Egy 550 kV GIS kapcsolóban bekövetkezett meghibásodási hiba elemzése és kezelése

1. A hiba jelensége

A 550 kV GIS berendezés diszjunktoraiban bekövetkezett hiba 2024. augusztus 15-én 13:25-kor történt, amikor a berendezés teljes terhelés alatt működött, a terhelési áram 2500 A volt. A hiba pillanatában a hozzá tartozó védelmi eszközök gyorsan reagáltak, a megfelelő áramkörrelválasztót kiváltva és a hibás vonalat elszakítva. A rendszer működési paraméterei jelentősen megváltoztak: a vonaláram rövidesen 2500 A-ról 0 A-ra csökkent, a busz feszültsége azonnal 550 kV-ről 530 kV-re esett, majd körülbelül 3 másodpercig fluktuált, mielőtt lassan visszaállt 548 kV-ra és stabilizálódott. A karbantartói személyzet helyszíni felülvizsgálata során nyilvánvaló károk jöttek napvilágra a diszjunktornál. Az izolációs bukszton találtak egy körülbelül 5 cm hosszú égési jelet. A mozgó és a rögzített kapcsoló közötti csatlakozási ponton egy körülbelül 3 cm átmérőjű kifulladásos savany maradt, melyet fekete porfogónyomány körülvevő részek és néhány olvadt fémrész is jellemzővé tette, ami intenzív ívölésre utalt a hiba idején.

2. Hiba okai elemzése

2.1 Alapvető berendezésparaméterek és működési feltételek elemzése
A diszjunktornak 550 kV-os előírható feszültsége, 3150 A-os előírható árama, valamint 50 kA-os leválasztó árama van. Ezek a paraméterek megfelelnek ennek az alkatrésznek a 550 kV rendszerben történő működésének követelményeinek, elméletileg biztosítva a normális körülmények között megbízható működést. A diszjunktort 8 évig használták, 350 alkalommal működtették. A legutóbbi karbantartást 2023. júniusban végezték, beleértve a kapcsolófelületek puliszolását, kenését, a mechanizmus beállítását és az izolációs ellenállás vizsgálatát – mind a vizsgálatok eredményei akkor megfelelték a specifikációknak. Bár a működtetések száma a normál tartományban volt, a hosszú távú működés időszerűen befolyásolhatja a berendezést, ami potenciálisan vezethet rejtett hibákhoz a további működés során.

2.2 Elektromos teljesítmény vizsgálati elemzése

A diszjunktornak az izolációs ellenállása 1500 MΩ (történeti érték: 2500 MΩ; előírás: ≥2000 MΩ), a földkapcsoló ellenállása pedig 2000 MΩ (történeti érték: 3000 MΩ; előírás: ≥2500 MΩ). Mindkét érték jelentősen alacsonyabb, mint a történeti adatok és a szabványok, ami az izolációs teljesítmény romlását jelezzi.
A dielektrikus veszteség tényező (tanδ) vizsgálat 10 kV-on 0,8%-os értéket mutatott (történeti érték: 0,5%; előírás: ≤0,6%). A tanδ növekedése arra utal, hogy lehetséges, hogy víz vagy az izolációs anyag öregedése befolyásolta, ami csökkenti az izolációs erejet, és növeli a dielektrikus átmeneti kockázatot.

2.3 Mechanikai teljesítmény vizsgálati elemzése
A kapcsolóerő mérései:

• A fázis: 150 N (tervezési érték: 200 N, eltérés: –25%)

• B fázis: 160 N (eltérés: –20%)

• C fázis: 140 N (eltérés: –30%)
  Minden mérési érték alacsonyabb volt, mint a tervezési érték, jelentős eltérésekkel, ami valószínűleg növelte a kapcsolóellenállást, a helyi túlzottmelegedést és az ívölést.

Az operációs mechanizmus elemzése:

• Záróidő: 80 ms (tervezési tartomány: 60–70 ms); szinkronizációs eltérés: 10 ms (tervezési korlát: ≤5 ms)

• Nyitóidő: 75 ms (tervezési tartomány: 55–65 ms); szinkronizációs eltérés: 12 ms (tervezési korlát: ≤5 ms)
  A záró- és nyitóidők mindkét esetben túllépték a tervezési határokat, a szinkronizációs eltérések is túl nagyok voltak, ami a mechanizmus hibáját jelezte, ami aszinkron működést és ívölés újra-kiindulását okozhatja.

2.4 Összefoglaló hiba okai elemzés
Az összes találat összevonása:

• Elektromosan, a csökkent izolációs ellenállás és a növekedett tanδ jelzik az izoláció romlását, ami a tönkretevéshez vezető körülményeket teremti.

• Mechanikusan, a kevésbé jelentős kapcsolóerő rossz kapcsolást és helyi túlzottmelegedést okoz, míg a mechanizmus anomáliái aszinkron működéshez és ívölés újraindulásához vezethetnek, ami súlyosbítja az izoláció károsodását.
  Bár rendszeresen karbantartották, a hosszú távú használat időszerűen befolyásolhatja a berendezést, és a hőmérséklet- és páratartalom-fluktuációk tovább rombolhatják a teljesítményt. A diszjunktornak a felrobbanása a kombinált hatások eredménye volt: az izoláció romlása, a mechanikai anomáliák és a berendezés öregedése.

3. Hibakezelési intézkedések
3.1 Helyszíni válságkezelés
A felrobbanás után azonnal aktiválták a válságkezelési protokollt a hálózat biztonságának biztosítása érdekében. A hibás diszjunktort a hozzá kapcsolódó áramkörrelválasztók kiváltásával elkülönítették, megelőzve a hiba további terjedését. A diszjunktorthoz kapcsolódó védelmi eszközöket ellenőrizték és beállították, hogy elkerüljék a hibás működést vagy a hibát. A rendszer működési módját sürgősen átrendezték: a hibás vonal terhelését simán áthelyezték a működőképes vonalakra, hogy fenntartsák a kritikus felhasználók energiaellátását. Ez a folyamat során a rendszer paramétereit (feszültség, áram, frekvencia) szorosan figyelték, hogy biztosítsák a stabil működést. Személyzetet rendeltek a hibahely megőrzésére, hogy elkerüljék a nem engedélyezett hozzáférést, és a másodlagos incidenseket.

3.2 Berendezés javítási terv
A gyökér okok elemzése alapján kidolgoztak egy részletes javítási tervet:

• A romlott izolációnál: cseréljék és helyreállítsák az izolációs anyagokat. Távolítsák el a károsodott, nedves vagy öregedett izolációs anyagokat, és telepítsenek új, megfelelő anyagokat, hogy visszaállítsák az izolációs teljesítményt.

• A kevésbé jelentős kapcsolóerőnél: ellenőrizzék és cseréljék a kapcsolófedőket, állítsák be a kapcsolóerőt a tervezési értékekhez, hogy minimalizálják a kapcsolóellenállást és elkerüljék a túlzottmelegedést és az ívölést.

• A mechanikai hibáknál: cseréljék a károsodott alkatrészeket, és teljesen újrabeállítsák a mechanizmust, hogy megfeleljen a tervezési specifikációknak az időzítés és a szinkronizáció tekintetében.

3.3 Javítási folyamat és kulcsfontosságú technikai pontok
A javítás szigorúan a tervnek megfelelően történt. A kapcsoló teljesen szétválasztva lett, hogy alapos vizsgálatot végezzenek, és meghatározzák a károsodás mértékét. Az izoláció cseréjénél a környezeti páratartalom és hőmérséklet ellenőrzése révén elkerültek az új anyagok szennyeződését vagy nedvesedését. A telepítés során biztosították az izoláció pontos helyzetét és erős kötődését, hogy elkerüljék a lyukakat vagy a lököltséget. A kapcsolási nyomás beállítása kalibrált eszközökkel történt, hogy minden fázisban egyenletes és pontos erőt biztosítsa. A mechanizmus újratermelesének és kalibrálásának eljárásai garanciát adtak simán, megbízható működésre. A javítás után komplex tesztek kerültek végrehajtásra—izolációs ellenállás, tanδ, kapcsolási nyomás, és mechanizmus teljesítménye—mind a normákat teljesítve, mielőtt újra energiát adtak volna.

4.Javítás hatékonyságának ellenőrzése
4.1 Javítás utáni tesztelés
Komplex tesztek igazolták a visszaállított teljesítményt (lásd Táblázat 1):

• Izolációs ellenállás: a kapcsolók közötti ellenállás 1500 MΩ-ról 2400 MΩ-ra növekedett; a földre való ellenállás pedig 2000 MΩ-ról 2800 MΩ-ra—mindkettő megfelel a szabványoknak.

• Tanδ csökkent 0,8%-ról 0,4%-ra, ami elfogadható határok között van, megerősítve a nedvesség/öregedés problémák megoldását.

• Távladhatósági teszt: a javítás előtt a lehullás 480 kV-n történt (< szabvány); a javítás után nem történt lehullás 600 kV-n—ez igazolja az izoláció visszaállítását.

4.2 Működési monitorozás és értékelés

A javított kapcsolókijelölő eszköz 3 hónapig működési monitorozást sikerült elvégezni. A kapcsolatok hőmérséklete normális maradt, ezzel megerősítve a hatékony kapcsolási nyomás beállítását és a kontrollált kapcsolási ellenállást. A kapcsolási műveletek stabilizálódtak: a bezáró idő 65 ms, a kinyitó idő 58 ms, szinkronizációs eltérések ≤3 ms. Nem történt ív újragyúlás vagy kitörlés. A kombinált teszt- és monitorozási eredmények megerősítik a sikeres hiba megoldását és a stabil működést.

5. Megelőző intézkedések és ajánlások
A GIS hatékony működésének biztosítása és a hibák kockázatának csökkentése érdekében szigorú karbantartási stratégiák alkalmazására van szükség:

• Rendszeres ellenőrzések: Heti látványos ellenőrzések és havi funkcionális tesztek minősített csapatok által, hogy korai szakaszban fel lehessen fedezni a károsodásokat vagy anomáliákat.

• Fejlett állapotmonitorozás: Online monitorozási rendszerek üzembe helyezése a részleges kibocsátás, hőmérséklet és gáz összetétel valós idejű követésére, hogy proaktívan azonosítsa a potenciális problémákat.

• Megelőző vizsgálatok: Rendszeres izolációs ellenállás és tanδ vizsgálatok végzése, hogy megállapítsa az elektromos/izolációs egészséget, és megelőzze az öregedéshez vagy nedvességhez kapcsolódó hibákat.

• Berendezések kiválasztása és telepítése: Bizonyított, érett GIS berendezések kiválasztása, amelyek megfelelnek a működési igényeknek. A telepítés során szigorúan tartsa be a tervezési és építési szabványokat, hogy biztosítja a megfelelő igazítást és a biztonságos kapcsolatokat.

• Bebizonyosodás: Szigorúan ellenőrizze az összes teljesítményszempontot a bebizonyosodás során, dokumentálva minden adatot a jövőbeli karbantartási referenciákhoz.

• Személyzetképzés: Rendszeresen végezzen technikai képzéseket és válságszituációk gyakorlatait, hogy növelje a munkatársak szakértelmét a működésben és a hibakezelésben, biztosítva a gyors és hatékony reakciót incidensekre, valamint a hálózat stabilitásának megőrzését.

6. Következtetés
Ez a tanulmány egy sikeres elemzést és megoldást mutat be egy 550 kV GIS kapcsolókijelölő flashover hibájának esetében. A részletes hibadokumentáció és a többdimenziós tesztelés pontosan azonosította a gyökér okokat. Az alkalmazott vészhelyzeti reagálási és javítási intézkedések hatékonyan megoldották a problémát, amit a javítás utáni tesztek és működési monitorozás is megerősítette. A javasolt megelőző intézkedések célzottak és praktikusak, értékes iránymutatást nyújtva a GIS karbantartásához. A jövőbeni munka további kutatásokra vonatkozik a GIS hiba-mechanizmusokban, hogy tovább növelje az energiaellátási rendszer biztonságát és megbízhatóságát.