145 kV kapcsolómal működési hiba elemzése és ellensúlyozó intézkedések

1. Bevezetés

Indonéziában a 145 kV-os magasspanningú kapcsolók (HVD-k) szerves részét képezik az áramháló megbízhatóságának fenntartásának, különösen az ország szigetelő területén. Azonban a helytelen működés jelentős kockázatot jelent az áramháló stabilitására. Ez a cikk egy indonéz substation-beli 145 kV-os HVD maloperation-ot vizsgálja, elemzi a gyökér okokat, és javaslatokat tesz a problémák megoldására, IP66 védelmi normák és IEC 60068-3-3 kompatibilitás hivatkozásával, hogy növelje a működési biztonságot.

2. A történet áttekintése Indonéziában

Március 2024-ben egy Javán található substation-beli 145 kV-os kapcsoló váratlanul megnyílt egy rutin terhelésátvétel során, ami egy védő relék aktiválódásának láncreakcióját eredményezte. A történet egy Surabaya közelében található part menti substation-ban zajlott, ahol a kapcsoló IP66 minősítésű burkolata elméletileg alkalmas volt a trópusi körülményekre. A nem tervezett nyitás 120 ezer otthon áramellátását zavarotta, és 30 MW terhelést kellett leterheltetni, aminek javítási költségei 800 000 dollárt haladták meg. A történet utáni elemzés környezeti romlást és vezérlőrendszer hibákat fedezett fel fő okokként.

3. Gyökér okok elemzése
3.1 Vezérlőrendszer sebezhetőségei
3.1.1 Félreértelmezett áramkör indukciója

A kapcsoló DC vezérlő áramköre közös földelési ponttal rendelkezett a substation villámlásvédő rendszerével, ami 20% -a az indonéz 145 kV-os substation-okban (2023 PLN jelentés). Egy közeli vihar során átmeneti túlfinomodások 12V DC csúcsokat okoztak a vezérlő vezetékekben, így tévesen aktiválva a kapcsoló nyitó reléjét. Egy hasonló eset történt 2022-ben Balin, ahol a földhurok 145 kV-os HVD-helytelen működést okozott, ez a történet kiemelte a vezérlő és a védő áramkörök közötti inadékvát izolációt.

3.1.2 Relé elöregedés

A kapcsoló elektromos reléje, amely 100 000 műveletre van szabványosítva, 150 000 ciklust teljesített cserélés nélkül. A relé teherből detektált izolációs összeomlás engedélyezte a vonalzást, amely áthidalta a normálisan nyitott kapcsolókat. Az IEC 60068-3-3 hőciklus teszt később megerősítette, hogy a relé epoxizált izolációja 60°C-nál nagyobb hőmérsékleten romlik, ami gyakori Indonesia nem klímaüzemelő switchyards-ban.

3.2 Környezeti romlás
3.2.1 IP66 szegély sikertelenség

Bár IP66 minősítésű, a kapcsoló EPDM szegélye 3 mm-es repedéseket mutatott, amely lehetővé tette a sós köd bejutását. Kelet-Java part menti levegője 0,05 mg/m³ kloridion tartalmat mutat, ami gyorsítja a rosszulhatást. A szegély SEM elemzése ozonrobbanást jelezett, ami a hosszú idejű UV sugárzás (évleges UV index >12) és a >85%-os páratartalom hatására alakult ki. Ez sértegette a burkolat por- és vízvédelmét, belső alkotóelemek 0,2 mm-ről rúgósodott réteggel fedtek a rézkapcsolókon.

3.2.2 Páratartalom miatti izoláció romlása

A magas páratartalom (90% RH átlagosan) kondenzációt okozott a kapcsoló kompozit izolátorán, ami a felületi ellenállást 10¹²Ω-ról 10⁸Ω-ra csökkentette. A részleges kimenet (PD) figyelési adatok szerint a PD tevékenység hat hónap alatt 5 pC-ről 25 pC-re emelkedett, ami előjelzője a flashover-nek. Az izolátor hidrofób bevonat, amely IEC 60068-3-3-szabványos, három év múlva tropikus körülmények között elvesztette hatékonyságát, és nem tudta visszautasítani a vízfilmeket.

3.3 Karbantartási hiányosságok
3.3.1 Inadékvát színesítés

A kapcsoló mechanikai kapcsolatának nincs elegendő silikon színesítése (NLGI 2-es), ami 15%-kal növelte a működési mechanizmus súrlódását. A hőmérséklet érzékelők 40°C-rel melegebbek voltak a bázis értéknél a tengelyi csatlakozásoknál, ami ragadómozgást okozott, ami mechanikai sokkot generált, normalt nyitási parancsoknak hasonlóan. Ez egybeesik a PLN 2024-es jelentésével, amely szerint 43%-a a 145 kV-os HVD helytelen működési esetei a figyelmetlen színesítéshez kapcsolódnak.

3.3.2 Késedelmes érzékelő kalibrálás

A kapcsoló kapcsolási ellenállás érzékelője, amely ±10μΩ-ra van kalibrálva, 18 hónapja nem ellenőrizte. Valójában a pontosítás ±35μΩ-ra tolódott el, ami maszkolta a 120μΩ kapcsolási romlást (kritikus küszöb: 150μΩ). Ilyen késedelem a kalibrálásban gyakori a távoli indonéz substation-okban, ahol 37%-a a 145 kV-os HVD-knek nincs ütemezett karbantartása logisztikai nehézségek miatt.

4. Kiterjedt intézkedések
4.1 Vezérlőrendszer újratervezése
4.1.1 Izolált földelési architektúra

Implementáljon csillag alakú földelést a 145 kV-os HVD vezérlő áramkörök számára, elválasztva őket a villámlásvédő földelési pontoktól 5 méterrel. Telepítse 1000V izolációs transzformátorokat a vezérlő áramforrásokon, ahogy egy 2023-as Medan-i esettanulmány mutatta, ami 92%-kal csökkentette a tranzientek miatti helytelen működéseket.

4.1.2 Szilícium alapú relé frissítés

Cserélje le az elektromos reléket IEC 60950-szabványos szilícium alapú relékre (SSR), amely 10⁷ műveletre van szabványosítva. SSR-ek egy Semarang pilot projektben nullát mutattak feszültség-csúcsokban, és 50%-kal gyorsabbak voltak a kapcsolási időben, kiküszöbölték a hőmérsékleti kockázatokat nedves környezetben.

4.2 Környezeti ellenállás növelése
4.2.1 IP66 szegély rendszer felújítása

• Szegély cseréje: Használjon fluoroelastomer (FKM) szegélyeket 200°C hőmérséklet-ellenállással, 300%-kal nyújtással és UV-stabilizátorral, amelyek megfelelnek az IEC 60068-3-3 trópusi klima mellékletének.

• Lerakódás módosítása: Adjon 12 mm-es weep lyukakat a kapcsoló burkolataiba, rovarszűrőkkel, csökkentve a vízgyűjtést. Egy Jakarta-i próba azt mutatta, hogy ez 24 órán belül 85%-ról 55%-ra csökkenti a belső páratartalmat.

4.2.2 Fejlett izolációs megoldások

• Superhidrofób bevonat: Alkalmazzon aeroszol-alapú SiO₂ bevonatokat (kapcsolódási szög >150°) az izolátorokon, kiterjesztve a hidrofóbiát 3-ról 7 évre. Bali mezőbeli tesztek 80%-kal csökkentették a PD tevékenységet.

• Páradúsító integráció: Telepítse a Peltier-hatású páradúsítókat (3L/napi kapacitás) a burkolatokba, fenntartva <40% RH-t. Egy Sulawesi substation-ban a kapcsolási ellenállás stabilizációja 65%-kal javult a telepítés után.

4.3 Prediktív karbantartás optimalizálása
4.3.1 IoT-alapú monitorozás

Telepítse a 4G-alapú érzékelő hálózatot a következő mérésekhez:

• Kapcsolási ellenállás (0.1μΩ felbontás)

• Mechanika rezgései (100Hz-10kHz sávszélesség)

• Burkolat páratartalma/hőmérséklete (±1% RH, ±0.5°C)

Az adatokat egy felhőalapú mesterséges intelligencia platform (94% pontosság) elemzi, ami 72 órával előre jelez a hibákat, ahogy egy Papua pilot projekt igazolta, ami 85%-kal csökkentette a nem tervezett kimaradásokat.

4.3.2 Regionális karbantartási ütemtervek

Fejlesztesse klímára alapozott karbantartási tervet:

5. Technikai és gazdasági hatás
5.1 Megbízhatósági metrikák javítása

• MTBF növekedése: 12 000 órától 45 000 órára a beavatkozás után, meghaladva az IEC 62271-102 célkitűzését.

• Hiba detektálási idő: Csökkent a 4 órától 15 percig valós idejű IoT monitorozás révén.

5.2 Költség-haszon elemzés

• Elsődleges befektetés: $500 000 egy 10-kapcsolós substationhoz Indonéziában

• 5-éves megtakarítás: $2,3 millió a következőkből:

• 75%-os csökkentés a karbantartási munkaerőben

• 90%-os csökkenés a berendezéscsere költségeiben

• 88%-os minimalizálás a leállási veszteségekben

6. Következtetés

A 145 kV-os kapcsoló helytelen működése Indonéziában hangsúlyozza a szükséget integrált megoldásokra, amelyek kezelik a vezérlőrendszer sebezhetőségeit, a környezeti romlást és a karbantartási hiányosságokat. Az IP66 fejlett burkolatok, IEC 60068-3-3 kompatibilis komponensek, és IoT-alapú prediktív karbantartás implementálásával Indonézia 145 kV-os hálózata elérheti a globális szabványokkal egyenértékű megbízhatósági metrikákat. Ez a megközelítés nem csak a helytelen működés kockázatainak csökkentését segíti, de támogatja az ország célt, egy erős, intelligens energiainfrastruktúra kialakítását, amely képes kezelni a növekvő energiaigényeket trópusi környezetben.