Аналіз та усунення аварійного розряду в відключаčі 550 кВ GIS

1.Опис відмови

Відмова відключника у 550 кВ GIS-обладнанні сталася о 13:25 15 серпня 2024 року, коли обладнання працювало на повну навантаження з потужністю струму 2500 А. У момент відмови з'єднані захисні пристрої діяли швидко, відключаючи відповідний вимикач і ізольуючи аварійну лінію. Параметри роботи системи значно змінилися: струм у лінії несподівано знизився з 2500 А до 0 А, а напруга на шині миттєво зменшилася з 550 кВ до 530 кВ, флуктуючи близько 3 секунд, після чого поступово відновилася до 548 кВ і стабілізувалася. При перевірці на місці технічним персоналом було виявлено очевидні пошкодження відключника. На поверхні ізоляційного корпуса знайдено пожежну сліду довжиною приблизно 5 см. На з'єднанні між рухомими та нерухомими контактами з'явився спалений слід від розряду діаметром приблизно 3 см, оточений чорним порошковим залишком, а деякі металеві деталі показали ознаки плавлення, що свідчить про інтенсивне горіння дуги під час відмови.

2.Аналіз причин відмови

2.1 Аналіз базових параметрів обладнання та умов експлуатації
Відключник має номінальну напругу 550 кВ, номінальний струм 3150 А та струм відключення 50 кА. Ці параметри відповідають вимогам експлуатації 550 кВ системи на цій підстанції, теоретично забезпечуючи надійну роботу в нормальних умовах. Відключник працював протягом 8 років з 350 операціями. Останнє обслуговування було проведено в червні 2023 року, включаючи полірування контактів, змащення, регулювання механізму та випробування ізоляційного опору — всі результати відповідали специфікаціям на той час. Хоча кількість операцій була в нормальному діапазоні, тривала експлуатація могла ввести ризики старіння, що може призвести до прихованих дефектів під час подальшої служби.

2.2 Аналіз електричних випробувань

Випробування ізоляційного опору відключника показало міжконтактний ізоляційний опір 1500 МОм (історичне значення: 2500 МОм; стандартна вимога: ≥2000 МОм). Заземлювальний ізоляційний опір становив 2000 МОм (історичне значення: 3000 МОм; стандартна вимога: ≥2500 МОм). Обидва значення були значно нижчими за історичні дані та стандарти, що свідчить про виродження ізоляційних властивостей.
Тестування фактора втрат (tanδ) при 10 кВ дало виміряне значення 0,8% (історичне значення: 0,5%; стандартна вимога: ≤0,6%). Підвищений tanδ свідчить про можливість проникнення вологи або старіння ізоляційного середовища, що зменшує ізоляційну міцність та збільшує ризик електричного пробою.

2.3 Аналіз механічних випробувань
Вимірювання тиску контактів показало:

• Фаза A: 150 Н (проектне значення: 200 Н, відхилення: –25%)

• Фаза B: 160 Н (відхилення: –20%)

• Фаза C: 140 Н (відхилення: –30%)
  Усі виміряні тиски контактів були нижчими за проектні значення з великими відхиленнями, що, ймовірно, призводило до збільшення контактного опору, локального нагріву та горіння дуги.

Аналіз роботи механізму виявив:

• Час закриття: 80 мс (проектний діапазон: 60–70 мс); відхилення синхронізації: 10 мс (проектне обмеження: ≤5 мс)

• Час відкриття: 75 мс (проектний діапазон: 55–65 мс); відхилення синхронізації: 12 мс (проектне обмеження: ≤5 мс)
  Обидва часи відкриття/закриття перевищили проектні обмеження, а відхилення синхронізації були занадто великими, що свідчить про несправність механізму, яка могла призвести до асинхронного контакту/розлучення, що призводить до повторного запалення дуги та розряду.

2.4 Комплексний аналіз причин відмови
Загальні результати:

• Електрично, зменшення ізоляційного опору та збільшення tanδ свідчать про виродження ізоляції, що створює умови для пробою.

• Механічно, недостатній тиск контактів призводив до поганого контакту та локального нагріву, а неправильна робота механізму призводила до асинхронної роботи та повторного запалення дуги, що погіршувало пошкодження ізоляції.
  Хоча обладнання регулярно обслуговувалося, тривала експлуатація призводила до старіння, а також зміни температури та вологості додатково вироджували його характеристики. Відмова відключника через пробій стала результатом поєднання виродження ізоляції, механічних аномалій та старіння обладнання.

3.Міри захисту від відмов
3.1 Екстрена реакція на місці події
Негайно після відмови було активовано екстренний протокол, щоб забезпечити безпеку мережі. Автоматично відключено відключник, щоб уникнути поширення відмови. Були перевірено та налаштовано захисні пристрої, пов'язані з відключником, щоб уникнути неправильного функціонування або відмови. Система екстренно перенастроїла режим роботи: навантаження, що було на аварійній лінії, було гладко передане на здорові лінії, щоб забезпечити живлення ключових споживачів. Під час цього процесу параметри системи (напруга, струм, частота) були тщательно контролювалися, щоб забезпечити стабільну роботу. Персонал був назначений для забезпечення безпеки місця відмови та запобігання несанкціонованого доступу, щоб уникнути вторинних інцидентів.

3.2 План ремонту обладнання
На основі аналізу кореневих причин був розроблений детальний план ремонту:

• Для виродженої ізоляції: замінити та відновити ізоляційні матеріали. Вилучити пошкоджені, зволожені або відносно старі ізоляційні матеріали та встановити нові, відповідні матеріали, щоб відновити ізоляційні властивості.

• Для недостатнього тиску контактів: перевірити та замінити пружини контактів, налаштувати тиск контактів до проектних значень, щоб зменшити контактний опір та запобігти нагріву та горіння дуги.

• Для несправностей механізму: замінити пошкоджені компоненти та повністю перенастроїти механізм, щоб відповідати проектним специфікаціям щодо часу та синхронізації.

3.3 Процес ремонту та ключові технічні моменти
Ремонт був проведений відповідно до плану. Роз'єднуючий пристрій був повністю розібраний для детального огляду, щоб підтвердити ступінь пошкодження. Під час заміни ізоляції керували вологостю та температурою навколишнього середовища, щоб запобігти забрудненню або вигорянню нових матеріалів. Інсталяція забезпечила точне розташування та міцне з'єднання ізоляції, щоб уникнути порожнин або розслабленості. Налаштування контактного тиску виконувалися за допомогою каліброваних інструментів для точного, рівномірного натиску на всіх фазах. Перезбирання та калібрування механізму відбувалося відповідно до процедур, щоб гарантувати плавну, надійну роботу. Після ремонту були проведені комплексні тестування — опір ізоляції, tanδ, контактний тиск та продуктивність механізму — всі відповідали стандартам перед повторним підключенням.

4.Перевірка ефективності ремонту
4.1 Тестування після ремонту
Комплексні тести підтвердили відновлення продуктивності (див. таблицю 1):

• Опір ізоляції: між контактами зрос до 2400 МΩ з 1500 МΩ; опір землі зрос до 2800 МΩ з 2000 МΩ — обидва відповідають стандартам.

• tanδ зменшився з 0.8% до 0.4%, в рамках допустимих меж, що підтверджує вирішення проблем з вологістю/старінням.

• Тест на витривалість напруги: до ремонту пробій відбувся при 480 кВ (< стандарт); після ремонту, без пробою при 600 кВ — підтверджує відновлення ізоляції.

4.2 Оперативний моніторинг та оцінка

Відремонтований відокремлювач підлягав операційному моніторингу протягом 3 місяців. Температура контактів залишалася нормальною, що підтверджує ефективну настройку тиску контактів та контролювання контактного опору. Операції переключення стабілізувалися: час замикання становив 65 мс, час відключення — 58 мс, з синхронізаційними відхиленнями ≤3 мс. Відсутність повторного згоряння дуги або розряду. Обʼєднані результати тестування та моніторингу підтверджують успішне усунення несправності та стабільну роботу.

5.Профілактичні заходи та рекомендації
Для забезпечення ефективної роботи GIS та зменшення ризиків появлення несправностей необхідно реалізувати строгі стратегії обслуговування:

• Регулярні перевірки: Здійснювати тижневі візуальні перевірки та щомісячні функціональні тестування кваліфікованими командами для раннього виявлення пошкоджень або аномалій.

• Західне моніторингове обладнання: Впровадити системи онлайн-моніторингу для реального часу спостереження за частковим розрядом, температурою та складом газу, щоб активно виявляти потенційні проблеми.

• Профілактичне тестування: Проводити періодичні випробування ізоляційного опору та tanδ для оцінки електричного/ізоляційного стану та запобігання старінню або збою через вологу.

• Вибір та встановлення обладнання: Вибирати доведене, зріле обладнання GIS, яке відповідає оперативним потребам. Суворо дотримуватися стандартів проектування та будівництва під час встановлення, щоб забезпечити правильне вирівнювання та надійні зʼєднання.

• Пуско-налагодження: Ретельно перевіряти всі параметри продуктивності під час пуско-налагодження, документувати всі дані для подальшого використання при обслуговуванні.

• Навчання персоналу: Регулярно проводити технічне навчання та навчальні вправи для покращення професійної здатності персоналу у справах управління та ліквідації аварій, забезпечуючи швидкі та ефективні реакції на інциденти та гарантування стабільності мережі.

6.Висновок
Ця стаття представляє успішний аналіз та вирішення пробиву в 550 кВ GIS відокремлювачу. Детальна документація несправності та багатовимірне тестування точно виявили первинні причини. Реалізовані аварійні відповіді та ремонтні заходи ефективно вирішили проблему, що підтверджено тестами після ремонту та операційним моніторингом. Запропоновані профілактичні заходи цілеспрямовані та практичні, надаючи цінні рекомендації для обслуговування GIS. Майбутні дослідження повинні глибше вивчати механізми несправностей GIS, щоб подальшо підвищити безпеку та надійність енергетичної системи.