Analyse og håndtering av en brytningsløsningfeil i en 550 kV GIS skillebryter

1. Beskrivelse av feilfenomenet

Feilen i sparkerenheten i et 550 kV GIS-utstyr oppsto klokken 13:25 den 15. august 2024, mens utstyret opererte under full belastning med en belastningsstrøm på 2500 A. I øyeblikket for feilen reagerte de tilknyttede beskyttelsesenheter umiddelbart, utløste den tilsvarende sirkuitbryteren og isolerte den defekte linjen. Systemets driftsparametre endret seg markant: linje strømmen falt brått fra 2500 A til 0 A, og bussspenningen sank umiddelbart fra 550 kV til 530 kV, fluktuerende i omtrent 3 sekunder før den gradvis gjenopptok seg til 548 kV og stabiliserte seg. Ved stedlige inspeksjon av vedlikeholdsansatte ble det funnet tydelig skade på sparkerenheten. En forbrenning merke på omtrent 5 cm lang ble funnet på overflaten av isolasjonsbushingen. Et slipspor på omtrent 3 cm i diameter oppsto ved forbindelsen mellom den bevegelige og faste kontakten, omgitt av svart pulveraktig rester, og noen metallkomponenter viste tegn på smelting, noe som indikerte intens bueilding under feilen.

2. Feilanalyse

2.1 Analyse av grunnleggende utstyrsparametre og driftsforhold
Sparkerenheten har en spenningsklasse på 550 kV, en nominalstrøm på 3150 A og en utslukningsstrøm på 50 kA. Disse parametrene er i tråd med driftskravene for 550 kV-systemet på denne transformasjonssentralen, teoretisk sett sikrer dette pålitelig drift under normale forhold. Sparkerenheten hadde vært i drift i 8 år med 350 operasjoner. Den siste vedlikeholdshandlingen ble gjennomført i juni 2023, inkludert kontaktpolering, smøring, mekanismejustering og test av isolasjonsmotstand – alle resultater var i henhold til spesifikasjoner på det tidspunktet. Selv om antallet operasjoner var innen normalt område, kan langvarig drift ha introdusert aldringsrisiko, som potensielt kan føre til latente defekter under senere bruk.

2.2 Analyse av elektriske ytelsestester

Isoleringstest av sparkerenheten viste en isoleringsmotstand mellom kontakter på 1500 MΩ (historisk verdi: 2500 MΩ; standardkrav: ≥2000 MΩ). Jordside isoleringsmotstanden var 2000 MΩ (historisk verdi: 3000 MΩ; standardkrav: ≥2500 MΩ). Begge verdier var betydelig lavere enn historiske data og standarder, noe som indikerer nedsatt isolasjonsytelse.
Dielektrisk tapfaktor (tanδ) testing ved 10 kV ga en målt verdi på 0,8% (historisk verdi: 0,5%; standardkrav: ≤0,6%). Økt tanδ antyder mulig fuktinntredelse eller aldring av isolasjonsmedium, noe som reduserer isolasjonsstyrken og øker risikoen for dielektrisk gjennomtrenging.

2.3 Analyse av mekanisk ytelsestester
Målinger av kontaktpress viste:

• Fase A: 150 N (designverdi: 200 N, avvik: –25%)

• Fase B: 160 N (avvik: –20%)

• Fase C: 140 N (avvik: –30%)
  Alle målte kontaktpress var under designverdier med store avvik, noe som trolig førte til økt kontaktmotstand, lokal overvarming og buing.

Analyse av driftsmechanisme viste:

• Lukkingstid: 80 ms (designområde: 60–70 ms); synkroniseringsavvik: 10 ms (designgrense: ≤5 ms)

• Åpnings tid: 75 ms (designområde: 55–65 ms); synkroniseringsavvik: 12 ms (designgrense: ≤5 ms)
  Både lukkingstider og åpnings tider overskred designgrenser, og synkroniseringsavvik var for høye, noe som indikerer mekanisk feilfunksjon som kan føre til asynkron kontakt/oppdeling, og dermed bueilding og slip.

2.4 Sammenfattende feilanalyse
Integrert alle funn:

• Elektrisk sett indikerer redusert isoleringsmotstand og økt tanδ nedsatt isolasjon, noe som skaper forhold for gjennomtrenging.

• Mekanisk sett førte utilstrekkelig kontaktpress til dårlig kontakt og lokal overvarming, mens anormal mekanisk ytelse ledet til asynkron drift og bueilding, noe som forverret isolasjonskader.
  Selv om utstyret ble regelmessig vedlikeholdt, eksponerte langvarig drift utstyret for aldring, og miljøfaktorer som temperatur- og fuktighetsvariasjoner forverret ytelsen ytterligere. Flashtrengningen i sparkerenheten var resultat av kombinasjonen av isolasjonsnedbryting, mekaniske anomalier og utstyrsaldring.

3. Feilhåndteringstiltak
3.1 Akutt respons på stedet
Umiddelbart etter flashtrengningen ble en akutt responshåndtering aktivert for å sikre nettets sikkerhet. Den defekte sparkerenheten ble isolert ved å utløse tilknyttede sirkuitbrytere, for å unngå at feilen eskalerte. Beskyttelsesenhetene knyttet til sparkerenheten ble inspisert og justert for å unngå mislighold eller mislykket drift. Driftsmodusen for systemet ble umiddelbart rekonfigurert: lasten som tidligere ble bært av den defekte linjen, ble flyttet over til sunne linjer for å opprettholde strømforsyningen til kritiske brukere. Under denne prosessen ble systemparametre (spenning, strøm, frekvens) nøye overvåket for å sikre stabil drift. Personell ble tildelt for å sikre feilstedet og forhindre uautorisert tilgang, for å unngå sekundære hendelser.

3.2 Reparasjonsplan for utstyr
På bakgrunn av rotsaksanalyse ble en detaljert reperasjonsplan utarbeidet:

• For nedgradert isolasjon: erstatt og gjenopprett isolasjonsmedier. Fjerne skadet, fuktig eller aldrende isolasjonsmaterialer og installere nye, overensstemmende materialer for å gjenopprette isolasjonsytelsen.

• For utilstrekkelig kontaktpress: inspisere og erstatte kontaktfjeder, justere kontaktpress til designverdier for å minimere kontaktmotstand og forhindre overvarming/buing.

• For mekaniske feil: erstatte skadede komponenter og kalibrere mekanismen helt for å møte designspesifikasjoner for timing og synkronisering.

3.3 Reparasjonsprosess og nøkkeltekniske punkter
Reparasjonen ble strengt ført i henhold til planen. Avkoplingsenheten ble fullstendig demontert for en grundig inspeksjon for å bekrefte skadeomfanget. Under erstattelse av isolasjon kontrollerte man fuktighet og temperatur i omgivelsene for å unngå forurensning eller tørring av nye materialer. Ved installasjon sikret man nøyaktig posisjonering og fast forbindelse av isolasjon for å unngå tomrom eller løshet. Justering av kontakttrykk ble gjort med kalibrerte verktøy for nøyaktig, jevnt trykk over alle faser. Gjenoppbygging og kalibrering av mekanismen ble utført i samsvar med prosedyrer for å sikre glatt, pålitelig drift. Etter reparasjon ble det gjennomført omfattende tester—isolasjonsmotstand, tanδ, kontakttrykk og mekanisme ytelse—alle oppfylte standardene før gjeninnspenning.

4.Verifisering av reparerings effektivitet
4.1 Testing etter reparasjon
Omfattende tester bekreftet gjenopprettet ytelse (se Tabell 1):

• Isolasjonsmotstand: mellom kontakter økte fra 1500 MΩ til 2400 MΩ; motstand mot jord økte fra 2000 MΩ til 2800 MΩ—både innenfor standarder.

• tanδ sank fra 0.8% til 0.4%, innen akseptable grenser, som bekrefter løsning av fuktighet/gammel problemer.

• Spenningsprøve: før reparasjon ble det brudd ved 480 kV (< standard); etter reparasjon, ingen brudd ved 600 kV—bekrefter gjenopprettet isolasjon.

4.2 Driftsobservasjon og vurdering

Den reparerte skjøtningskontakten ble overvåket under drift i 3 måneder. Kontaktemperaturene forble normale, noe som bekrefter effektiv justering av kontaktpresset og kontrollert kontaktmotstand. Skjøtningsoperasjoner stabiliserte seg: Lukketid på 65 ms, åpentid på 58 ms, med synkroniseringsavvik ≤3 ms. Det oppsto ingen gnistebilding eller utløp. Sammenlagte test- og overvåkningsresultater bekrefter vellykket feilhåndtering og stabil drift.

5.Forhåndsforanstaltninger og anbefalinger
For å sikre effektiv GIS-drift og redusere risikoen for feil, må streng vedlikeholdsstrategi implementeres:

• Regelmessige inspeksjoner: Utfør ukevisuelle sjekker og månedlige funksjonstester av kvalifiserte team for tidlig oppdaging av skader eller anomalier.

• Avansert tilstandsobservasjon: Installer online-overvåkingssystemer for sanntidsoppfølging av partiell utløpsvirksomhet, temperatur og gassammensetning for proaktiv identifisering av potensielle problemer.

• Forebyggende testing: Utfør periodiske isolasjonsmotstand- og tanδ-tester for å vurdere elektrisk/isolasjonshelse og forhindre aldring eller fuktrelaterte feil.

• Utrustingssvalg & installasjon: Velg bevarte, modne GIS-utstyr som møter driftsbehov. Overhold strengt design- og konstruksjonsstandarder under installasjon for å sikre riktig justering og sikre koblinger.

• Innsamling: Verifiser grundig alle ytelsesparametre under innsamling, dokumenter all data for fremtidig vedlikeholdsreferanse.

• Personalkurs: Gjennomfør regelmessig teknisk opplæring og nødsituasjonsøvelser for å øke personalekompetanse i drift og feilhåndtering, for å sikre hurtig og effektiv respons på hendelser og ivareta nettstabilitet.

6.Konklusjon
Dette artikkelen presenterer en vellykket analyse og løsning av en flaskeoverfeil i en 550 kV GIS-skjøtningskontakt. Detaljert feilregistrering og flerdimensjonal testing identifiserte nøyaktig de grunnleggende årsakene. Implementerte nødresponse- og reparasjonsforanstaltninger løste problemet effektivt, verifisert gjennom etterreparasjonsprøver og driftsovervåking. De foreslåtte forebyggende foranstaltningene er målrettede og praktiske, og gir verdifulle veiledninger for GIS-vedlikehold. Fremtidig arbeid bør dykke dypere inn i GIS-feilmekanismer for videre å forbedre strømsystemets sikkerhet og pålitelighet.