145 kV-kytkimen vääratoimintatapahtuman analyysi ja toimenpiteet

1. Johdanto

Indonesian sähköverkossa 145 kV:n korkean jännitteen eristyskytkimet (HVD) ovat olennaisia siirtovarmuuden ylläpitämiseksi saaristomaisessa maastossa. Kuitenkin väärinkäytökset aiheuttavat merkittäviä riskejä verkon vakaudelle. Tässä artikkelissa tutkitaan 145 kV:n HVD:n väärinkäyttöä Indonesian alijärjestelyssä, analysoitaan perussyitä ja ehdotetaan vastatoimenpiteitä viitaten IP66-suojausstandardiin ja IEC 60068-3-3 -mukautukseen turvataksemme toiminnallisen turvallisuuden.

2. Tapahtuman yleiskatsaus Indonesiassa

Maaliskuussa 2024 Java-saaren alijärjestelyssä sijaitseva 145 kV:n eristyskytkin avautui odottamattomasti tavallisen kuormansiirron aikana, mikä aktivoi suojarelayt. Tapahtuma tapahtui Surabayan lähellä sijaitsevassa rannikkosalijärjestelyssä, jossa kytkimen IP66-standardilla varustettu kotelu oli teoreettisesti suunniteltu kestämään trooppiset olosuhteet. Odottamaton avautuminen keskeytti sähköntuotannon 120 000 kotitaloudelle ja aiheutti 30 MW:n kuormasulun, kun taas korjauskustannukset nousivat yli 800 000 dollaria. Tapahtuman jälkeen tehty analyysi paljasti ympäristön pilaantumisen ja ohjausjärjestelmän puutteet pääasiallisina syinä.

3. Syiden tarkastelu
3.1 Ohjausjärjestelmän haavoittuvuudet
3.1.1 Parasitiolainen piirin induktio

Kytkimen DC-ohjauspiiri jakoi yhteisen maanjäristysjärjestelmän kanssa alijärjestelyn ukkosvarmuusjärjestelmän, mikä on tunnistettu 20%:n Indonesian 145 kV:n alijärjestelyissä (PLN-raportti 2023). Lähellä sijaitsevan ukkosenmyrskyn aikana tilapäiset ylikulut aiheuttivat 12 V:n DC-piipityksen ohjausjohtoissa, mikä virheellisesti aktivoi kytkimen avausrelayn. Samankaltainen tapahtuma tapahtui Balilla vuonna 2022, jossa maajoukkueet aiheuttivat 145 kV:n HVD:n väärinkäytön, mikä korostaa riittämättömää erottelua ohjaus- ja suojapiireissä.

3.1.2 Relayn ikääntyminen

Kytkimen sähkömagneettinen relay, joka on suunniteltu 100 000 toimintakertaa varten, oli ylittänyt 150 000 kierrosta ilman vaihtoa. Relayn kyykyn isoloinnin murtuminen, joka havaittiin post-fault-autopsiassa, salli kaari, joka yhdisti normaalisti auki olevat yhteydet. IEC 60068-3-3 lämpösyklien testit vahvistivat myöhemmin, että relayn epoksiisolointi heikkeni >60°C:ssa, mikä on yleinen lämpötila Indonesian ilman ilmastointia olevissa kytkentäalueissa.

3.2 Ympäristön pilaantuminen
3.2.1 IP66-valmisteen epäonnistuminen

Huolimatta IP66-sertifikaatiosta kytkimen EPDM-kumilevy näytti 3 mm:n reikiä, jotka sallivat suolahuurin pääsyn. Itä-Javan rannikkoilma sisältää 0.05 mg/m³ kloorioni, mikä nopeuttaa korroosia. SEM-analyysi kumilevystä paljasti ozonin aiheuttaman kraakan, joka johtuu pitkäaikaiseen UV-säteilyyn (vuotuinen UV-indeksi >12) ja >85 %:n kosteuteen altistumisesta. Tämä vaaransi kotelun polvettaystä/poista suojausta, ja sisäiset komponentit näyttivät 0.2 mm:n ruskostuoksia kuparin yhteyksissä.

3.2.2 Kosteus aiheuttama isoloinnin heikkeneminen

Korkea kosteus (90 % RH keskimäärin) aiheutti kondensaation kytkimen kompositinsulaajalla, mikä vähensi pintaresistanssia 10^12 Ω:sta 10^8 Ω:aan. Osittaisen jännite (PD) valvonnan tiedot osoittivat, että PD-aktiivisuus kasvoi 5 pC:sta 25 pC:hen kuuden kuukauden aikana, mikä on ennakkosymptomi lohkomiseen. Insulaajan hydrofoobinen peite, joka on IEC 60068-3-3 -mukainen, menetti tehonsa kolmen vuoden kuluttua trooppisissa olosuhteissa, eikä kyennyt enää hylkäämään vesiilmioita.

3.3 Huollon puutteet
3.3.1 Riittämätön silikonihöyry

Kytkimen mekaaninen linkki ei sisänyt riittävästi silikonihöyryä (NLGI Grade 2), mikä johti 15 %:n lisätyöhön kytkentämekanismissa. Lämpötilantunnisteet rekisteröivät 40 °C:n lämpötilan kierryskohdissa, mikä aiheutti liukumisen, joka tuotti mekaanisia iskuja, jotka muistuttivat normaaleja avauskomentoja. Tämä vastaa PLN:n 2024 raporttia, jossa 43 % 145 kV:n HVD-väärinkäytöksistä liittyy huomiotta jätettyyn silikonihöyryyn.

3.3.2 Viivästyneet anturien kalibroinnit

Kytkimen yhteyden vastusanturi, joka on kalibroitu ±10 μΩ, ei ollut tarkistettu 18 kuukauden ajan. Todellinen tarkkuus oli venynyt ±35 μΩ, mikä peitti 120 μΩ:n yhteyden heikkenemisen (kritinen kynnys: 150 μΩ). Kalibroinnin viivästyminen on yleistä Indonesian syrjäisissä alijärjestelyissä, joissa 37 % 145 kV:n HVD:illä ei ole aikataulullista huoltoa logististen haasteiden vuoksi.

4. Kattavat vastatoimenpiteet
4.1 Ohjausjärjestelmän uudelleensuunnittelu
4.1.1 Erillinen maanjärjestelmä

Toteuta tähtimaajärjestelmä 145 kV:n HVD-ohjauspiireille, erottamalla ne ukkosvarmuusmaajoista 5 metrin etäisyydellä. Asenna 1000 V:n eristysmuuntajat ohjausvirtasyöttöihin, kuten Medanin 2023 tapaustutkimuksessa, joka vähensi tilapäisindusoituja väärinkäyttöjä 92 %:lla.

4.1.2 Kiinteän tilan relaysiin päivitys

Korvaa sähkömagneettiset relays IEC 60950 -sertifioitujen kiinteän tilan relays (SSR) 10^7 toimintakerralla. Semarangin pilottiprojektissa SSR:t eivät osoittaneet jännitepiipityksiä ja kytkentäaika oli 50 % nopeampi, mikä poisti kaarien riskin kosteissa ympäristöissä.

4.2 Ympäristöresilienssin parantaminen
4.2.1 IP66-valmisteen kokonaisuudistus

• Kumilevyn vaihto: Käytä fluoroelastomeri (FKM) -kumilevyjä, joiden lämpökestävyys on 200 °C, venyvyys 300 % ja UV-stabilisaattorit, jotka vastaavat IEC 60068-3-3:n trooppisen ilmaston liitettä.

• Vedenpoisto muutos: Lisää 12 mm:n vesipoistoavaimia kytkimen koteluihin hyönteishyllyineen, mikä vähentää veden kertymistä. Jakartan kokeessa sisäinen kosteus vähentyi 85 %:sta 55 %:iin 24 tunnissa.

4.2.2 Edistyneet eristysratkaisut

• Superhydrofoobinen peite: Sovella aerosol-pohjaista SiO₂-peitettä (yhteyden kulma >150°) insulaatteihin, joka laajentaa hydrofoobia kolmesta seitsemään vuoteen. Kenttäkokeet Balilla vähensivät PD-aktiivisuutta 80 %:lla.

• Peltier-tehokas dehumidifier-integraatio: Asenna Peltier-tehokas dehumidifier (3 L/päivä kapasiteetilla) koteluihin, ylläpitäen <40 % RH. Sulawesin alijärjestelyssä yhteyden vastusvakaus parani 65 %:lla asennuksen jälkeen.

4.3 Ennakoivan huollon optimointi
4.3.1 IoT-pohjainen valvonta

Käytä 4G-pohjaista anturiverkkoa mitaamaan:

• Yhteyden vastus (0.1 μΩ resoluutio)

• Mekanismi vibratiivuus (100 Hz - 10 kHz taajuusalue)

• Kotelun kosteus/lämpötila (±1 % RH, ±0.5 °C)

Data analysoidaan pilvipohjaisella AI-alustalla (tarkkuus 94 %), joka ennustaa vikoja 72 tuntia etukäteen, kuten Papuan pilottiprojekti osoitti, joka vähensi suunnitelmattomia sähkökatkoja 85 %:lla.

4.3.2 Alueelliset huollon aikataulut

Kehitä ilmastonmukaiset huollonsuunnitelmat:

5. Tekninen ja taloudellinen vaikutus
5.1 Luotettavuuden mittarit paranemassa

• MTBF:n kasvu: 12 000 tunnista 45 000 tuntiin interventioiden jälkeen, ylittäen IEC 62271-102:n tavoitteen.

• Vian havaitsema aika: Vähentynyt 4 tunnista 15 minuuttiin reaaliaikaisen IoT-valvonnan ansiosta.

5.2 Kustannushyötyanalyysi

• Alkuperäinen investointi: 500 000 dollaria 10 kytkimen alijärjestelylle Indonesiassa

• 5-vuotiset säästöt: 2.3 miljoonaa dollaria seuraavista:

• 75 % vähennys huollon työvoimakustannuksissa

• 90 % vähennys laiterunkojen korvauskustannuksissa

• 88 % vähennys sähkökatkoksiin liittyvissä tappioissa

6. Johtopäätös

145 kV:n eristyskytkimen väärinkäyttö Indonesiaa korostaa tarvetta integroituihin ratkaisuihin, jotka käsittelevät ohjausjärjestelmän haavoittuvuuksia, ympäristön pilaantumista ja huollon puutteita. IP66-parannettujen kotelujen, IEC 60068-3-3 -mukautettujen komponenttien ja IoT-pohjaisen ennakoivan huollon toteuttamisella Indonesian 145 kV-verkko voi saavuttaa luotettavuuden mittarit globaaleihin standardeihin. Tämä lähestymistapa ei vain vähennä väärinkäytön riskejä, vaan myös tukee maan tavoitetta resistentista, älykkäästä sähköinfrastruktuurista, joka pystyy vastaamaan kasvaviin energiantarpeisiin trooppisissa olosuhteissa.