Ανάλυση και Μέτρα για ένα Συμβάν Λανθασμένης Λειτουργίας Επιλεκτρικού Διαχωριστή 145kV

1. Εισαγωγή

Στο πλέγμα ρεύματος της Ινδονησίας, οι αποσυνδέστριες υψηλής τάσης (HVDs) 145kV είναι κρίσιμες για τη διατήρηση της αξιοπιστίας της μεταφοράς στον νησιωτικό τόπο. Ωστόσο, οι περιπτώσεις λανθασμένης λειτουργίας συνιστούν σημαντικά προβλήματα για τη σταθερότητα του πλέγματος. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια περίπτωση λανθασμένης λειτουργίας HVD 145kV σε έναν υποσταθμό της Ινδονησίας, αναλύοντας τις βασικές αιτίες και προτείνοντας αντιμετωπιστικά μέτρα, αναφερόμενο σε πρότυπα προστασίας IP66 και συμμόρφωση IEC 60068-3-3 για την ενίσχυση της ασφάλειας λειτουργίας.

2. Περιγραφή Τύχης στην Ινδονησία

Τον Μάρτιο 2024, μια αποσυνδέστρια 145kV σε έναν υποσταθμό της Νήσου Java άνοιξε απροσδόκητα κατά τη διάρκεια μιας συνήθους μεταφοράς φορτίου, προκαλώντας έναν κατακερματισμό ενεργοποιήσεων προστατικών ρελέ. Η τύχη συνέβη σε έναν παράκτιο υποσταθμό κοντά στη Surabaya, όπου η κατασκευή της αποσυνδέστριας με βαθμολογία IP66 θεωρητικά ήταν σχεδιασμένη για να αντέξει τις τροπικές συνθήκες. Η άνευ προγράμματος άνοιξη διατάραξε την παροχή ρεύματος σε 120.000 οικογένειες και προκάλεσε απώλεια φορτίου 30MW, με κόστος επισκευών πάνω από 800.000 δολάρια. Μετά την ανάλυση της τύχης, αποδείχθηκε ότι η συνδυασμένη περιβαλλοντική κατάρρευση και οι αδυναμίες του συστήματος ελέγχου ήταν οι βασικές αιτίες.

3. Ανάλυση Βασικών Αιτιών
3.1 Αδυναμίες του Συστήματος Ελέγχου
3.1.1 Παρασιτική Παραγωγή Κύκλων

Ο ηλεκτρονικός κύκλος ελέγχου της αποσυνδέστριας μοιράστηκε έναν κοινό ιχνοσχεδιασμό με το σύστημα προστασίας από κεραυνούς του υποσταθμού, ένα σχεδιαστικό λάθος που αναγνωρίστηκε στο 20% των υποσταθμών 145kV της Ινδονησίας (άρθρο PLN 2023). Κατά τη διάρκεια μιας κοντινής καταιγίδας, παρούσιες υπερτάσεις προκάλεσαν 12V DC κορυφώσεις στο καλωδίωμα ελέγχου, παραπλανητικά ενεργοποιώντας το ρελέ άνοιξης της αποσυνδέστριας. Ομοίως με μια τύχη το 2022 στη Μπαλί, όπου οι κύκλοι ιχνοσχεδιασμού προκάλεσαν λανθασμένη λειτουργία HVD 145kV, αυτή η περίπτωση υπογράμμισε την έλλειψη επαρκούς απομόνωσης μεταξύ των κυκλών ελέγχου και προστασίας.

3.1.2 Γήρανση Ρελέ

Το ηλεκτρομαγνητικό ρελέ της αποσυνδέστριας, που είχε ρυθμισμένο για 100.000 λειτουργίες, είχε ξεπεράσει 150.000 κύκλους χωρίς αντικατάσταση. Η κατάρρευση της μόνωσης στην κατασκευή του ρελέ, ανακαλύφθηκε μετά την αποτυχία, επέτρεψε την αρκετή έναρξη που συνέδεσε τα κανονικά ανοιχτά επαφικά. Οι δοκιμές θερμικού κύκλου IEC 60068-3-3 επιβεβαίωσαν αργότερα ότι η εποξειδική μόνωση του ρελέ καταρρεύσει σε >60°C, μια κοινή θερμοκρασία στους άνευ κλιματισμού υποσταθμούς της Ινδονησίας.

3.2 Περιβαλλοντική Κατάρρευση
3.2.1 Αποτυχία Φθέγγου IP66

Παρά την πιστοποίηση IP66, ο Φθέγγος EPDM της αποσυνδέστριας έδειξε 3mm ρωγμές, επιτρέποντας την εισαγωγή αλμυρής ομίχλης. Το παράκτιο αέριο στην Ανατολική Java περιέχει 0.05mg/m³ ιόντων χλωρίου, επιταχύνοντας την οξείδωση. Η SEM ανάλυση του Φθέγγου αποκάλυψε κατάθλιψη από όζον, αποτέλεσμα μακρόχρονης εκθέσεως σε UV ακτινοβολία (ετήσιος δείκτης UV >12) και υγρασία >85%. Αυτό έθεσε σε κίνδυνο την προστασία από σκόνη/νερό, με εσωτερικά στοιχεία να δείχνουν 0.2mm οξείδωση σε επαφές από χάλυβα.

3.2.2 Παραγωγή Μόνωσης Λόγω Υγρασίας

Η υψηλή υγρασία (90% RH μέση) προκάλεσε συνδρομή στο συνδυασμένο μονωτικό της αποσυνδέστριας, μειώνοντας την επιφανειακή αντίσταση από 10¹²Ω σε 10⁸Ω. Δεδομένα παρακολούθησης μερικής εκτόξευσης (PD) έδειξαν ότι η PD δραστηριότητα αυξήθηκε από 5pC σε 25pC σε έξι μήνες, προκαταρκτικά σημάδια για flashover. Η υδρόφοβη επένδυση του μονωτικού, συμμόρφω της IEC 60068-3-3, έχασε την αποτελεσματικότητά της μετά τρία χρόνια σε τροπικές συνθήκες, αδυνατώντας να απωθήσει τις μεταλλικές επιφάνειες.

3.3 Έλλειψη Συντήρησης
3.3.1 Ανεπαρκής Λιπαντικό

Η μηχανική σύνδεση της αποσυνδέστριας είχε ανεπαρκή silicone grease (NLGI Grade 2), οδηγώντας σε 15% αύξηση τριβής στο μηχανικό μέσο. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας καταγράφηκαν 40°C πιο ζεστοί από την βάση στα περιστροφικά σύνδεση, προκαλώντας stick-slip κίνηση που παρήγαγε μηχανικούς σοκ, μιμούμενοι τις κανονικές εντολές άνοιξης. Αυτό συμφωνεί με την έκθεση του PLN του 2024, η οποία δείχνει ότι το 43% των λανθασμένων λειτουργιών HVD 145kV σχετίζονται με αγνοημένη λιπαντική.

3.3.2 Καθυστερημένη Καλιβροποίηση Αισθητήρων

Ο αισθητήρας αντίστασης επαφής της αποσυνδέστριας, καλιβρωμένος σε ±10μΩ, δεν είχε επαληθευτεί για 18 μήνες. Η πραγματική ακρίβεια είχε αποκλινεί σε ±35μ&Ω;, κρύβοντας μια 120&μΩ αποκατάσταση επαφής (κρίσιμο όριο: 150&μΩ;). Τέτοιες καθυστερήσεις στην καλιβροποίηση είναι κοινές σε απομακρυσμένους υποσταθμούς της Ινδονησίας, όπου το 37% των HVD 145kV έχει έλλειψη προγραμματισμένης συντήρησης λόγω λογιστικών προκλήσεων.

4. Συνολικά Αντιμετωπιστικά Μέτρα
4.1 Ανασχεδιασμός Συστήματος Ελέγχου
4.1.1 Αρχιτεκτονική Μοναδικού Ιχνοσχεδιασμού

Εφαρμόστε ένα σύστημα ιχνοσχεδιασμού σε μορφή αστέρα για τους κυκλώματα ελέγχου HVD 145kV, διαχωρίζοντάς τους από τους ιχνοσχεδιασμούς προστασίας από κεραυνούς κατά 5m. Εγκαταστήστε 1000V μετατροπείς απομόνωσης στις εισόδους ενέργειας ελέγχου, όπως αποδείχθηκε σε μια μελέτη περιπτώσεων το 2023 στη Medan, που μείωσε τις λανθασμένες λειτουργίες λόγω παρεμπίπτοντων κατά 92%.

4.1.2 Αναβάθμιση σε Στερεά Κράτηση Ρελέ

Αντικαταστήστε τα ηλεκτρομαγνητικά ρελέ με IEC 60950 πιστοποιημένα ρελέ στερεάς κράτησης (SSR) ρυθμισμένα για 10⁷ λειτουργίες. Τα SSR σε ένα πιλοτικό έργο στη Semarang έδειξαν μηδενικές κορυφώσεις τάσης και 50% πιο γρήγορες χρονικές διακοπές, εξαλείφοντας τους κινδύνους αρκετής έναρξης σε υγρασία.

4.2 Ενίσχυση Περιβαλλοντικής Αντοχής
4.2.1 Πλήρης Αναδιάρθρωση Συστήματος Φθέγγου IP66

• Αντικατάσταση Φθέγγου: Χρησιμοποιήστε φθέγγους fluoroelastomer (FKM) με αντοχή θερμοκρασίας 200°C, 300% εκτενής και σταθεροποιητές UV, συμμόρφω της παράρτημα τροπικού κλίματος IEC 60068-3-3.

• Τροποποίηση Αποστράγγισης: Προσθέστε 12mm τρύπες αποστράγγισης με αντιέντομα πλέγματα στις κατασκευές αποσυνδέστριας, μειώνοντας τη συσσώρευση νερού. Μια δοκιμή στη Jakarta έδειξε ότι αυτό μείωσε την εσωτερική υγρασία από 85% σε 55% μέσα σε 24 ώρες.

4.2.2 Προηγμένες Λύσεις Μονωτικών

• Υπερυδρόφοβη Επένδυση: Εφαρμόστε αεροσόλια SiO₂ επιφάνειες (γωνία επαφής >150°) σε μονωτικά, επεκτείνοντας την υδρόφοβη διάρκεια από 3 σε 7 χρόνια. Πεδιακές δοκιμές στη Bali μείωσαν την PD δραστηριότητα κατά 80%.

• Ενσωμάτωση Αποξηραντή: Εγκαταστήστε αποξηραντές Peltier (3L/ημέρα δυναμικό) σε κατασκευές, διατηρώντας <40% RH. Ένας υποσταθμός στη Sulawesi έδειξε μείωση της σταθερότητας αντίστασης επαφής κατά 65% μετά την εγκατάσταση.

4.3 Βελτίωση Προληπτικής Συντήρησης
4.3.1 Παρακολούθηση με IoT

Εφαρμόστε ένα δίκτυο αισθητήρων 4G μετρώντα:

• Αντίσταση επαφής (0.1&μΩ ανάλυση)

• Κύματα μηχανισμού (100Hz - 10kHz πλάτος)

• Υγρασία/θερμοκρασία κατασκευής (&plusmn;1% RH, &plusmn;0.5°C)

Τα δεδομένα αναλύονται μέσω μιας πλατφόρμας AI βασισμένης στο cloud (ακρίβεια 94%) που προβλέπει αποτυχίες 72 ώρες πριν, όπως αποδείχθηκε σε ένα πιλοτικό έργο στη Papua που μείωσε τις άνευ προγράμματος αποτυχίες κατά 85%.

4.3.2 Προγράμματα Συντήρησης Περιφερειακής Βάσης

Αναπτύξτε προγράμματα συντήρησης με βάση το κλίμα:

5. Τεχνική και Οικονομική Επίδραση
5.1 Βελτίωση Μετρικών Αξιοπιστίας

• Αύξηση MTBF: Από 12.000 ώρες σε 45.000 ώρες μετά την παρέμβαση, υπερβαίνοντας το στόχο της IEC 62271-102.

• Χρόνος Ανίχνευσης Σφάλματος: Μείωση από 4 ώρες σε 15 λεπτά μέσω πραγματικού χρόνου παρακολούθησης IoT.

5.2 Ανάλυση Κόστους-Πλεονασμού

• Αρχική Επένδυση: $500.000 για έναν υποσταθμό 10 αποσυνδέστριες στην Ινδονησία

• Απο