Анализ и меры по предотвращению инцидента с неправильной работой разъединителя на 145 кВ

1. Введение

В энергосети Индонезии высоковольтные разъединители (HVD) на 145 кВ играют ключевую роль в поддержании надежности передачи электроэнергии по архипелагу. Однако случаи неправильной работы представляют значительные риски для стабильности сети. В данной статье рассматривается случай неправильной работы разъединителя на 145 кВ на индонезийской подстанции, анализируются корневые причины и предлагаются меры по устранению, ссылаясь на стандарты защиты IP66 и соответствие IEC 60068-3-3 для повышения безопасности эксплуатации.

2. Обзор инцидента в Индонезии

В марте 2024 года разъединитель на 145 кВ на подстанции на острове Ява неожиданно открылся во время обычного переноса нагрузки, вызвав каскад активаций защитных реле. Инцидент произошел на прибрежной подстанции недалеко от Сурабайи, где корпус разъединителя с рейтингом IP66 теоретически был предназначен для выдерживания тропических условий. Несанкционированное открытие привело к нарушению электроснабжения 120 000 домохозяйств и выбытию нагрузки на 30 МВт, а затраты на ремонт превысили 800 000 долларов. Анализ после инцидента показал, что основными причинами стали комбинация экологического износа и дефектов системы управления.

3. Анализ корневых причин
3.1 Уязвимости системы управления
3.1.1 Индукция паразитных цепей

Постоянное напряжение цепи управления разъединителя использовало общую землю с системой защиты от молний подстанции, что является конструктивным недостатком, выявленным в 20% индонезийских подстанций на 145 кВ (отчет PLN за 2023 год). Во время грозы поблизости переходные перенапряжения вызвали скачки напряжения постоянного тока до 12 В в проводке управления, ошибочно активировав реле отключения разъединителя. Подобно случаю 2022 года на Бали, где петли заземления вызвали неправильную работу HVD на 145 кВ, этот случай подчеркнул недостаточную изоляцию между цепями управления и защиты.

3.1.2 Старение реле

Электромагнитное реле разъединителя, рассчитанное на 100 000 операций, превысило 150 000 циклов без замены. Разрушение изоляции катушки реле, обнаруженное при пост-аварийном вскрытии, позволило возникнуть дуге, соединяющей обычно открытые контакты. Позднее термоцикловые испытания по стандарту IEC 60068-3-3 подтвердили, что эпоксидная изоляция реле деградирует при температуре >60°C, что является типичной температурой в непрокондиционированных распределительных устройствах Индонезии.

3.2 Экологическое разрушение
3.2.1 Неисправность уплотнения IP66

Несмотря на сертификацию IP66, резиновый уплотнитель EPDM разъединителя имел трещины шириной 3 мм, позволяющие проникновению солевого тумана. Воздух на востоке Явы содержит 0,05 мг/м³ хлоридных ионов, что ускоряет коррозию. Анализ поверхности уплотнителя методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) показал, что трещины вызваны воздействием озона, результатом длительного воздействия ультрафиолетового излучения (годовой индекс UV >12) и влажности >85%. Это нарушило защиту от пыли и воды, внутренние компоненты показывали ржавчину толщиной 0,2 мм на медных контактах.

3.2.2 Деградация изоляции из-за влаги

Высокая влажность (в среднем 90%) вызвала конденсацию на композитном изоляторе разъединителя, снижая поверхностное сопротивление с 10¹² Ом до 10⁸ Ом. Данные мониторинга частичных разрядов (PD) показали, что активность PD увеличилась с 5 пК до 25 пК за шесть месяцев, что является предшественником пробоя. Гидрофобное покрытие изолятора, соответствующее стандарту IEC 60068-3-3, потеряло свою эффективность через три года в тропических условиях, не способствуя отталкиванию водяных пленок.

3.3 Недостатки обслуживания
3.3.1 Недостаточная смазка

Механическая связь разъединителя имела недостаточное количество силиконовой смазки (NLGI Grade 2), что привело к увеличению трения на 15% в механизме управления. Температурные датчики зарегистрировали повышение температуры на 40°C выше базовой в шарнирных соединениях, вызывая движение с заеданием, которое создавало механические удары, имитирующие нормальные команды открытия. Это согласуется с отчетом PLN за 2024 год, показывающим, что 43% случаев неправильной работы HVD на 145 кВ связаны с недостаточной смазкой.

3.3.2 Задержка в калибровке датчиков

Датчик сопротивления контактов разъединителя, калиброванный на ±10 мкОм, не проверялся в течение 18 месяцев. Фактическая точность снизилась до ±35 мкОм, маскируя деградацию контактов на 120 мкОм (критический порог: 150 мкОм). Такие задержки в калибровке являются обычным явлением на удаленных индонезийских подстанциях, где 37% HVD на 145 кВ не имеют планового обслуживания из-за логистических проблем.

4. Комплексные меры противодействия
4.1 Переработка системы управления
4.1.1 Изолированная система заземления

Реализовать звездообразную систему заземления для цепей управления HVD на 145 кВ, отделяя их от заземлений системы защиты от молний на расстоянии 5 м. Установить трансформаторы изоляции на 1000 В на питание цепей управления, как это было продемонстрировано в исследовании 2023 года в Медане, что снизило случаи неправильной работы, вызванные переходными процессами, на 92%.

4.1.2 Модернизация реле на твердотельные

Заменить электромагнитные реле на твердотельные реле (SSR), сертифицированные по стандарту IEC 60950, рассчитанные на 10⁷ операций. Твердотельные реле, примененные в пилотном проекте в Семаранге, показали отсутствие скачков напряжения и на 50% более быстрое переключение, исключая риски дуговых разрядов во влажных условиях.

4.2 Увеличение устойчивости к окружающей среде
4.2.1 Полная переработка системы уплотнения IP66

• Замена уплотнителей: Использовать фторэластомерные (FKM) уплотнители с температурной устойчивостью до 200°C, удлинением на 300% и стабилизаторами ультрафиолетового излучения, соответствующими тропическому климатическому приложению стандарта IEC 60068-3-3.

• Модификация дренажа: Добавить дренажные отверстия диаметром 12 мм с антинасекомыми сетками к корпусам разъединителей, уменьшая скопление воды. Пробный проект в Джакарте показал, что это снизило внутреннюю влажность с 85% до 55% в течение 24 часов.

4.2.2 Продвинутые решения по изоляции

• Сверхгидрофобное покрытие: Применить аэрозольные SiO₂ покрытия (угол контакта >150°) к изоляторам, продлевая гидрофобность с 3 до 7 лет. Полевые испытания на Бали снизили активность PD на 80%.

• Интеграция осушителей: Установить осушители на эффекте Пельтье (производительность 3 л/сутки) в корпусах, поддерживая относительную влажность ниже 40%. На подстанции в Сулавеси после установки наблюдалось улучшение стабильности контактного сопротивления на 65%.

4.3 Оптимизация прогнозируемого обслуживания
4.3.1 Мониторинг с использованием IoT

Развернуть сеть датчиков с поддержкой 4G для измерения:

• Сопротивление контактов (разрешение 0,1 мкОм)

• Вибрация механизма (полоса пропускания 100 Гц - 10 кГц)

• Влажность/температура корпуса (±1% RH, ±0,5°C)

Данные анализируются с помощью облачной платформы искусственного интеллекта (точность 94%), которая предсказывает отказы за 72 часа, как это было подтверждено в пилотном проекте на Папуа, который сократил неплановые отключения на 85%.

4.3.2 Региональные графики обслуживания

Разработать климатические графики обслуживания:

5. Техническое и экономическое влияние
5.1 Улучшение метрик надежности

• Увеличение MTBF: С 12 000 часов до 45 000 часов после вмешательства, превышая цель стандарта IEC 62271-102.

• Время обнаружения неисправностей: Сокращено с 4 часов до 15 минут благодаря реальному времени мониторинга IoT.

5.2 Анализ затрат и выгод

• Первоначальные инвестиции: $500 000 для подстанции с 10 разъединителями в Индонезии

• Экономия за 5 лет: $2,3 миллиона за счет:

• Снижение затрат на трудовые ресурсы на 75%

• Снижение затрат на замену оборудования на 90%

• Снижение потерь от простоев на 88%

6. Заключение

Неправильная работа разъединителя на 145 кВ в Индонезии подчеркивает необходимость комплексных решений, направленных на устранение уязвимостей системы управления, экологического износа и недостатков обслуживания. Реализация усовершенствованных корпусов IP66, компонентов, соответствующих стандарту IEC 60068-3-3, и прогнозируемого обслуживания, основанного на IoT, позволит энергосети на 145 кВ в Индонезии достичь показателей надежности, соответствующих глобальным стандартам. Этот подход не только снижает риски неправильной работы, но и поддерживает цель страны по созданию устойчивой и умной энергетической инфраструктуры, способной удовлетворять растущие энергетические потребности в тропических условиях.