Analyse en afhandeling van een storing door ontlading in een 550 kV GIS-afschakelaar

1. Beschrijving van het storingverschijnsel

De storing bij de schakelaar in een 550 kV GIS-installatie vond plaats om 13:25 op 15 augustus 2024, terwijl de installatie volledig belast was met een ladingstroom van 2500 A. Op het moment van de storing reageerden de bijbehorende beschermingsapparaten onmiddellijk, waardoor de corresponderende circuitbreker werd uitgeschakeld en de defecte lijn werd geïsoleerd. De systeemoperatieparameters veranderden significant: de lijnstroom daalde abrupt van 2500 A naar 0 A, en de busspanning zakte onmiddellijk van 550 kV naar 530 kV, fluctueerde gedurende ongeveer 3 seconden voordat deze geleidelijk terugkeerde naar 548 kV en stabiliseerde. Onderhoudspersoneel dat ter plaatse inspecteerde, constateerde duidelijke schade aan de schakelaar. Er werd een brandplek van ongeveer 5 cm lang gevonden op de oppervlakte van de isolerende bushing. Een ontladingbrandplek van ongeveer 3 cm in diameter verscheen op de verbinding tussen de bewegende en vaste contacten, omringd door zwart poederachtig residu, en sommige metalen onderdelen vertoonden tekenen van smelten, wat wijst op hevige bogen tijdens de storing.

2. Analyse van de oorzaak van de storing

2.1 Analyse van de basisapparaamparameters en -werkingsomstandigheden
De schakelaar heeft een nominale spanning van 550 kV, een nominale stroom van 3150 A en een uitschakelstroom van 50 kA. Deze parameters voldoen aan de operationele eisen van het 550 kV-systeem in dit transformatorhuis, waarbij theorieën ervoor zorgen dat er betrouwbaar kan worden gewerkt onder normale omstandigheden. De schakelaar was al 8 jaar in gebruik met 350 bedieningen. Het meest recente onderhoud werd uitgevoerd in juni 2023, inclusief contactpolijsten, smeren, mechanisme-afstelling en isolatieweerstandstests—alle resultaten voldeden destijds aan de specificaties. Hoewel het aantal bedieningen binnen het normale bereik lag, kunnen langdurige werking leeftijdgerelateerde risico's introduceren, die mogelijk tot latente defecten kunnen leiden tijdens vervolgende dienst.

2.2 Analyse van elektrische prestatietests

Isolatieweerstandstests van de schakelaar toonden een intercontactisolatieweerstand van 1500 MΩ (historische waarde: 2500 MΩ; standaardeis: ≥2000 MΩ). De grondisolatieweerstand was 2000 MΩ (historische waarde: 3000 MΩ; standaardeis: ≥2500 MΩ). Beide waarden waren aanzienlijk lager dan historische gegevens en standaarden, wat op een verminderde isolatieprestatie duidt.
Testen van de dielectrica-verliesfactor (tanδ) bij 10 kV leverden een gemeten waarde van 0,8% (historische waarde: 0,5%; standaardeis: ≤0,6%). De verhoogde tanδ suggereert mogelijke vochtinname of ouderdom van het isolatiemedium, wat de isolatiesterkte vermindert en het risico op dielectrica-doorbraak verhoogt.

2.3 Analyse van mechanische prestatietests
Contactdrukmetingen toonden aan:

• Fase A: 150 N (ontwerpwaaarde: 200 N, afwijking: –25%)

• Fase B: 160 N (afwijking: –20%)

• Fase C: 140 N (afwijking: –30%)
  Alle gemeten contactdrukken lagen onder de ontwerpwaaarden met grote afwijkingen, waarschijnlijk veroorzakend verhoogde contactweerstand, lokale oververhitting en bogen.

Analyse van het bedieningsmechanisme toonde aan:

• Sluitingstijd: 80 ms (ontwerpgebied: 60–70 ms); synchrone afwijking: 10 ms (ontwerpbeperking: ≤5 ms)

• Openingsduur: 75 ms (ontwerpgebied: 55–65 ms); synchrone afwijking: 12 ms (ontwerpbeperking: ≤5 ms)
  Zowel sluitingstijd als openingsduur overstegen de ontwerpbeperkingen, en synchrone afwijkingen waren te groot, wat op een mechanisch defect wijst dat asynchrone contact/scheiding kan veroorzaken, leidend tot heroplichting van bogen en ontlading.

2.4 Algemene analyse van de oorzaak van de storing
Integratie van alle bevindingen:

• Elektrisch gezien wijzen verminderde isolatieweerstand en verhoogde tanδ op een verouderde isolatie, creërend omstandigheden voor doorbraak.

• Mechanisch gezien veroorzaakte onvoldoende contactdruk slechte contacten en lokale verhitting, terwijl abnormaal mechanismeperformance leidde tot asynchrone werking en heroplichting van bogen, wat de isolatieschade verergerde.
  Ondanks regelmatig onderhouden, blootstelden lange diensttijd de apparatuur aan ouderdom, en omgevingsfactoren zoals temperatuur- en vochtigheidsfluctuaties degradeerden de prestaties verder. De flitsoverslagstoring van de schakelaar was het resultaat van de gecombineerde effecten van isolatieveroudering, mechanische anomalieën en apparatuurouderdom.

3. Maatregelen voor het afhandelen van de storing
3.1 Ter plaatse noodmaatregelen
Direct na de flitsoverslagstoring werd een noodprotocol geactiveerd om de veiligheid van het netwerk te waarborgen. De defecte schakelaar werd geïsoleerd door de bijbehorende circuitbrekers uit te schakelen, waardoor escalatie van de storing werd voorkomen. Beschermingsapparaten gekoppeld aan de schakelaar werden geïnspecteerd en aangepast om malfunctionering of falen te voorkomen. Het systeembedrijfsmodus werd dringend herconfigureerd: de lading die eerder door de defecte lijn werd getransporteerd, werd soepel overgebracht naar gezonde lijnen om de energietoevoer aan cruciale gebruikers te handhaven. Tijdens dit proces werden systeemparameters (spanning, stroom, frequentie) nauwlettend in de gaten gehouden om stabiele werking te garanderen. Personeel werd ingezet om de storingplaats te beveiligen en ongeautoriseerde toegang te voorkomen, waardoor secundaire incidenten werden voorkomen.

3.2 Herstelplan voor de apparatuur
Op basis van de worteloorzaakanalyse werd een gedetailleerd herstelplan opgesteld:

• Voor verouderde isolatie: vervang en herstel isolatiemedia. Verwijder beschadigde, vochtige of verouderde isolatiematerialen en installeer nieuwe, voldoende materialen om de isolatieprestaties te herstellen.

• Voor onvoldoende contactdruk: inspecteer en vervang contactveren, pas de contactdruk aan naar ontwerpwaaarden om de contactweerstand te minimaliseren en oververhitting/bogen te voorkomen.

• Voor mechanische fouten: vervang beschadigde componenten en kalibreer het mechanisme volledig om aan de ontwerp Specificaties voor timing en synchronisatie te voldoen.

3.3 Reparatieproces en belangrijke technische punten
De reparaties werden strikt volgens plan uitgevoerd. De schakelaar werd volledig gedemonteerd voor een grondige inspectie om de schade te bevestigen. Tijdens de vervanging van de isolatie werd de luchtvochtigheid en temperatuur gecontroleerd om besmetting of vochtinname van nieuwe materialen te voorkomen. De installatie zorgde ervoor dat de isolatie precies op de juiste plaats werd aangebracht en stevig verbonden, om lege ruimtes of losse delen te voorkomen. De contactdruk werd aangepast met behulp van gecalibreerde gereedschappen om een nauwkeurige en uniforme kracht over alle fasen te garanderen. Het herassemblage- en kalibratieproces van het mechanisme volgde de procedures om soepel en betrouwbaar functioneren te waarborgen. Na de reparatie werden uitgebreide tests uitgevoerd—isolatieweerstand, tanδ, contactdruk en mechanismevermogen—allemaal voldoende aan de normen voordat de schakelaar weer onder spanning werd gebracht.

4.Verificatie van de effectiviteit van de reparatie
4.1 Testen na reparatie
Uitgebreide tests bevestigden de herstelde prestaties (zie Tabel 1):

• Isolatieweerstand: tussen de contacten nam toe van 1500 MΩ naar 2400 MΩ; de grondweerstand steeg van 2000 MΩ naar 2800 MΩ—beide voldoen aan de normen.

• tanδ daalde van 0,8% naar 0,4%, binnen aanvaardbare grenzen, wat de oplossing van vocht/verouderingsproblemen bevestigt.

• Spanningsdichtingstoets: voor de reparatie trad een doorbraak op bij 480 kV (< norm); na de reparatie trad geen doorbraak op bij 600 kV—wat de herstelde isolatie valideert.

4.2 Operationele monitoring en evaluatie

De gerepareerde disconnector onderging 3 maanden operationele monitoring. De contacttemperaturen bleven normaal, wat de effectieve aanpassing van de contactdruk en de gecontroleerde contactweerstand bevestigde. De schakeloperaties stabiliseerden: sluitingstijd op 65 ms, openingsduur op 58 ms, met synchroonafwijkingen ≤3 ms. Er trad geen boogheraansteking of ontlading op. Samengestelde test- en monitoringsresultaten bevestigen een succesvolle foutoplossing en stabiele werking.

5.Preventieve maatregelen en aanbevelingen
Om efficiënte GIS-operatie te waarborgen en het risico op fouten te verkleinen, moeten strikte onderhoudsstrategieën worden uitgevoerd:

• Regelmatige inspecties: Voer wekelijkse visuele controles en maandelijkse functionele tests uit door gekwalificeerde teams om schade of anomalieën vroeg op te sporen.

• Geavanceerde toestandsmonitoring: Implementeer online-monitorsystemen voor real-time tracking van partiële ontlading, temperatuur en gascompositie om potentiële problemen proactief te identificeren.

• Preventieve tests: Voer periodiek isolatieweerstand- en tanδ-tests uit om de elektrische/isolatieconditie te beoordelen en leeftijdsgerelateerde of vochtgerelateerde storingen te voorkomen.

• Selectie en installatie van apparatuur: Kies bewezen, volwassen GIS-apparatuur die voldoet aan de operationele behoeften. Houd strikt vast aan ontwerpen en bouwnormen tijdens de installatie om juiste uitlijning en veilige verbindingen te garanderen.

• Inbedrijnstelling: Controleer grondig alle prestatieparameters tijdens de inbedrijfstelling en documenteer alle gegevens voor toekomstig onderhoudsreferentiedoeleinden.

• Opleiding van personeel: Voer regelmatig technische opleidingen en noodscenario's uit om de bekwaamheid van het personeel in bediening en foutafhandeling te verbeteren, zodat er snel en effectief kan worden gereageerd op incidenten en de netstabiliteit wordt gewaarborgd.

6.Conclusie
Dit artikel presenteert een succesvolle analyse en oplossing van een flashoverfout in een 550 kV GIS-disconnector. Gedetailleerde foutdocumentatie en multidimensionale tests identificeerden nauwkeurig de oorzaken. Uitgevoerde noodsituatiemaatregelen en reparaties losten het probleem effectief op, zoals bevestigd door post-reparatietests en operationele monitoring. Voorgestelde preventieve maatregelen zijn gericht en praktisch, en bieden waardevolle richtlijnen voor GIS-onderhoud. Toekomstig werk zou de studie naar GIS-foutmechanismen moeten verdiepen om de veiligheid en betrouwbaarheid van energieënsystemen verder te versterken.