Анализ и устранение отказа из-за разрядного пробоя в отключателе 550 кВ ГИС

1. Описание неисправности

Неисправность разъединителя в оборудовании GIS на 550 кВ произошла 15 августа 2024 года в 13:25, когда оборудование работало под полной нагрузкой с током нагрузки 2500 А. В момент отказа соответствующие защитные устройства немедленно сработали, отключив соответствующий выключатель и изолировав неисправную линию. Параметры работы системы значительно изменились: ток линии резко упал с 2500 А до 0 А, а напряжение шины мгновенно снизилось с 550 кВ до 530 кВ, колеблясь примерно 3 секунды, прежде чем постепенно восстановилось до 548 кВ и стабилизировалось. При осмотре места происшествия техническим персоналом было обнаружено явное повреждение разъединителя. На поверхности изоляционного втулочного элемента была найдена отметка обгорания длиной около 5 см. В месте соединения подвижных и неподвижных контактов появилось пятно диаметром около 3 см, окруженное черным порошковым остатком, и некоторые металлические компоненты показывали признаки плавления, что указывает на интенсивную дугу во время отказа.

2. Анализ причин неисправности

2.1 Анализ основных параметров оборудования и условий эксплуатации
Разъединитель имеет номинальное напряжение 550 кВ, номинальный ток 3150 А и ток отключения 50 кА. Эти параметры соответствуют требованиям эксплуатации системы 550 кВ на этой подстанции, теоретически обеспечивая надежную работу в нормальных условиях. Разъединитель находился в эксплуатации 8 лет, выполнив 350 операций. Последнее обслуживание было проведено в июне 2023 года, включая полировку контактов, смазку, регулировку механизма и испытание изоляционного сопротивления — все результаты соответствовали спецификациям на тот момент. Хотя количество операций было в пределах нормы, длительная эксплуатация могла привести к старению, потенциально вызывая скрытые дефекты в последующей работе.

2.2 Анализ электрических испытаний

Испытания изоляционного сопротивления разъединителя показали межконтактное изоляционное сопротивление 1500 МОм (историческое значение: 2500 МОм; стандартное требование: ≥2000 МОм). Изоляционное сопротивление к земле составило 2000 МОм (историческое значение: 3000 МОм; стандартное требование: ≥2500 МОм). Оба значения были значительно ниже исторических данных и стандартов, что указывает на ухудшение изоляционных характеристик.
Испытания коэффициента диэлектрических потерь (tanδ) при 10 кВ дали измеренное значение 0,8% (историческое значение: 0,5%; стандартное требование: ≤0,6%). Увеличенное значение tanδ свидетельствует о возможном попадании влаги или старении изоляционного материала, что снижает прочность изоляции и увеличивает риск пробоя.

2.3 Анализ механических испытаний
Измерения давления контактов показали:

• Фаза A: 150 Н (проектное значение: 200 Н, отклонение: –25%)

• Фаза B: 160 Н (отклонение: –20%)

• Фаза C: 140 Н (отклонение: –30%)
  Все измеренные значения давления контактов были ниже проектных значений с большим отклонением, что, вероятно, вызвало увеличение контактного сопротивления, локальное перегревание и возникновение дуги.

Анализ работы механизма показал:

• Время закрытия: 80 мс (проектный диапазон: 60–70 мс); отклонение синхронизации: 10 мс (проектный предел: ≤5 мс)

• Время открытия: 75 мс (проектный диапазон: 55–65 мс); отклонение синхронизации: 12 мс (проектный предел: ≤5 мс)
  Оба времени открытия/закрытия превысили проектные пределы, а отклонения синхронизации были чрезмерными, что указывает на неисправность механизма, которая может вызвать асинхронное смыкание/размыкание, приводя к повторному возгоранию дуги и разряду.

2.4 Комплексный анализ причин неисправности
Объединяя все данные:

• Электрически, снижение изоляционного сопротивления и увеличение tanδ указывают на ухудшение изоляции, создавая условия для пробоя.

• Механически, недостаточное давление контактов вызвало плохой контакт и локальный нагрев, а аномальная работа механизма привела к асинхронной работе и повторному возгоранию дуги, усугубляя повреждение изоляции.
  Хотя оборудование регулярно обслуживалось, длительная эксплуатация привела к старению, а факторы окружающей среды, такие как колебания температуры и влажности, еще больше ухудшили его характеристики. Пробой разъединителя был результатом комбинации ухудшения изоляции, механических аномалий и старения оборудования.

3. Меры по устранению неисправности
3.1 Чрезвычайные меры на месте
Немедленно после пробоя был активирован протокол чрезвычайной реакции для обеспечения безопасности сети. Неисправный разъединитель был изолирован путем отключения связанных выключателей, предотвращая дальнейшее развитие неисправности. Были проверены и отрегулированы защитные устройства, связанные с разъединителем, чтобы избежать их некорректной работы или отказа. Срочно была переустроена схема работы системы: нагрузка, ранее передаваемая через неисправную линию, была плавно переведена на здоровые линии, чтобы сохранить энергоснабжение ключевых потребителей. В процессе этого система параметров (напряжение, ток, частота) была тщательно контролируема, чтобы обеспечить стабильную работу. Персонал был направлен для обеспечения безопасности места аварии и предотвращения несанкционированного доступа, чтобы избежать вторичных инцидентов.

3.2 План ремонта оборудования
На основе анализа корневых причин был разработан подробный план ремонта:

• Для ухудшенной изоляции: заменить и восстановить изоляционные материалы. Удалить поврежденные, влажные или старые изоляционные материалы и установить новые, соответствующие материалы, чтобы восстановить изоляционные характеристики.

• Для недостаточного давления контактов: осмотреть и заменить пружины контактов, отрегулировать давление контактов до проектных значений, чтобы минимизировать контактное сопротивление и предотвратить перегрев и возникновение дуги.

• Для неисправностей механизма: заменить поврежденные компоненты и полностью перекалибровать механизм, чтобы он соответствовал проектным спецификациям по времени и синхронизации.

3.3 Процесс ремонта и ключевые технические моменты
Ремонт строго следовал плану. Разъединитель был полностью разобран для тщательной проверки, чтобы подтвердить степень повреждений. При замене изоляции контролировались влажность и температура окружающей среды, чтобы предотвратить загрязнение или поглощение влаги новыми материалами. Установка обеспечивала точное позиционирование и плотное соединение изоляции, чтобы избежать пустот или ослабления. Регулировка контактного давления выполнялась с использованием калиброванных инструментов для точного и равномерного распределения силы по всем фазам. Пересборка и калибровка механизма выполнялись в соответствии с процедурами, чтобы гарантировать плавную и надежную работу. После ремонта были проведены комплексные тесты — сопротивление изоляции, tanδ, контактное давление и производительность механизма, все соответствовали стандартам перед повторным включением.

4.Проверка эффективности ремонта
4.1 Тестирование после ремонта
Комплексные тесты подтвердили восстановленную производительность (см. таблицу 1):

• Сопротивление изоляции: между контактами увеличилось с 1500 МΩ до 2400 МΩ; сопротивление земли увеличилось с 2000 МΩ до 2800 МΩ — оба показателя соответствуют стандартам.

• tanδ уменьшился с 0.8% до 0.4%, что находится в допустимых пределах, подтверждая решение проблем с влажностью и старением.

• Испытание на выдерживание напряжения: до ремонта пробой произошел при 480 кВ (< стандарт); после ремонта пробоя не было при 600 кВ — что подтверждает восстановление изоляции.

4.2 Оперативный мониторинг и оценка

Отремонтированный разъединитель прошел 3 месяца оперативного мониторинга. Температура контактов оставалась в норме, что подтверждает эффективную настройку давления контактов и контролируемое сопротивление. Операции переключения стабилизировались: время закрытия составило 65 мс, открытия — 58 мс, с отклонением синхронности ≤3 мс. Воспламенений или разрядов не наблюдалось. Объединенные результаты тестирования и мониторинга подтверждают успешное устранение неисправности и стабильную работу.

5.Профилактические меры и рекомендации
Для обеспечения эффективной работы ГИС и снижения рисков возникновения неисправностей необходимо внедрить стратегии строгого технического обслуживания:

• Регулярные осмотры: Проводите еженедельные визуальные проверки и ежемесячные функциональные тесты квалифицированными командами для раннего обнаружения повреждений или аномалий.

• Продвинутый мониторинг состояния: Развертывайте системы онлайн-мониторинга для реального времени отслеживания частичных разрядов, температуры и состава газа, чтобы активно выявлять потенциальные проблемы.

• Профилактические испытания: Проводите периодические испытания изоляционного сопротивления и tgδ для оценки электрического/изоляционного здоровья и предотвращения старения или отказов, связанных с влагой.

• Выбор и установка оборудования: Выбирайте проверенное, зрелое оборудование ГИС, соответствующее эксплуатационным потребностям. Строго соблюдайте стандарты проектирования и строительства при установке, чтобы обеспечить правильное выравнивание и надежные соединения.

• Ввод в эксплуатацию: Тщательно проверяйте все параметры производительности во время ввода в эксплуатацию, документируя все данные для будущих справок по техническому обслуживанию.

• Обучение персонала: Регулярно проводите техническое обучение и учения по чрезвычайным ситуациям, чтобы повысить квалификацию сотрудников в операциях и устранении неисправностей, обеспечивая быстрые и эффективные ответы на инциденты и защиту стабильности сети.

6.Заключение
В данной работе представлен успешный анализ и решение пробоя в разъединителе ГИС напряжением 550 кВ. Подробная документация неисправности и многомерные испытания точно определили корневые причины. Принятые меры экстренного реагирования и ремонта эффективно решили проблему, что подтверждается тестами после ремонта и оперативным мониторингом. Предложенные профилактические меры целенаправленны и практичны, предоставляя ценное руководство для технического обслуживания ГИС. В будущем следует углубить исследования механизмов отказов ГИС для дальнейшего повышения безопасности и надежности энергетических систем.