Аналіз та заходи щодо інциденту неправильного функціонування вимикача 145 кВ

1. Вступ

У мережі електропостачання Індонезії високовольтні вимикачі (ВВ) на 145 кВ є ключовими для підтримання надійності передачі електроенергії через архіпелаг. Однак, інциденти з неправильним функціонуванням створюють значні ризики для стабільності мережі. Ця стаття досліджує інцидент з неправильним функціонуванням ВВ на 145 кВ на підстанції в Індонезії, аналізуючи кореневі причини та пропонуючи заходи протидії, залучаючи стандарти захисту IP66 та відповідність IEC 60068-3-3 для покращення безпеки експлуатації.

2. Огляд інциденту в Індонезії

У березні 2024 року високовольтний вимикач на 145 кВ на підстанції острова Ява неочікувано відкрився під час типового перетворення навантаження, що спричинило лавину активів захисних реле. Інцидент стався на прибережній підстанції біля Сурабаї, де корпус вимикача з сертифікацією IP66 теоретично мав бути витриманим до тропічних умов. Неплановане відкриття призвело до порушення постачання електроенергії 120 000 домогосподарств та втрати навантаження на 30 МВт, з витратами на ремонт, які перевищили 800 000 доларів. Післяінцидентний аналіз виявив, що основними причинами були комбінація екологічного знищення та недоліки системи управління.

3. Аналіз кореневих причин
3.1 Недоліки системи управління
3.1.1 Індукція паразитних контурів

Постійний контрольний контур вимикача мав спільне заземлення з системою захисту від блискавок підстанції, що є проектною помилкою, виявленою у 20% індонезійських підстанцій на 145 кВ (звіт PLN 2023). Під час грози поблизу, перехідні наднапруги викликали коливання напруги 12 В постійного струму в проводному контролі, хибно активуючи реле відкриття вимикача. Подібно до інциденту 2022 року на Балі, де зациклювання заземлення спричинило неправильне функціонування ВВ на 145 кВ, цей випадок свідчить про недостатню ізоляцію між контрольними та захисними контурами.

3.1.2 Зношення реле

Електромагнітне реле вимикача, розраховане на 100 000 операцій, перевищило 150 000 циклів без заміни. Розпад ізоляції в катушці реле, виявлений після аварії, дозволив дуговому контакту з'єднувати нормально відкриті контакти. Термічні циклічні випробування IEC 60068-3-3 підтвердили, що епоксидна ізоляція реле виродилася при температурі >60°C, що є типовою для невентилюваних комутаційних вузлів в Індонезії.

3.2 Екологічне знищення
3.2.1 Завада герметичності IP66

Незважаючи на сертифікацію IP66, резинова прокладка вимикача показала тріщини завширшки 3 мм, що дозволила проникнення солоного туману. Прибережний повітря на сході Яви містить 0.05 мг/м³ хлорид-іонів, що прискорює корозію. Аналіз прокладки методом сканування електронного мікроскопу (SEM) виявив тріщини від озону, результат довготривалого впливу УФ-радіації (середній індекс УФ >12) та вологості >85%. Це підріпала захист від пилу та води, з внутрішніми компонентами, що показали 0.2 мм руди на медних контактах.

3.2.2 Зниження ізоляції через вологість

Висока вологість (середній рівень 90% RH) спричинила конденсацію на композитному ізоляторі вимикача, зменшуючи поверхневий опір з 10¹²Ω до 10⁸Ω. Дані моніторингу часткового розряду (PD) показали, що активність PD збільшилася з 5 пК до 25 пК за шість місяців, що є передтечею пробою. Гідрофобне покриття ізолятора, відповідне IEC 60068-3-3, втратило ефективність після трьох років в тропічних умовах, не відхиляючи водяних плівок.

3.3 Недоліки обслуговування
3.3.1 Недостатня смазка

Механічний зв'язок вимикача мав недостатньо силиконової масти (NLGI Grade 2), що призвело до збільшення тертя на 15% в механізмі управління. Температурні датчики записали 40°C горячіше базового значення в шарнірних з'єднаннях, що спричинило ступінчасте рухання, що генерувало механічні ударі, імітуючи нормальні команди відкриття. Це відповідає звіту PLN 2024, який показує, що 43% інцидентів з неправильним функціонуванням ВВ на 145 кВ пов'язані з запущеною смазкою.

3.3.2 Затримка з калібруванням датчиків

Датчик опору контакту вимикача, калібрований на ±10μΩ, не перевірявся 18 місяців. Фактична точність змістилася до ±35μΩ, маскуючи зниження контакту на 120μΩ (критичний поріг: 150μΩ). Такі затримки з калібруванням загальновживані на віддалених індонезійських підстанціях, де 37% ВВ на 145 кВ не мають планованого обслуговування через логістичні проблеми.

4. Комплексні заходи протидії
4.1 Перепроектування системи управління
4.1.1 Архітектура з окремим заземленням

Застосуйте зіркову систему заземлення для контрольних контурів ВВ на 145 кВ, відокремивши їх від заземлення системи захисту від блискавок на 5 м. Встановіть ізоляційні трансформатори на 1000 В на лініях живлення управління, як показано в кейс-студії 2023 року в Медан, що знизило інциденти, викликані переходними процесами, на 92%.

4.1.2 Оновлення на твердотільні реле

Замініть електромагнітні реле на твердотільні реле (SSR) з сертифікацією IEC 60950, розраховані на 10⁷ операцій. SSR в пілотному проекті у Семарангу показали нульові коливання напруги та швидкість комутації на 50% швидша, усунувши ризики дугового контакту в вологих середовищах.

4.2 Покращення стійкості до неблагоприятних умов
4.2.1 Капітальний ремонт системи герметизації IP66

• Заміна прокладки: Використовуйте прокладки з фторкаучуку (FKM) з витривалістю на температуру 200°C, розтягненням на 300% та стабілізаторами УФ, що відповідають прикладу тропічного клімату IEC 60068-3-3.

• Модифікація дренажу: Додайте дренажні отвори завширшки 12 мм з антимушиними екранами до корпусів вимикачів, що зменшує збирання води. Спроба в Джакарті показала, що це знизило внутрішню вологість з 85% до 55% протягом 24 годин.

4.2.2 Прогресивні рішення для ізоляції

• Супергідрофобне покриття: Застосуйте аерозольні SiO₂ покриття (кут змочення >150°) до ізоляторів, продовжуючи гідрофобність з 3 до 7 років. Полігонні випробування на Балі знизили активність PD на 80%.

• Інтеграція осушника: Встановіть осушники на ефекті Пельтьє (місткість 3 л/день) в корпусах, підтримуючи <40% RH. Підстанція на Сулавесі показала покращення стабільності опору контакту на 65% після встановлення.

4.3 Оптимізація прогнозного обслуговування
4.3.1 Моніторинг, забезпечений IoT

Розгорніть мережу датчиків з підтримкою 4G, що вимірює:

• Опор резистансу (роздільність 0.1μΩ)

• Вібрацію механізму (ширина діапазону 100Гц - 10кГц)

• Вологість/температуру корпусу (±1% RH, ±0.5°C)

Дані аналізуються через облачну платформу AI (точність 94%), що прогнозує відмови за 72 години, як доведено в пілотному проекті на Папуа, що знизив неплановані відключення на 85%.

4.3.2 Регіональні графіки обслуговування

Розробіть графіки обслуговування, засновані на кліматі:

5. Технічний та економічний вплив
5.1 Покращення метрик надійності

• Збільшення MTBF: З 12 000 годин до 45 000 годин після втручання, перевищуючи ціль IEC 62271-102.

• Час виявлення відмови: Зменшився з 4 годин до 15 хвилин через реальні моніторинг IoT.

5.2 Аналіз вартості-користь

• Початкові інвестиції: $500 000 для підстанції з 10 вимикачів в Індонезії

• Збереження за 5 років: $2.3 млн за рахунок:

• Зменшення трудових витрат на 75%

• Зменшення витрат на заміну обладнання на 90%

• Зменшення втрат від простою на 88%

6. Висновки

Інцидент з неправильним функціонуванням ВВ на 145 кВ в Індонезії підкреслює потребу в комплексних рішеннях, що враховують недоліки системи управління, екологічне знищення та прогалини в обслуговуванні. Реалізація корпусів з покращеною герметизацією IP66, компонентів, відповідних IEC 60068-3-3, та прогнозного обслуговування, забезначеного IoT, може допомогти мережі на 145 кВ в Індонезії досягти метрик надійності, що відповідають глобальним стандартам. Цей підхід не лише знижує ризики неправильного функціонування, але також підтримує ціль країни — створення стійкої, інтелектуальної інфраструктури електропостачання, здатної задовольняти зростаючі енергетичні потреби в тропічних умовах.