetros básicos do equipo e as condicións de operación
O interruptor de manobra ten unha tensión nominal de 550 kV, unha corrente nominal de 3150 A e unha corrente de interrupción de 50 kA. Estes parámetros cumpren cos requisitos de operación do sistema de 550 kV nesta subestación, asegurando teoricamente unha operación fiable baixo condicións normais. O interruptor de manobra estivo en servizo durante 8 anos con 350 operacións. A mantemento máis recente realizouse en xuño de 2023, incluíndo o polimento dos contactos, lubricación, axuste do mecanismo e probas de resistencia ao aislamento, todos os resultados cumpriron as especificacións nese momento. Aínda que o número de operacións estaba dentro do rango normal, a operación a longo prazo pode ter introducido riscos de envellecemento, potencialmente levando a defectos latentes durante o servizo subsequente.

2.2 Análise das probas de rendemento eléctrico

As probas de resistencia ao aislamento do interruptor de manobra mostraron unha resistencia ao aislamento inter-contacto de 1500 MΩ (valor histórico: 2500 MΩ; requisito estándar: ≥2000 MΩ). A resistencia ao aislamento ao terra foi de 2000 MΩ (valor histórico: 3000 MΩ; requisito estándar: ≥2500 MΩ). Ambos os valores foron significativamente inferiores aos datos históricos e aos estándares, indicando un rendemento de aislamento degradado.
As probas do factor de perdas dieléctricas (tanδ) a 10 kV produciron un valor medido de 0,8% (valor histórico: 0,5%; requisito estándar: ≤0,6%). O tanδ elevado suxire unha posible entrada de humidade ou envellecemento do medio de aislamento, que reduce a forza do aislamento e aumenta o risco de ruptura dieléctrica.

2.3 Análise das probas de rendemento mecánico
As medidas da presión de contacto mostraron:

• Fase A: 150 N (valor de deseño: 200 N, desviación: –25%)

• Fase B: 160 N (desviación: –20%)

• Fase C: 140 N (desviación: –30%)
  Todas as presións de contacto medidas foron inferiores aos valores de deseño con grandes desviacións, posiblemente causando un aumento da resistencia de contacto, sobrecalentamento localizado e arcos eléctricos.

A análise do mecanismo de operación revelou:

• Tempo de pechado: 80 ms (rango de deseño: 60–70 ms); desviación de sincronización: 10 ms (límite de deseño: ≤5 ms)

• Tempo de abertura: 75 ms (rango de deseño: 55–65 ms); desviación de sincronización: 12 ms (límite de deseño: ≤5 ms)
  Ambos os tempos de apertura/pechado superaron os límites de deseño, e as desviacións de sincronización foron excesivas, indicando un malfuncionamento do mecanismo que poden causar un contacto/desconexión asincrónico, levando a reencendidos de arcos e descargas.

2.4 Análise comprehensiva da causa da faltada
Integrando todos os resultados:

• Eléctricamente, a redución da resistencia ao aislamento e o aumento do tanδ indican un aislamento deteriorado, creando condicións para a ruptura.

• Mecánicamente, a presión de contacto insuficiente causou un mal contacto e un sobrecalentamento localizado, mentres que o rendemento anormal do mecanismo levou a unha operación asincrónica e a reencendidos de arcos, exacerbando o dano ao aislamento.
  Aínda que se manteña regularmente, o servizo a longo prazo expuxo o equipo ao envellecemento, e factores ambientais como as fluctuacións de temperatura e humidade degradaron adicionalmente o rendemento. A faltada de flashover do interruptor de manobra resultou da combinación do deterioro do aislamento, anomalias mecánicas e envellecemento do equipo.

3. Medidas de manejo da faltada
3.1 Resposta de emergencia in situ
Inmediatamente despois da faltada de flashover, activouse un protocolo de resposta de emergencia para asegurar a seguridade da rede. O interruptor de manobra defectuoso foi aislado disparando os interruptores asociados, evitando así a escalada da faltada. Os dispositivos de protección ligados ao interruptor de manobra foron inspeccionados e axustados para evitar un funcionamento incorrecto ou fallo. O modo de operación do sistema foi reconfigurado urgentemente: a carga anteriormente transportada pola liña defectuosa transfirouse de forma suave a liñas sadias para manter o suministro de enerxía a usuarios críticos. Durante este proceso, os parámetros do sistema (tensión, corrente, frecuencia) foron monitorizados de cerca para asegurar unha operación estable. Asignáronse persoas para asegurar o lugar da faltada e evitar o acceso non autorizado, evitando incidentes secundarios.

3.2 Plan de reparación do equipo
Baseándose na análise da causa raíz, desenvolveuse un plan de reparación detallado:

• Para o aislamento degradado: substituír e restaurar os medios de aislamento. Retirar os materiais de aislamento danados, húmidos ou envellecidos e instalar novos materiais conformes para restaurar o rendemento do aislamento.

• Para a presión de contacto insuficiente: inspeccionar e substituír as molas de contacto, axustar a presión de contacto aos valores de deseño para minimizar a resistencia de contacto e evitar o sobrecalentamento/arco eléctrico.

• Para as faltas do mecanismo: substituír os compoñentes danados e recalibrar completamente o mecanismo para cumprir coas especificacións de deseño en tempo e sincronización.

3.3 Proceso de reparación e puntos técnicos clave
A reparación seguiuse estritamente o plan. O interruptor foi desmontado completamente para unha inspección exhaustiva e confirmar a extensión do dano. Durante a substitución do aislamento, a humidade e a temperatura ambiental foron controladas para evitar a contaminación ou a absorción de humidade dos novos materiais. A instalación asegurou un posicionamento preciso e unha unión estanca do aislamento para evitar vacíos ou folgura. Os axustes da presión de contacto usaron ferramentas calibradas para unha forza precisa e uniforme en todas as fases. A reensamblaxe e a calibración do mecanismo adhiríronse aos procedementos para garantir un funcionamento liso e fiábel. Despois da reparación, realizáronse probas comprehensivas—resistencia ao aislamento, tanδ, presión de contacto e rendemento do mecanismo—todas cumprindo os estándares antes da repotenciación.

4.Verificación da eficacia da reparación
4.1 Probas posteriores á reparación
As probas comprehensivas confirmaron o rendemento restaurado (ver Táboa 1):

• Resistencia ao aislamento: entre contactos aumentou de 1500 MΩ a 2400 MΩ; a resistencia ao terra aumentou de 2000 MΩ a 2800 MΩ—ambas cumpren os estándares.

• tanδ diminuíu do 0.8% ao 0.4%, dentro dos límites aceptables, confirmando a resolución dos problemas de humidade/velexumbre.

• Proba de tensión de resistencia: antes da reparación, o colapso ocorreu a 480 kV (< estándar); despois da reparación, non houbo colapso a 600 kV—validando a recuperación do aislamento.

4.2 Monitorización e Avaliación Operativa

O interruptor reparado foi sometido a unha monitorización operativa durante 3 meses. As temperaturas de contacto permaneceron normais, confirmando un axuste efectivo da presión de contacto e unha resistencia de contacto controlada. As operacións de conmutación estabilizaron: tempo de pechado en 65 ms, tempo de apertura en 58 ms, cun desvío de sincronización ≤3 ms. Non se produciu reinicio de arco nin descarga. Os resultados combinados dos ensaios e a monitorización confirmaron a resolución satisfactoria da folla e a operación estable.

5.Medidas Preventivas e Recomendacións
Para asegurar unha operación eficiente do GIS e reducir os riscos de fallos, deben implementarse estratexias de manutención estrictas:

• Inspeccións regulares: Realizar inspeccións visuais semanais e probas funcionais mensuais por equipos cualificados para detectar danos ou anomalias de forma precoz.

• Monitorización avanzada do estado: Implementar sistemas de monitorización en liña para o seguimento en tempo real da descarga parcial, temperatura e composición do gas para identificar proactivamente posibles problemas.

• Ensayos preventivos: Realizar periódicamente ensaios de resistencia de aislamento e tanδ para avaliar a saúde eléctrica/aislante e prevenir fallos relacionados co envellecemento ou a humidade.

• Selección e instalación de equipos: Escoller equipos GIS comprobados e maduros que cumpran as necesidades operativas. Adherirse estritamente aos estándares de deseño e construción durante a instalación para asegurar un alineamento correcto e conexións seguras.

• Puesta en servizo: Verificar rigorosamente todos os parámetros de rendemento durante a puesta en servizo, documentando todos os datos para referencia futura na manutención.

• Formación do persoal: Realizar regularmente formación técnica e simulacros de emergencia para mellorar a competencia do persoal na operación e manejo de fallos, asegurando respostas rápidas e eficaces a incidentes e salvagardando a estabilidade da rede.

6.Conclusión
Este artigo presenta unha análise e resolución satisfactoria dun fallo de flashover nun interruptor GIS de 550 kV. A documentación detallada do fallo e os ensaios multidimensionais identificaron con precisión as causas raíz. As medidas de resposta de emerxencia e reparación implementadas resolveron eficazmente o problema, validado por ensaios posteriores á reparación e a monitorización operativa. As medidas preventivas propostas son específicas e prácticas, ofrecendo orientación valiosa para a manutención do GIS. O traballo futuro debe profundizar na investigación dos mecanismos de fallo do GIS para mellorar a seguridade e a fiabilidade do sistema eléctrico.