Analiza in ukrepi v primeru nespravne delovanja preklopnika za 145 kV

1. Uvod

V indonezijskem električnem omrežju so odsekovni preklopniki (HVD) za visoko napetost 145 kV ključni za ohranjanje zanesljivosti prenosa skozi arhipelagsko območje. Vendar nepravilno delovanje težko ogroža stabilnost omrežja. Ta članek raziskuje primer nepravilnega delovanja 145-kV HVD v indonezijski podstanici, analizira osnovne vzroke in predlaga protiukrepe, upošteva standard IP66 za zaščito in skladnost s standardom IEC 60068-3-3 za izboljšanje varnosti pri delu.

2. Pregled dogodka v Indoneziji

V marcu 2024 se je 145-kV odsekovni preklopnik v podstanici na Javi nepričakovano odprl med rednim prenašanjem bremena, kar je sprožilo zaporedje aktivacij zaščitnih relejev. Dogodek se je zgodil v obalni podstanici blizu Surabaye, kjer je klepetna oklepina preklopnika z oceno IP66 teoretično izdelana, da prenaša tropske pogoje. Neplanirani odpiranje je motil oskrbo z električno energijo 120.000 gospodinjstev in povzročil odrez 30 MW obremenjenosti, z stroški popravila, ki so presegli 800.000 USD. Analiza po dogodku je razkrila kombinacijo onesnaženja okolja in napak v sistemih nadzora kot glavne vzroke.

3. Analiza osnovnih vzrokov
3.1 Ranljivosti sistema nadzora
3.1.1 Indukcija parazitskih vezij

DC vez za nadzor preklopnika je imela skupno zemljišče z sistmom za zaščito pred negativnimi posledicami nagnja na podstanici, konstrukcijska napaka, ki je bila identificirana v 20 % indonezijskih 145-kV podstanic (poročilo PLN 2023). Med grmljavino v bližini je prehodna prenapetost inducirala 12-V DC šipe v vezjah nadzora, ki so nesporazumno aktivirali relej za odpiranje preklopnika. Podobno kot v primeru leta 2022 na Bali, kjer so cikli zemljišča povzročili zamenjavo 145-kV HVD, ta primer je izpostavljal nedostatno ločevanje med vezmi nadzora in zaščite.

3.1.2 Staranje releja

Elektromagnetni relej preklopnika, merjen za 100.000 operacij, je presegel 150.000 ciklov brez zamenjave. Poškodba izolacije v bobninah releja, zaznana po postopeku avopsije, je dovolila luknjavo, ki je premostila običajno odprta stikala. Termični testi IEC 60068-3-3 so kasneje potrdili, da je epoksidna izolacija releja degradirala pri >60°C, običajni temperaturi v nehlajenih preklopnih dvoranah v Indoneziji.

3.2 Onesnaženje okolja
3.2.1 Neuspeh zavarovanja IP66

Čeprav ima preklopnik certifikat IP66, je EPDM presedilo pokazalo 3-mm prsline, ki so dopustile vstop solanih mlazov. Obalni zračni prostor v vzhodni Javi vsebuje 0,05 mg/m³ kloridnih ionov, kar pospešuje korozijo. SEM analiza presedila je razkrila ozonsko prslenje, rezultat dolgotrajnega izpostavljenosti UV zračenju (letni UV indeks >12) in vlage >85 %. To je kompromitiralo zaščito klepetnice pred prahom in vodo, z notranjimi komponentami, ki so pokazale 0,2-mm rjave depositate na bakrenih stikalih.

3.2.2 Degradacija izolacije zaradi vlage

Visoka vlaga (90 % RH povprečno) je povzročila kondenzacijo na spojnem elementu preklopnika, zmanjšala površinsko upornost s 10¹²Ω na 10⁸Ω. Podatki o nadzoru delnih razpoloženj (PD) so pokazali, da je PD aktivnost narasla s 5 pC na 25 pC v šestih mesecih, predznak za preklap. Hidrofobna premaza spojnega elementa, skladna s standardom IEC 60068-3-3, je izgubila učinkovitost po treh letih v tropskih pogojih, ne zmožna odpogoniti vodnih filmov.

3.3 Manjkajoča vzdrževanja
3.3.1 Nedostatečna smarjava

Mehanski mehanizem preklopnika je imel premalo silikonove masti (NLGI stopnja 2), kar je pripeljalo do 15 % več trenja v mehanski vezavi. Temperaturni senzorji so zabeležili 40 °C višjo temperaturo kot osnovna v obrtnih vezavah, kar je povzročilo drsenje, generiranje mehanskih udarcev, ki so podobno normalnim ukazom za odpiranje. To se ujema z poročilom PLN 2024, ki kaže, da 43 % nepravilnega delovanja 145-kV HVD povezanega z zanemarjanjem smarjevanja.

3.3.2 Zapostavljena kalibracija senzorja

Senzor upornosti stikal, kalibriran na ±10 μΩ, ni bil preverjen 18 mesecev. Dejanska točnost se je premaknila na ±35 μΩ, maskirala 120 μΩ degradacijo stikal (kritična meja: 150 μΩ). Takšne zamude pri kalibraciji so pogoste v oddaljenih indonezijskih podstanicah, kjer 37 % 145-kV HVD nimajo planiranega vzdrževanja zaradi logističnih izzivov.

4. Kompleksni protiukrepi
4.1 Ponovna opredelitev sistema nadzora
4.1.1 Izolirana struktura zemljišča

Uvedite zvezdasto zemljišče za vezje nadzora 145-kV HVD, jih ločite od zemljišča za zaščito pred negativnimi posledicami nagnja na 5 m. Namestite 1000-V izolacijske transformatorje na vhodne vezje za nadzorno moč, kot je bilo demonstrirano v študiji primera v Medanu leta 2023, ki je zmanjšala nepravilno delovanje zaradi prehodnih stanj za 92 %.

4.1.2 Nadgradnja tranzistorja v trdnem stanju

Zamenjajte elektromagnetne releje z tranzistorji v trdnem stanju (SSR), certificiranimi po standardu IEC 60950, merjenimi za 10⁷ operacij. SSR v pilotnem projektu v Semarangu so pokazali nič voltage šipe in 50 % hitrejše čase preklopa, izključili tveganja lukanja v vlažnih okoljih.

4.2 Izboljšanje odporne zmogljivosti okolja
4.2.1 Prestrukturiranje sistema zavarovanja IP66

• Zamenjava presedila: Uporabite fluoroelastomerne (FKM) presedila s temperaturno odpornostjo 200 °C, 300 % raztegljivostjo in UV stabilizatorji, v skladu z dodatkom o tropskem podnebnem okolju v standardu IEC 60068-3-3.

• Sprememba odvodnega sistema: Dodajte 12-mm odvodne otroke z anti-zloglasnimi ekranom na klepetnice preklopnika, zmanjšajte nakopavanje vode. Poskus v Džakarti je pokazal, da to zmanjša notranjo vlago s 85 % na 55 % v 24 urah.

4.2.2 Napredne rešitve za izolacijo

• Superhidrofobna premaza: Uporabite aerosolske SiO₂ premaze (kontaktni kot >150°) na spojne elemente, podaljšajte hidrofobnost s 3 na 7 let. Poljski testi na Baliju so zmanjšali PD aktivnost za 80 %.

• Integracija dehumidifikatorja: Namestite dehumidifikatorje s Peltier učinkom (kapaciteta 3 L/dan) v klepetnice, ohranite <40 % RH. Podstanica na Sulawesi je videla 65 % izboljšanje stabilnosti upornosti stikal po namestitvi.

4.3 Optimizacija prediktivnega vzdrževanja
4.3.1 Merjenje omrežja, omogočeno z IoT

Namestite omrežje senzorjev, omogočenih z 4G, ki meri:

• Upornost stikal (različnost 0,1 μΩ)

• Vibracije mehanizma (pasovna širina 100 Hz - 10 kHz)

• Vlaga/temperatura klepetnice (±1 % RH, ±0,5 °C)

Podatki so analizirani preko platforme AI v oblaku (točnost 94 %), ki napoveduje nezadovoljive stanje 72 ur pred tem, kot je bilo dokazano v pilotnem projektu v Papui, ki je zmanjšal neplanirane prekinitve za 85 %.

4.3.2 Regionalni načrti vzdrževanja

Razvijte načrte vzdrževanja glede na podnebje:

5. Tehnični in ekonomski učinki
5.1 Izboljšanje kazalnikov zanesljivosti

• Povečanje MTBF: Od 12.000 ur na 45.000 ur po intervenciji, preseganje cilja standarda IEC 62271-102.

• Čas za zaznavanje krivice: Zmanjšan od 4 ur na 15 minut z realnega časa IoT nadzorom.

5.2 Analiza stroškov in koristi

• Začetni vlaganja: 500.000 USD za 10-preklopnik podstanico v Indoneziji

• Šestletni prihranki: 2,3 milijona USD iz:

• 75 % zmanjšanje dela za vzdrževanje

• 90 % zmanjšanje stroškov zamenjave opreme

• 88 % zmanjšanje izgub zaradi padca

6. Zaključek

Nepravilno delovanje 145-kV odsekovnega preklopnika v Indoneziji poudarja potrebo po integriranih rešitvah, ki obravnavajo ranljivosti sistema nadzora, onesnaženje okolja in manjkajoča vzdrževanja. S uvedbo klepetnic z okrepitvijo IP66, komponente v skladu s standardom IEC 60068-3-3 in prediktivno vzdrževanje, omogočeno z IoT, lahko 145-kV omrežje v Indoneziji doseže mere zanesljivosti, primerljive s globalnimi standardi. Ta pristop ne le zmanjša tveganja nepravilnega delovanja, ampak tudi podpira cilj države po vztrajnem, pametnem infrastrukturama za oskrbo z energijo, sposobnem uresničiti naraščajoče energijske potrebe v tropskih okoljih.