ניתוח וצעדי מיגור של תקרית אי-הפעולה של מפסק הפרדה 145kV

1. מבוא

ברשת החשמל של אינדונזיה, מפסקים בעלי מתח גבוה של 145kV (HVDs) הם קריטיים להישרדות אמינות ההעברה על פני הטריטוריה הארכיפלגית שלה. עם זאת, תקריות של פעולה לא תקינה מאיימות סיכונים משמעותיים ליציבות הרשת. מאמר זה בוחן תקרית של פעולה לא תקינה של מפסק HVD של 145kV בתחנת משנה באינדונזיה, מתחקה אחר הגורמים העמוקים ומציע פתרונות תוך התייחסות לתקני הגנה IP66 ותאימות ל-IEC 60068-3-3 לשיפור הבטיחות האופרטיבית.

2. סקירת התקרית באינדונזיה

במרץ 2024, מפסק בעל מתח גבוה של 145kV בתחנת משנה באי ג'אווה נפתח באופן בלתי צפוי במהלך העברת עומס רוטיני, מה שהוביל לשרשרת של פעולות מפעלי הגנה. התקרית התרחשה בתחנת משנה לחוף ליד סורביה, שם המגן המדורג IP66 של המפסק היה בנוי באופן תיאורטי כדי לעמוד בתנאים טרופיים. הפתיחה ללא מתכננות הפריעה לספק חשמל ל-120,000 משקי בית גרמה לשחרור עומס של 30MW, והוצאות השיפוץ עלו מעל 800,000 דולר. ניתוח לאחר התקרית חשף שילוב של ירידה באיכות הסביבה ופגמים במערכת הבקרה כגורמים העיקריים.

3. ניתוח הגורמים העמוקים
3.1 פגיעות במערכת הבקרה
3.1.1 הדוקציה מעגל פרזיטי

מעגל הבקרה ה-DC של המפסק חלק קרקע משותף עם מערכת ההגנה מפני ברקים בתחנת המשנה, פגם תכנוני שנמצאו ב-20% מהתחנות המשניות של 145kV באינדונזיה (דו"ח PLN 2023). במהלך סופה של ברקים בסביבה, מתחים זמניים גרמו לעלייה של 12V DC בקابل הבקרה, ובטעות פעלה את מנגנון הפתיחה של המפסק. כמו בתקרית דומה בבאלי בשנת 2022, שבה מעגלים של קרקעות גרמו לפעולה לא תקינה של HVD של 145kV, מקרה זה הדגיש את המחסור בשידוד בין מערכות הבקרה וההגנה.

3.1.2 הזדקנות מפעיל מגנטית

המפעיל המגנטי של המפסק, שדרג ל-100,000 פעולות, עבר 150,000 מחזורים ללא החלפה. פגיעה בבודד הקويل של המפעיל, שנמצאה באמצעות בדיקה לאחר התקלה, אפשרה קשת שקישרה בין מגעים פתוחים בדרך כלל. מבחני מחזור טמפרטורה לפי IEC 60068-3-3 אישרו מאוחר יותר כי בודד האפוקסי של המפעיל התנוון מעל 60°C, טמפרטורה נפוצה במחציתות המפסקים ללא מיזוג אוויר באינדונזיה.

3.2 ירידה באיכות הסביבה
3.2.1 כשל במגשך IP66

למרות תעודת IP66, מגשך ה-EPDM של המפסק הראה פיצוצים באורך 3 מ"מ, שאפשרו חדירה של ערפל מלח. האוויר בחוף מזרח ג'אווה מכיל 0.05mg/m³ של יוני כלוריד, מה שמגביר שחיקה. ניתוח SEM של המגשך חשף פיצוץ בעקבות חשיפה ממושכת לקרינת UV (מדד UV שנתי >12) וẩmות >85%. זה פגע בtection against dust and water, with internal components showing 0.2mm rust deposits on copper contacts.

3.2.2 ירידה באיכות ההבודד עקב לחות

לחות גבוהה (ממוצע 90% RH) גרמה לקונדנסציה על המבודד המורכב של המפסק, ופחיתה את ההתנגדות הפנימית מ-10¹²Ω ל-10⁸Ω. נתוני מעקב על פעילות פרטילית (PD) הראו כי פעילות PD עלה מ-5pC ל-25pC במשך שישה חודשים, סימן מקדים לפלאש-אובר. המגשך ההידרופובי של המבודד,pliant with IEC 60068-3-3, lost effectiveness after three years in tropical conditions, failing to repel water films.

3.3 פגמים בתחזוקה
3.3.1 חוסר במשחה

הקשר המכני של המפסק היה חסר משחה סיליקון (דרגה NLGI 2), מה שהוביל לעליה של 15% בהחיכוך במנגנון ההפעלה. חיישני טמפרטורה רשמו 40°C חמים יותר מהבסיס בנקודות הסיבוב, מה שהוביל לתנועה מסוג stick-slip שהייתה מייצרת זעזועים מכניים, שמתארים פקודות פתיחה תקינות. זה תואם לדוח של PLN משנת 2024 שמראה כי 43% מהפעולות הלא תקינות של HVD של 145kV קשורות להזנחה של משחה.

3.3.2 איחור במדידת חיישנים

חיישן ההתנגדות למגע של המפסק, שנדגד ל-±10μΩ, לא עבר בדיקה במשך 18 חודשים. דיוק אמיתי נע ל-±35μΩ, מה שמסתיר ירידה של 120μΩ בהתנגדות למגע (סף קריטי: 150μΩ). איחורים כאלה במדידה הם שכיחים בתחנות משנה מרוחקות באינדונזיה, שם 37% מה-HVD של 145kV חסרים תחזוקה מתוכננת בשל אתגרים לוגיסטיים.

4. פתרונות כוללניים
4.1 עיצוב מחדש של מערכת הבקרה
4.1.1 ארכיטקטורת קרקע מופרדת

החלפת מערכת הקרקע של מעגלי הבקרה של HVD של 145kV למערכת כוכבית, המפרידה אותם ממערכות ההגנה מפני ברקים במרחק 5 מטר. התקנת טרנספורמרים מבודדים של 1000V על מקורות חשמל של הבקרה, כפי שנעשה במחקר מקרי במדאן בשנת 2023 שהפחית את המקרים של פעולה לא תקינה כתוצאה ממתחים זמניים ב-92%.

4.1.2 עדכון למפעיל מוצק

החלפת מפעילים מגנטיים במפעילים מוצקים מאומתים לפי IEC 60950 שדרג ל-10⁷ פעולות. מפעילים מוצקים בפרויקט פיילוט בסמרנג הראו אפס פיצוצים של מתח וזמן החלפה מהיר ב-50%, מה שמפחית את הסיכונים של קשתות בסביבות לחות.

4.2 שיפור עמידות לסביבה
4.2.1 שיפוץ מערכת המגשך IP66

• החלפת מגשך: שימוש במגשכים של פלואורואלסטומר (FKM) עם עמידות לטמפרטורה של 200°C, אלונציה של 300% ומייצבים UV, בהתאם לתוספת של אקלים טרופי לפי IEC 60068-3-3.

• שינוי במגשך: הוספת חורים של 12 מ"מ עם מסכי אנטי-כינים על מכסות המפסק, המפחיתים מצבי מים. ניסוי בג'קרטה הראה כי זה הפחית את הלחות הפנימית מ-85% ל-55% בתוך 24 שעות.

4.2.2 פתרונות מתקדמים להבודד

• מגשך סופר-הידרופובי: שימוש במכסה SiO₂ על בסיס אירוסול (זווית מגע >150°) על המבודדים, מאריך את ההידרופוביות מ-3 ל-7 שנים. ניסויים בשדה בבאלי הפחיתו את פעילות ה-PD ב-80%.

• שילוב מדחס לחות: התקנת מדחס לחות עם אפקט פלטייר (קיבולת 3 ליטר ליום) במכסות, שומרים על <40% RH. תחנת משנה בסולאווסי ראתה שיפור של 65% יציבות ההתנגדות למגע לאחר ההתקנה.

4.3 אופטימיזציה של תחזוקה prognoztic
4.3.1 מעקב בעזרת IoT

הצבת רשת חיישנים עם יכולת 4G המדדה:

• התנגדות למגע (רזולוציה 0.1μΩ)

• רטט מכני (טווח תדר 100Hz - 10kHz)

• לחות/טמפרטורה של המכסה (±1% RH, ±0.5°C)

נתונים מועברים לנתח באמצעות פלטפורמת AI מבוססת ענן (דיוק 94%) המנבאת תקלות 72 שעות מראש, כפי שנוכח בפרויקט פיילוט בפפואה שהפחית את הפסקות הבלתי מתוכננות ב-85%.

4.3.2 תוכניות תחזוקה רגולריות לפי אזור

פיתוח תוכניות תחזוקה מבוססות אקלים:

5. השפעה טכנולוגית וכלכלית
5.1 שיפור מדדי אמינות

• הגדלת MTBF: מ-12,000 שעות ל-45,000 שעות לאחר התערבות, עוברים על המטרה של IEC 62271-102.

• זמן גילוי תקלה: הפחתה מ-4 שעות ל-15 דקות באמצעות מעקב בזמן אמת באמצעות IoT.

5.2 ניתוח עלויות-יתרונות

• השקעה ראשונית: $500,000 עבור תחנת משנה של 10 מפסקים באינדונזיה

• חסכון בשלוש השנים הבאות: $2.3 מיליון מה:

• הקטנת עבודה ב-75%

• הקטנת עלויות החלפה ב-90%

• הקטנת הפסדי זמן הפסקה ב-88%

6. סיכום

התקרית של פעולה לא תקינה של מפסק HVD של 145kV באינדונזיה מדגישה את הצורך בפתרונות משולבים שמתמודדים עם פגיעות במערכת הבקרה, ירידה באיכות הסביבה ופגמים בתחזוקה. על ידי יישום מכסות משופרות IP66, מרכיבים תואמים ל-IEC 60068-3-3 ותחזוקה prognoztic מבוססת IoT, הרשת של 145kV באינדונזיה יכולה להשיג מדדי אמינות המתאימים לסטנדרטים גלובליים. גישה זו לא רק מפחיתה את הסיכונים של פעולה לא תקינה, אלא גם תומכת במטרה של המדינה ליצור תשתית חשמל חכמה ועמידה המסוגלת לעמוד בדרישות אנרגיה מתגברות בסביבות טרופיות.