تحلیل و اقدامات مقابله‌ای در مورد یک حادثه عملکرد نامناسب دستگاه جداکننده ۱۴۵ کیلوولت

1. مقدمه

در شبکه برق اندونزی، دیود های جداکننده فشار بالا 145kV (HVD) برای حفظ قابلیت اطمینان انتقال در منطقه جزایری آن بسیار مهم هستند. با این حال، حوادث نامنظم عملکرد تهدیدات قابل توجهی را برای پایداری شبکه به وجود می‌آورند. این مقاله یک حادثه نامنظم عملکرد HVD 145kV در یک زیرстан اندونزی را بررسی می‌کند، علل اصلی را تحلیل کرده و مقترضات را پیشنهاد می‌دهد در حالی که به استانداردهای محافظت IP66 و سازگاری IEC 60068-3-3 ارجاع می‌دهد تا ایمنی عملیاتی را افزایش دهد.

2. مرور رویداد در اندونزی

در مارس 2024، یک دیود جداکننده 145kV در یک زیرستان جزیره جاوا در طول یک انتقال بار معمولی به طور ناگهانی باز شد، که منجر به فعال شدن متسلسل رله‌های محافظ شد. این حادثه در یک زیرستان ساحلی نزدیک سورابایا رخ داد، جایی که پوشش دیود با درجه حفاظت IP66 طراحی شده بود تا شرایط گرم و مرطوب را تحمل کند. باز شدن غیر برنامه‌ای تأمین برق 120,000 خانوار را اختلال داد و باعث رها شدن بار 30MW شد، با هزینه‌های تعمیراتی بیش از 800,000 دلار. تحلیل پس از حادثه نشان داد که ترکیبی از تخریب محیطی و نقص‌های سیستم کنترل عوامل اصلی بودند.

3. تحلیل علت اصلی
3.1 آسیب‌پذیری‌های سیستم کنترل
3.1.1 القای مدار فرعی

مدار کنترل DC دیود با زمین مشترک سیستم محافظت از برق‌آبی زیرستان داشت، یک طراحی ناقص که در 20% از زیرستان‌های 145kV اندونزی (گزارش PLN 2023) شناسایی شده بود. در طول یک طوفان نزدیک، ولتاژهای گذرای 12V DC در سیم‌بندی کنترل القاء شدند، که به اشتباه رله باز شدن دیود را فعال کرد. مشابه یک حادثه 2022 در بالی، جایی که حلقه‌های زمینی باعث نامنظم عملکرد HVD 145kV شدند، این مورد نشان داد که جداسازی ناکافی بین مدارهای کنترل و محافظت وجود دارد.

3.1.2 پیری رله

رله الکترومغناطیسی دیود که برای 100,000 عملکرد طراحی شده بود، بدون تعویض 150,000 دور اجرا شده بود. شکست عایقی در لیوان رله، که از طریق تشخیص پس از خرابی شناسایی شد، باعث ایجاد قوس الکتریکی بین تماس‌های باز شد. آزمایش‌های چرخه حرارتی IEC 60068-3-3 بعداً تأیید کرد که عایق اپوکسی رله در دمای >60°C تخریب شده بود، یک دمای معمول در محوطه‌های دیود بدون سیستم تهویه اندونزی.

3.2 تخریب محیطی
3.2.1 شکست پوشش IP66

با وجود گواهی IP66، لاستیک EPDM دیود دارای شکاف 3mm بود که اجازه ورود ابر نمک را می‌داد. هوا در شرق جاوا 0.05mg/m³ یون کلرید دارد، که فرسایش را تسریع می‌کند. تجزیه و تحلیل SEM لاستیک نشان داد که ترک‌های ازن بودند، نتیجه طولانی مدت曝露于紫外线（年平均紫外线指数>12）和高湿度（>85%）的结果。这导致外壳的防尘防水保护性能下降，内部组件铜触点上出现了0.2毫米的锈蚀沉积。 3.2.2 湿气引起的绝缘退化 高湿度（平均相对湿度90%）导致开关复合绝缘子表面凝结，表面电阻率从10^12Ω降至10^8Ω。局部放电（PD）监测数据显示，在六个月内PD活动从5pC增加到25pC，这是闪络的前兆。绝缘子的憎水涂层在热带条件下三年后失效，无法有效排斥水膜。 3.3 维护不足 3.3.1 润滑不足 开关的机械连杆缺乏足够的硅脂（NLGI等级2），导致操作机构摩擦增加了15%。温度传感器记录显示，枢轴接头比基线温度高出40°C，造成粘滑运动，产生机械冲击，模拟正常的开启命令。这与PLN 2024年的报告一致，该报告显示43%的145kV HVD故障与润滑不足有关。 3.3.2 传感器校准延迟 开关的接触电阻传感器校准为±10μΩ，但已有18个月未进行验证。实际精度已漂移到±35μΩ，掩盖了120μΩ的接触劣化（临界阈值：150μΩ）。这种校准延迟在偏远的印度尼西亚变电站中很常见，其中37%的145kV HVD由于后勤挑战而缺乏定期维护。 4. 全面对策 4.1 控制系统重新设计 4.1.1 独立接地架构 为145kV HVD控制电路实施星形接地系统，将其与防雷接地系统分开5米。在控制电源馈线上安装1000V隔离变压器，如2023年棉兰案例研究所示，这将瞬态引起的误操作减少了92%。 4.1.2 固态继电器升级 用IEC 60950认证的固态继电器（SSR）替换电磁继电器，其额定操作次数为10^7次。三宝垄试点项目中的SSR显示无电压尖峰，且切换时间快50%，消除了潮湿环境中的电弧风险。 4.2 增强环境适应性 4.2.1 IP66密封系统改造

• 更换密封垫：使用具有200°C耐温、300%伸长率和UV稳定剂的氟橡胶（FKM）密封垫，符合IEC 60068-3-3热带气候附录。

• 排水改造：在开关外壳上增加12毫米带防虫网的排水孔，减少积水。雅加达试验证明，这在24小时内将内部湿度从85%降至55%。

• 超疏水涂层：向绝缘子喷涂二氧化硅（SiO₂）气溶胶涂层（接触角>150°），将憎水性延长至7年。巴厘岛现场试验显示，PD活动减少了80%。

• 除湿器集成：在机柜内安装佩尔捷效应除湿器（每天3升容量），保持<40% RH。苏拉威西变电站在安装后接触电阻稳定性提高了65%。

• 接触电阻（0.1μΩ分辨率）

• 机械振动（100Hz - 10kHz带宽）

• 机柜湿度/温度（±1% RH, ±0.5°C）

• MTBF增加：干预后从12,000小时增加到45,000小时，超过IEC 62271-102的目标。

• 故障检测时间：通过实时物联网监控从4小时减少到15分钟。

• 初始投资：印度尼西亚10个开关变电站500,000美元

• 五年节省：230万美元，包括：

• 维护人工减少75%

• 设备更换成本降低90%

• 停机损失减少88%

3.2.2 تخریب عایقی ناشی از رطوبت

رطوبت بالا (90% میانگین رطوبت نسبی) باعث تكثيف روی عایق مرکب سويتش كرد و مقاومت سطحی آن را از 10^12Ω به 10^8Ω كاهش داد. داده‌های نظارت بر تخلیه محلی (PD) نشان داد كه فعالیت PD در طول شش ماه از 5pC به 25pC افزایش یافت، كه پيش‌نشانی از فلاشر بود. پوشش آب‌گریزان عایق پس از سه سال در شرایط گرمسیری كارایی خود را از دست داد و قادر به دفع فیلم‌های آبی نبود.

3.3 کمبود‌های نگهداری
3.3.1 نشت چربی

پیوند مکانیکی سويتش چربی سیلیکونی كافي (درجه NLGI 2) نداشت، كه باعث افزایش 15% اصطكاك در مکانیسم عملكرد شد. سنسورهای دما ثبت كردند كه مفاصل محوری 40°C گرم‌تر از خط پایه بودند، كه باعث حرکت چسبیده-لغزش شد و ضربه‌های مکانیكی توليد كرد كه دستور باز شدن عادي را میمانست. این موضوع با گزارش PLN در سال 2024 همخوانی دارد كه 43% از خطاهاي HVD 145kV به دليل نشت چربی بود.

3.3.2 تأخیر در کالیبراسیون سنسورها

سنسور مقاومت تماس سويتش كه به ±10μΩ تنظیم شده بود، 18 ماه بدون تأیید بود. دقت واقعی به ±35μΩ تغییر یافته بود، كه تخریب 120μΩ تماس (حد حیاتی: 150μΩ) را پوشانده بود. چنین تأخیرهایی در کالیبراسیون در زیرستان‌های دورافتاده اندونزی معمول است، جایی که 37% از HVD 145kV به دلیل چالش‌های لجستیکی نگهداری منظم ندارند.

4. مقابله‌های جامع
4.1 طراحی مجدد سیستم کنترل
4.1.1 معماری زمین‌گیر مستقل

سیستم زمین‌گیر ستاره‌ای را برای مدارهای کنترل HVD 145kV پیاده‌سازی کنید و آنها را از زمین‌گیرهای محافظت از برق‌آبی با فاصله 5 متر جدا کنید. در تغذیه‌های قدرت کنترل ترانسفورماتورهای جداسازی 1000V نصب کنید، مانند یک مطالعه موردی در مدان در سال 2023 که باعث کاهش 92% خطاها ناشی از ترانزیت شد.

4.1.2 به‌روزرسانی رله حالت جامد

رله‌های الکترومغناطیسی را با رله‌های حالت جامد (SSR) مطابق استاندارد IEC 60950 با ظرفیت 10^7 عملیات جایگزین کنید. SSRهای در یک پروژه آزمایشی در سمراگ نشان دادند که هیچ اوج ولتاژی نداشتند و زمان تغییر وضعیت 50% سریع‌تر بود، که خطرات قوس الکتریکی را در محیط‌های مرطوب حذف می‌کند.

4.2 افزایش استحکام محیطی
4.2.1 بازسازی سیستم پوشش IP66

• تعویض لاستیک: استفاده از لاستیک فلوئوروالاستومر (FKM) با مقاومت در برابر دما 200°C، 300% کشش و stabilizers UV، مطابق پیوست اقلیم گرمسیری IEC 60068-3-3.

• اصلاح سیستم دفع آب: افزودن سوراخ‌های 12mm با صفحه ضد حشره به پوشش‌های سوییچ، کاهش انباشت آب. آزمایش در جاکارتا نشان داد که این امر رطوبت داخلی را از 85% به 55% در 24 ساعت کاهش می‌دهد.

4.2.2 راه‌حل‌های پیشرفته عایقی

• پوشش فوق آب‌گریزان: اعمال پوشش SiO₂ بر اساس آروزول (زاویه تماس >150°) به عایق‌ها، تمدید کارایی آب‌گریزان از 3 به 7 سال. آزمایش‌های میدانی در بالی فعالیت PD را 80% کاهش داد.

• یکپارچه‌سازی دهم‌آور: نصب دهم‌آورهای اثر پلتیه (ظرفیت 3L/روز) در پوشش‌ها، حفظ <40% رطوبت نسبی. یک زیرستان در سولاویسی پس از نصب پایداری مقاومت تماس را 65% بهبود بخشید.

4.3 بهینه‌سازی نگهداری پیش‌بینی‌شده
4.3.1 نظارت فعال‌شده با IoT

نصب شبکه سنسور 4G-فعال:

• مقاومت تماس (دقت 0.1μΩ)

• ارتعاش مکانیسم (باند 100Hz - 10kHz)

• رطوبت/دمای پوشش (±1% رطوبت نسبی، ±0.5°C)

داده‌ها از طریق یک پلتفرم هوش مصنوعی مبتنی بر ابر (دقت 94%) تحلیل می‌شوند که خرابی‌ها را 72 ساعت قبل پیش‌بینی می‌کند، مانند یک پروژه آزمایشی در پاپوآ که قطع‌های غیرمنتظره را 85% کاهش داد.

4.3.2 برنامه‌های نگهداری منطقه‌ای

توسعه برنامه‌های نگهداری مبتنی بر اقلیم:

5. تأثیر فنی و اقتصادی
5.1 بهبود شاخص‌های قابلیت اطمینان

• افزایش MTBF: از 12,000 ساعت به 45,000 ساعت پس از مداخله، بیش از هدف IEC 62271-102.

• زمان شناسایی خرابی: از 4 ساعت به 15 دقیقه با نظارت IoT در زمان واقعی.

5.2 تحلیل هزینه-سود

• سرمایه‌گذاری اولیه: 500,000 دلار برای یک زیرستان 10 سوییچ در اندونزی

• صرفه‌جویی 5 ساله: 2.3 میلیون دلار از:

• کاهش 75% کارگران نگهداری

• کاهش 90% هزینه‌های جایگزینی تجهیزات

• کاهش 88% خسارات ناشی از قطع برق

6. نتیجه‌گیری

عدم عملکرد سوییچ جداکننده 145kV در اندونزی نیاز به راه‌حل‌های یکپارچه برای حل آسیب‌پذیری‌های سیستم کنترل، تخریب محیطی و کمبود‌های نگهداری را تاکید می‌کند. با اجرای پوشش‌های IP66-بهبودیافته، مؤلفه‌های مطابق IEC 60068-3-3 و نگهداری پیش‌بینی‌شده مبتنی بر IoT، شبکه 145kV اندونزی می‌تواند شاخص‌های قابلیت اطمینانی را به سطح استانداردهای جهانی برساند. این رویکرد نه تنها خطرات عدم عملکرد را کاهش می‌دهد بلکه هدف کشور برای یک زیرساخت برق هوشمند و مقاوم را که قادر به برآوردن تقاضای روزافزون انرژی در محیط‌های گرمسیری است، حمایت می‌کند.