Analiza in odpravljanje napake pri prekinih v GIS odskrčevalniku na 550 kV

1. Opis pojavljanja napake

Napaka preklopnika v opremi GIS na 550 kV je prišla do izražanja dne 15. avgusta 2024 ob 13:25, medtem ko je oprema delovala pod polnim bremenom z tokom 2500 A. Ob trenutku odpovedi so se povezani zaščitni napravi hitro odzvali, izvedli so odpalnik pripadajočega preklopnika in izolirali napakasto črto. Delovanje sistema se je bistveno spremenilo: tok na črti se je nenadno zmanjšal s 2500 A na 0 A, napon na busu pa se je takoj zmanjšal s 550 kV na 530 kV, nato pa se je približno 3 sekunde spreminjal, preden se je postopoma vrnil na 548 kV in stabiliziral. Tehnični osebje je na mestu ugotovilo očitno poškodbo preklopnika. Na površini izolacijskega kuželja so našli žgane sledi dolžine približno 5 cm. Pri stiku med gibljivim in nepremičnim kontaktom je nastala razmeroma velika žgana peta s premerom približno 3 cm, okoli katere je bila črna prahasta ostanka, nekateri kovinski elementi pa so pokazovali znake taljenja, kar kaže na intenzivno luka med odpovedjo.

2. Analiza vzrokov za napako

2.1 Analiza osnovnih parametrov opreme in delovnih pogojev
Preklopnik ima nazivni napon 550 kV, nazivni tok 3150 A in prekinilni tok 50 kA. Ti parametri ustrezajo delovnim zahtevam sistema 550 kV na tej transformatornici, teoretično zagotavljajojo zanesljivo delovanje v normalnih pogojih. Preklopnik je bil v uporabi 8 let z 350 operacijami. Najnovejša vzdrževalna dejavnost je potekala junija 2023, vključno z poliranjem stikov, smarčevanjem, prilagajanjem mehanizma in testiranjem izolacijskega upora - vse rezultate so na točko zadostili. Čeprav je število operacij bilo v normalnem obsegu, dolgoročno delovanje lahko vneslo tveganja staranja, ki bi lahko vodili do skritih defektov v nadaljnjem delovanju.

2.2 Analiza električnih preskusov

Testiranje izolacijskega upora preklopnika je pokazalo medstikov izolacijski upor 1500 MΩ (zgodovinska vrednost: 2500 MΩ; standardna zahteva: ≥2000 MΩ). Izolacijski upor na zemlji je bil 2000 MΩ (zgodovinska vrednost: 3000 MΩ; standardna zahteva: ≥2500 MΩ). Obe vrednosti so bili bistveno nižje od zgodovinskih podatkov in standardov, kar kaže na degradirano izolacijsko zmogljivost.
Meritve dielektričnega izguba (tanδ) pri 10 kV so dale meritveno vrednost 0,8% (zgodovinska vrednost: 0,5%; standardna zahteva: ≤0,6%). Povišan tanδ nakazuje na možno vlaganje ali staranje izolacijskega medija, kar zmanjša izolacijsko trdoto in poveča tveganje za dielektrično preoblikovanje.

2.3 Analiza mehaničnih preskusov
Meritve tlaka na stikih so pokazale:

• Faza A: 150 N (projektirana vrednost: 200 N, odstopanje: –25%)

• Faza B: 160 N (odstopanje: –20%)

• Faza C: 140 N (odstopanje: –30%)
  Vsi meritveni tlaki na stikih so bili pod projektiranimi vrednostmi z velikimi odstopanji, kar verjetno povzroča povečan upornost stikov, lokalno preseganje in luk.

Analiza delovanja mehanizmov je pokazala:

• Čas zapiranja: 80 ms (projektirani obseg: 60–70 ms); odstopanje sinhronosti: 10 ms (projektirana meja: ≤5 ms)

• Čas odpiranja: 75 ms (projektirani obseg: 55–65 ms); odstopanje sinhronosti: 12 ms (projektirana meja: ≤5 ms)
  Oba časa, zapiranja in odpiranja, sta presegala projektirani obseg, odstopanja sinhronosti pa so bila prevelika, kar nakazuje na nepravilno delovanje mehanizma, ki lahko povzroči asinhrono stikanje/razstikanje, kar lahko vodi do ponovnega zagnanja luke in razlaganja.

2.4 Kompleksna analiza vzrokov za napako
Združitev vseh ugotovitev:

• Električno, zmanjšan izolacijski upor in povišan tanδ nakazujeta na degradirano izolacijo, ki ustvarja pogoje za preoblikovanje.

• Mehanično, nedostatečni tlak na stikih povzroča slabo stikanje in lokalno seganje, medtem ko abnormalno delovanje mehanizmov vodi do asinhronih operacij in ponovnega zagnanja luke, kar poslabša poškodbo izolacije.
  Čeprav je oprema redno vzdrževala, dolgoročna uporaba opreme prispeva k staranju, medtem ko faktorji okolja, kot so temperature in vlaga, dodatno degradirajo zmogljivost. Lukova napaka preklopnika je nastala zaradi kombinacije degradirane izolacije, mehaničnih anomalij in staranja opreme.

3. Merila za obravnavanje napake
3.1 Hitro odzivanje na mestu
Takoj po luku je bil aktiviran protokol za hitro odzivanje, da bi zagotovili varnost omrežja. Napakast preklopnik je bil izoliran z odpalnikom pripadajočih preklopnikov, da bi preprečili nadaljnjo razširitev napake. Zaščitne naprave, povezane s preklopnikom, so bile pregledane in prilagojene, da bi se izognili nesporazumu ali odpovedi. Operacijski način sistema je bil hitro rekonfiguriran: breme, prenašano s strani napakaste črte, je bilo gladko preneseno na zdrave črte, da bi se zagotovil oskrba ključnih uporabnikov z energijo. Med tem procesom so bile tesno spremljane parametri sistema (napon, tok, frekvenca), da bi se zagotovilo stabilno delovanje. Osebju je bila dodeljena naloga za varovanje mesta napake in preprečevanje neupravljanega dostopa, da bi se izognili sekundarnim incidentom.

3.2 Načrt popravila opreme
Na podlagi analize glavnega vzroka je bil razvit podroben načrt popravila:

• Za degradirano izolacijo: zamenjava in obnova izolacijskih medijev. Odstranitev poškodovanih, vlageplastnih ali starejših izolacijskih materialov in namestitev novih, skladnih materialov, da bi se obnovila izolacijska zmogljivost.

• Za nedostatečni tlak na stikih: pregled in zamenjava stikovnih spiric, prilagoditev tlaka na stikih na projektirane vrednosti, da bi se zmanjšal upornost stikov in preprečil preseganje/luk.

• Za napake mehanizmov: zamenjava poškodovanih komponent in celovita kalibracija mehanizma, da bi se izpolnile projektirane specifikacije za čas in sinhronost.

3.3 Postopek popravila in ključne tehnološke točke
Popravila so strogo sledila načrtu. Odločilnik je bil popolnoma razstavljen za temeljito preverjanje, da bi se potrdila obseg škode. Med zamenjavo izolacije je bila vlažnost in temperatura okolja kontrolirana, da bi se preprečilo onesnaženje ali absorpcija vlage novih materialov. Namestitev je zagotovila natančno postavitev in trdno povezovanje izolacije, da bi se izognili praznim prostorom ali rahlosti. Prilagoditve kontaktnega tlaka so uporabljale kalibrirane orodja za natančno in enakomerno silo po vseh fazah. Ponovna sestavitev in kalibracija mehanizma sta se držali postopkov, da bi se zagotovilo gladko in zanesljivo delovanje. Po popravilu so bili izvedeni celostni testi - upornost izolacije, tanδ, kontaktni tlak in delovanje mehanizma - vse so ustreza standardom pred ponovnim podaljševanjem.

4.Preverjanje učinkovitosti popravila
4.1 Testiranje po popravilu
Celostni testi so potrdili obnovljeno delovanje (glej Tabelo 1):

• Upornost izolacije: med kontakti se je povečala s 1500 MΩ na 2400 MΩ; odpor na zemljo se je povečal s 2000 MΩ na 2800 MΩ - oboje ustreza standardom.

• tanδ se je zmanjšal s 0,8 % na 0,4 %, kar je znotraj sprejemljivih mej, kar potrjuje reševanje težav s vlago/starenjem.

• Test vzdržnosti napetosti: pred popravilom je prišlo do prekinitve pri 480 kV (< standard); po popravilu ni prišlo do prekinitve pri 600 kV - to potrjuje obnovitev izolacije.

4.2 Operativni nadzor in vrednotenje

Popravljeni ločilnik je preživel 3 mesece operativnega nadzora. Temperature kontaktov so ostale normalne, kar potrjuje učinkovito prilagajanje tlaka na kontakti in nadzor upornosti kontakta. Operacije preklopa so se stabilizirale: čas zapiranja 65 ms, čas odpiranja 58 ms, s odstopanjem sinhronizma ≤3 ms. Nista se zgodila ponovna zaznavanje loka ali razbujanje. Kombinirani rezultati testiranja in nadzora potrjujejo uspešno reševanje napake in stabilno delovanje.

5.Preventivne mere in priporočila
Za zagotavljanje učinkovitega delovanja GIS in zmanjšanje tveganja za poškodbe, morajo biti izvedene strogie strategije vzdrževanja:

• Redni pregledi: Izvajajte tedenske vizualne preglede in mesečne funkcionalne teste z kvalificiranimi ekipami, da zaznete škodo ali anomalije zgodaj.

• Napredno stanje nadzora: Namestite sisteme za sprotni nadzor za hiter sledenje delnim razbojkam, temperaturi in sestavi plinov, da aktivno identificirate možne težave.

• Preventivno testiranje: Izvajajte redne testiranje izolacijske upornosti in tanδ, da ocenite električno/zdravo stanje in preprečite staranje ali onesnaževanje zaradi vlage.

• Izbira in namestitev opreme: Izberite dokazano, zrelo GIS opremo, ki ustrezata operativnim potrebam. Strogo se držite standardov oblikovanja in gradnje med namestitvijo, da zagotovite pravilno poravnava in varne povezave.

• Vključevanje: Skrbno preverite vse parametre delovanja med vključevanjem, dokumentirajte vsa podatka za prihodnje vzdrževanje.

• Usposabljanje osebja: Redno izvajajte tehnično usposabljanje in naloge za nujne situacije, da izboljšate znanje osebja za delovanje in reševanje napak, z zagotavljanjem hitrih in učinkovitih odgovorov na incidente ter varnost omrežja.

6.Zaključek
Ta članek predstavlja uspešno analizo in reševanje napake z bljeskom v 550 kV GIS ločilniku. Podrobna dokumentacija napake in večdimenzionalno testiranje točno določi glavne vzroke. Implementirane nujne ukrepe in popravili učinkovito rešijo problem, potrjeno s testi po popravilih in operativnim nadzorom. Predlagane preventivne mere so ciljne in praktične, ki ponujajo dragocene smernice za vzdrževanje GIS. Prihodnja dela bi morala poglabiti raziskave mehanizmov napak v GIS, da bi dodatno izboljšali varnost in zanesljivost sistema oskrbe z energijo.