Analýza selhání a prevence protiúderových ochran: Klíčové příčiny poruch 10 kV distribučních protiúderových ochran

1. Úvod

Během provozu elektrického systému hlavní zařízení čelí hrozbám způsobeným vnitřními a atmosférickými přetíženími. Bleskové ochranné přístroje, zejména kovové oxidové bleskové ochranné přístroje (MOA) s vynikajícími nelineárními vlastnostmi V-A, jsou klíčové pro ochranu díky svému dobrému výkonu, velkému nosnému proudu a silné odolnosti proti kontaminaci. Nicméně dlouhodobé vystavení síťové frekvenci, spolu s kvalitou komponent, výrobními procesy a vnějším prostředím, činí MOA náchylnými k neobvyklému zahřívání nebo explozím, což vyžaduje vědeckou identifikaci, posouzení a prevenci.

Tento článek se zabývá rozsáhlými selháními 10 kV distribučních MOA v oblasti. Analýza ukazuje, že výbuchy bleskových ochranných přístrojů se soustřeďují na jeden model jednoho výrobce. Pro určení příčin a opatření byly rozebrány a testovány tři vadná fáze a dvě normální fáze tohoto modelu.

2. Přehled selhání

Vadné bleskové ochranné přístroje jsou rozděleny na 10 kV distribučních článcích 35 kV podstanice. Selhání jsou častá v bouřkové sezóně a záznamy o nepravidelnostech/vadách podstanice neodpovídají vadným fázím bleskových ochranných přístrojů. U pěti vzorkovaných bleskových ochranných přístrojů chybí přesné informace o ochranných akcích a záznamech o selhání. Systémy pro lokaci blesků ukazují, že v roce 2020 došlo k 516 bleskovým úderům v okruhu 10 km se středem v této podstanici.

Po montáži na místě byly provedeny převzetí (včetně testu izolačního odporu, testu referenčního stejnosměrného napětí 1 mA a testu unikajícího proudu při 0,75 krát referenčním stejnosměrném napětí 1 mA), všechny s kvalifikovanými výsledky.

3. Analýza příčin selhání

Byly rozebrány tři vadné fáze bleskových ochranných přístrojů (č. 1, č. 2, č. 3); dvě normální fáze bleskových ochranných přístrojů (č. 4, č. 5) prošly testy a byly rozebrány pro porovnání, aby byly identifikovány příčiny rozsáhlých selhání.

3.1 Neúplné informace na štítku

U tří vadných fází a dvou normálních fází bleskových ochranných přístrojů: 4 mají datum výroby, ale žádné sériové číslo; 1 má sériové číslo, ale žádné datum; jiné informace jsou relativně kompletní.

Štítky jsou klíčové pro obslužné a servisní personál, aby získali základní informace o zařízení. Chybějící data výroby/sériová čísla brání výpočtu životnosti a sledování kvality, což znemožňuje centralizované řízení výkonnostních nedostatků.

3.2 Varistory jsou všechny fragmenty

Rozborem č. 1 vadného bleskového ochranného přístroje bylo zjištěno: 6 varistorů mezi dvěma elektrodami, s pálenými stopami a bílým práškem na některých povrchů; s výjimkou relativně rovných horních/dolních povrchů, jsou varistory nerovnoměrné ve tvaru, bez uniformní velikosti nebo uspořádání. Tloušťky zahrnují 18 mm, 20 mm, 23 mm a 25 mm. Tři varistory mají pravidelné vnější oblouky (pravděpodobně z vnějších kruhů celistvých diskovitých/obroučkových varistorů). Podobné problémy existují u dalších dvou vadných fází bleskových ochranných přístrojů.

Č. 5 nepoškozený bleskový ochranný přístroj byl rozebrán (bez poškození během procesu, výsledky na obr. 4). Uvnitř: 5 kusů varistoru + 3 kovy. Varistory mají rovné horní/dolní povrchy, jinak jsou nerovnoměrné fragmenty, podobné ostatním: 3 kusy ~22mm tlusté, 1 je 20mm, 1 je 17mm. 3 kusy ukazují pravidelné vnější oblouky (z vnějších kruhů celistvých diskovitých/obroučkových varistorů); 2 ukazují pravidelné vnitřní oblouky (z vnitřních kruhů celistvých obroučkových varistorů).

Varistory standardních kovových oxidových bleskových ochranných přístrojů jsou pravidelné disky, obroučky nebo válce. Jejich rozměry jsou striktně spojené s poměrem napětí (zbytkové/referenční napětí), potenciálním gradientem, nosným proudem, surovinami a hořecími procesy. Před sestavením jádra každý varistor prochází kompletními testy (síťová frekvence, stejnosměrné, vysokoproudové pulsy, čtvercové vlny atd.). Pouze projednané kusy jsou sestaveny.

Rozbor ukazuje, že tyto bleskové ochranné přístroje používají neobvyklé varistory: různé počty varistorů/kovových podložek u stejných modelů; nerovnoměrné tvary, různé tloušťky a nerovnoměrné vnější oblouky. Tedy jádra jsou složena z fragmentů konvenčních varistorů (různé specifikace/elektrické parametry), nikoli z 10 kV standardních. Porovnání vadných a normálních fází potvrzuje, že jde o výrobní vadu, nikoli o vadu způsobenou selháním.

Takové varistory mají nedostatečný elektrický výkon. Nerovnoměrné plochy kontaktu zhoršují odolnost proti přetížení, nosný proud a stabilitu - snadno způsobují prolomení během přetížení linky.

3.3 Nedostatečné uzavření kompozitového pláště

Rozborem č. 3 vadného bleskového ochranného přístroje: jedno konec kompozitového pláště je dobře uzavřen s elektrodou (Obr. 5); druhý konec nemá litinové uzavření. Pouze malé množství lepidla vyplňuje mezera mezi elektrodou a izolačním štítem - není efektivní pro ochranu, což způsobuje mezery a vážnou korozí elektrody (Obr. 6).

Toto špatné uzavření vzniká kvůli nedostatečnému liténí během výroby, nikoli kvůli vadám.

Kompozitový plášť nemá litinové uzavření na jedné straně izolačního válcového článku a vláknová plocha bloku elektrody je vážně zkorodovaná. To ukazuje, že i s lepidlem může vlhkost proniknout do izolačního válcového článku skrz štěrbiny vlákna. Během provozu vlhkost přilnavá na povrch sestavy jádra varistoru zvyšuje unikající proud a odporové komponenty, což způsobuje vážné zahřívání. Dlouhodobý provoz vedl k zvyšování teploty uvnitř izolačního válcového článku, což může vést k roztavení a prasknutí stěny válcového článku, postupně zhoršující kvalitu provozu bleskového ochranného přístroje.

Při inspekci č. 4 bleskového ochranného přístroje byla zjištěna nerovnoměrná tloušťka kompozitového pláště na jednom konci elektrody. Mikrometr měřil nejtlustší část 4,985 mm a nejtenčí pouze 0,275 mm, jak je znázorněno na obr. 7. Obrázek také ukazuje, že otvor středového sloupce elektrody v plášti není standardní kruh, což naznačuje špatné uzavření zde.

Kompozitový plášť je hlavně vyroben z kaučuku. Jeho nerovnoměrná tloušťka vzniká kvůli špatnému procesnímu řízení a excentricitě během vulkanizační fáze výroby. Pro konvenční 10 kV bleskové ochranné přístroje má kompozitový plášť rovnoměrnou tloušťku 3-5 mm. Příliš tenký kaučuk má špatnou odolnost proti stárnutí a je náchylný k trhlinám. Nejen umožňuje proniknutí vlhkosti a přilepení na povrch izolačního válcového článku, způsobující selhání způsobené vlhkostí, ale může také oslabit externí izolační vlastnosti zařízení, stávajíc se klíčovým faktorem omezujícím kvalitu produktu.

3.4 Kvalifikované v běžných testech, nekvalifikované v speciálních testech

Na č. 5 normálním bleskovém ochranném přístroji byly provedeny testy související s stejnosměrným napětím, s výsledky uvedenými v tabulce 1.

Pro ověření jeho odolnosti proti vysokému proudu byl proveden test vysokého proudu na č. 4 normálním bleskovém ochranném přístroji. I když testovací impulsní proud byl daleko pod hodnotou stanovenou standardem, bleskový ochranný přístroj dosáhl prolomení a rozbil se, což vedlo ke selhání testu. Podrobná data jsou uvedena v tabulce 2.

4. Doporučení

Při licitacích a nákupu bleskových ochranných přístrojů (zejména pro distribuční sítě) jasně definujte kvalifikace dodavatelů a technické specifikace. Zvolte dodavatele s zralými procesy a dobrým výkonem; vyhněte se příliš nízkým cenovým nabídkám.

Při přijetí doručených distribučních sítí bleskových ochranných přístrojů musí stavební a provozní jednotky postupovat podle standardů jako "Pět přechodů". Provádějte kontrolu položka po položce, uchovejte výrobní testovací zprávy, abyste zajistili kvalifikační sazby.

Využijte testovacích platform materiálových inspekčních center provincie. Proveďte vzorkové testy (AC/DC, vysoký prudkový impuls, uzavření) pro 10 kV bleskové ochranné přístroje, abyste zabránili propojení nekvalifikovaných produktů do sítě.

Po instalaci, před zprovozněním, pečlivě postupujte podle GB 50150—2016 pro místní testy. Vydávejte standardizované zprávy, archivujte podle požadavků. Zajišťujte správu dat pro celý proces (výroba → transport → přijetí → převzetí testu → zprovoznění). Po zprovoznění zlepšete hlídky/záznamy. V deštivé sezóně použijte infračervené zobrazování. Při neobvyklém zahřívání vypněte a nahraďte rychle, abyste zabránili rozšíření vady.