Analys och hantering av en brytningssparkfel i en 550 kV GIS-avkopplare

1. Beskrivning av felets fenomen

Felen i kopplingsuttagaren i GIS-utrustningen på 550 kV inträffade den 15 augusti 2024 kl. 13:25, medan utrustningen fungerade under full belastning med en belastningsström på 2500 A. I det ögonblicket aktiverades de associerade skyddsutrustningarna omedelbart, vilket ledde till att motsvarande strömbrytare trippades och den defekta linjen isolerades. Systemets driftsparametrar ändrades betydligt: linjeströmmen sjönk plötsligt från 2500 A till 0 A, och bussspänningen minskade omedelbart från 550 kV till 530 kV, fluktuerade under ungefär 3 sekunder innan den gradvis återhämtade sig till 548 kV och stabiliserades. Under platsbesiktning av underhållspersonal upptäcktes tydliga skador på kopplingsuttagaren. En förbränningsmärke på cirka 5 cm lång fanns på ytan av isolerande buks. Ett utsläppssvartfläck om cirka 3 cm i diameter uppträdde vid anslutningen mellan rörlig och fast kontakt, omgiven av svart pulverformad restsubstans, och vissa metallkomponenter visade tecken på smältning, vilket indikerade intensiv bågning under felet.

2. Analysering av orsaken till felet

2.1 Analysering av grundläggande utrustningsparametrar och driftsstatus
Kopplingsuttagaren har en spänningsnivå på 550 kV, en nominalström på 3150 A och ett avbrottsströmförmåga på 50 kA. Dessa parametrar uppfyller driftskraven för 550 kV-systemet vid denna transformatorstation, vilket teoretiskt garanterar en tillförlitlig drift under normala förhållanden. Kopplingsuttagaren hade varit i drift i 8 år med 350 driftcykler. Den senaste underhållsåtgärden genomfördes i juni 2023, inklusive kontaktpolering, smörjning, mekanisk justering och test av isolationsresistans – alla resultat uppfyllde specifikationerna vid den tiden. Även om antalet driftcykler låg inom det normala spannet kan långsiktig drift ha introducerat åldringss risker, vilket potentiellt kan leda till latenta defekter under efterföljande drift.

2.2 Analysering av elektriska prestandatest

Test av isolationsresistansen för kopplingsuttagaren visade en kontakt-till-kontakt isolationsresistans på 1500 MΩ (historisk värde: 2500 MΩ; standardkrav: ≥2000 MΩ). Jordslutisolationsresistansen var 2000 MΩ (historisk värde: 3000 MΩ; standardkrav: ≥2500 MΩ). Båda värdena var signifikant lägre än historiska data och standarder, vilket indikerar nedbrytning av isolationsprestanda.
Dielektrisk förlustfaktor (tanδ) mätning vid 10 kV gav ett mätt värde på 0,8% (historisk värde: 0,5%; standardkrav: ≤0,6%). Det höjda tanδ-värdet indikerar möjlig fuktinträngning eller åldring av isoleringsmedium, vilket minskar isoleringsstyrkan och ökar risken för dielektrisk genombrott.

2.3 Analysering av mekaniska prestandatest
Mätningar av kontaktryck visade:

• Fas A: 150 N (designvärde: 200 N, avvikelse: –25%)

• Fas B: 160 N (avvikelse: –20%)

• Fas C: 140 N (avvikelse: –30%)
  Alla mätta kontaktryck var under designvärdena med stora avvikelser, vilket sannolikt ledde till ökad kontaktmotstånd, lokal överhettning och bågning.

Analys av driftmekanismen visade:

• Stängningstid: 80 ms (designintervall: 60–70 ms); synkroniseringsskillnad: 10 ms (designgräns: ≤5 ms)

• Öppningstid: 75 ms (designintervall: 55–65 ms); synkroniseringsskillnad: 12 ms (designgräns: ≤5 ms)
  Både öppning- och stängningstider översteg designgränserna, och synkroniseringsskillnaderna var för stora, vilket indikerar mekanisk misslyckande som kan orsaka asynkron kontakt/avskiljning, vilket leder till återupplivad båge och utsläpp.

2.4 Sammanfattande analys av felets orsak
Integrering av alla finner:

• Elektriskt sett indikerar minskad isolationsresistans och ökat tanδ nedsatt isolering, vilket skapar förhållanden för genombrott.

• Mekaniskt sett ledde otillräckligt kontaktryck till dålig kontakt och lokal överhettning, medan abnorm mekanisk prestanda ledde till asynkron drift och återupplivad båge, vilket förvärrade isoleringskada.
  Trots regelbundet underhåll exponerades utrustningen för åldring under långsiktig drift, och miljöfaktorer som temperatur- och fuktförändringar ytterligare förvärrade prestandan. Flashover-fel i kopplingsuttagaren resulterade av kombinerade effekter av isoleringsnedbrytning, mekaniska anomalier och utrustningsåldring.

3. Åtgärder för felhantering
3.1 Omedelbar nödsituation på plats
Med omedelbar verkan av flashover-fel aktiverades ett nödprotokoll för att säkerställa nätets säkerhet. Den defekta kopplingsuttagaren isolerades genom att koppla ur associerade strömbrytare, vilket förhindrade att felet eskalerade. Skyddsutrustningar kopplade till kopplingsuttagaren inspekterades och justerades för att undvika felaktigt agerande eller misslyckande. Driftsläge för systemet rekonfigurerades brådskande: belastning som tidigare bäddes av den defekta linjen överfördes smidigt till hälsovårda linjer för att upprätthålla eldistribution till kritiska användare. Under detta process var systemparametrar (spänning, ström, frekvens) noggrant övervakade för att säkerställa stabil drift. Personal tilldelades för att säkra felplassen och förhindra olaglig tillgång, vilket förhindrar sekundära incidenter.

3.2 Reparationsplan för utrustning
Basert på analys av grundorsak utarbetades en detaljerad reparationsplan:

• För nedsatt isolering: ersätt och återställ isoleringsmaterial. Ta bort skadade, fuktiga eller åldrade isoleringsmaterial och installera nya, kompatibla material för att återställa isoleringsprestanda.

• För otillräckligt kontaktryck: inspektera och ersätt kontaktfjädrar, justera kontaktryck till designvärden för att minimera kontaktmotstånd och förhindra överhettning/bågning.

• För mekaniska fel: ersätt skadade komponenter och kalibrera mekanismen fullständigt för att uppfylla designspecifikationer för tid och synkronisering.

3.3 Reparationsprocess och viktiga tekniska punkter
Reparationerna följde strikt planen. Kopplingsdonet avmonterades helt för en grundlig inspektion för att bekräfta skadens omfattning. Under ersättningen av isoleringen kontrollerades luftfuktighet och temperatur i miljön för att förhindra föroreningar eller fuktabsorption av de nya materialen. Installationen säkerställde exakt positionering och hårt fastsättande av isoleringen för att undvika tomrum eller löshet. Justeringar av kontakttryck använde kalibrerade verktyg för exakt och jämnt tryck över alla faserna. Ommontering och kalibrering av mekanismen följde procedurer för att garantera smidig och pålitlig drift. Efter reparationen genomfördes omfattande tester – isoleringsmotstånd, tanδ, kontakttryck och mekanismens prestanda – allt uppfyllde standarderna innan återupptagning.

4.Bekräftelse av reparations effektivitet
4.1 Tester efter reparation
Omfattande tester bekräftade den återställda prestandan (se tabell 1):

• Isoleringsmotstånd: mellankontakter ökade från 1500 MΩ till 2400 MΩ; jordmotstånd steg från 2000 MΩ till 2800 MΩ—båda uppfyllde standarderna.

• tanδ minskade från 0,8 % till 0,4 %, inom godtagbara gränser, vilket bekräftar lösningen av problem med fuktighet/åldring.

• Motståndstest: före reparation uppstod brytning vid 480 kV (< standard); efter reparation, ingen brytning vid 600 kV—validerar isoleringens återhämtning.

4.2 Driftsövervakning och utvärdering

Den reparerade kopplingsdonatorn undergick tre månaders driftsövervakning. Kontaktemperaturerna förblev normala, vilket bekräftade effektiv justering av kontaktryck och kontrollerad kontaktmotstånd. Växlingsoperationer stabiliserades: stängningstid på 65 ms, öppning på 58 ms, med synkroniseringsskillnader ≤3 ms. Inga bågeleländen eller utsläpp inträffade. Sammanlagda test- och övervakningsresultat bekräftar framgångsrik felborttagning och stabil drift.

5.Preventiva åtgärder och rekommendationer
För att säkerställa effektiv GIS-drift och minska felfrekvensen måste strikta underhållsstrategier implementeras:

• Regelbundna inspektioner: Genomför veckovisa visuella kontroller och månatliga funktionsprov av kvalificerade team för tidig upptäckt av skador eller avvikelser.

• Avancerad tillståndsövervakning: Distribuera onlineövervakningssystem för realtidsövervakning av partiell utsläpp, temperatur och gasammansättning för att aktivt identifiera potentiella problem.

• Preventiva tester: Utför periodiska isolationsmotstånd- och tanδ-test för att bedöma elektrisk/isolerande hälsa och förebygga åldring eller fuktrelaterade fel.

• Utrustningsval & installation: Välj beprövad, mogen GIS-utrustning som uppfyller driftsbehoven. Följ strikt design- och konstruktionsstandarder vid installation för att säkerställa korrekt justering och säkra anslutningar.

• Kommissionering: Verifiera noggrant alla prestandaparametrar under kommissionering, dokumentera all data för framtida underhållsreferens.

• Personalutbildning: Genomför regelbundet teknisk utbildning och nödsituationer för att förbättra personalens kompetens i drift och fejlhantering, vilket säkerställer snabba och effektiva svar på incidenter och skyddar nätets stabilitисть.

6.Slutord
Denna artikel presenterar en framgångsrik analys och lösning av ett flashover-fel i en 550 kV GIS-kopplingsdonator. Detaljerad felregistrering och flerdimensionella tester identifierade korrekt orsakerna. Implementerade nödåtgärder och reparationer löste effektivt problemet, validerat genom efterreparationsprov och driftsövervakning. Föreslagna preventiva åtgärder är målinriktade och praktiska, ger värdefull vägledning för GIS-underhåll. Framtida arbete bör fördjupa forskningen om GIS-felmekanismer för att ytterligare förbättra elsystemets säkerhet och tillförlitlighet.