การวิเคราะห์และป้องกันความผิดพลาดของตัวป้องกันแรงดันเกิน: สาเหตุหลักของการทำงานผิดปกติของตัวป้องกันแรงดันเกินในระบบจำหน่าย 10 kV

1. บทนำ

ในการดำเนินงานของระบบไฟฟ้า อุปกรณ์หลักเผชิญกับภัยคุกคามจากแรงดันเกินภายในและภายนอก ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้า โดยเฉพาะตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าชนิดออกไซด์โลหะ (MOA) ที่มีคุณสมบัติวอลต์-แอมแปร์ที่ไม่เชิงเส้นยอดเยี่ยม เป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันเนื่องจากประสิทธิภาพที่ดี ความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าที่สูง และความต้านทานต่อการปนเปื้อนที่แข็งแกร่ง อย่างไรก็ตาม การสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าความถี่พลังงานอย่างยาวนาน พร้อมกับคุณภาพของชิ้นส่วน กระบวนการผลิต และสภาพแวดล้อมภายนอก ทำให้ MOA มีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนหรือระเบิดผิดปกติ ซึ่งต้องใช้วิทยาศาสตร์ในการระบุ วินิจฉัย และป้องกัน

บทความนี้กล่าวถึงการล้มเหลวของ MOA สำหรับการกระจาย 10 kV ในพื้นที่หนึ่ง การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ระเบิดส่วนใหญ่มาจากโมเดลของผู้ผลิตรายหนึ่ง โมเดลนี้ถูกถอดแยกและทดสอบเพื่อหาสาเหตุและมาตรการป้องกันโดยใช้ MOA ที่ผิดพลาดสามเฟสและ MOA ที่ปกติสองเฟส

2. ภาพรวมของข้อผิดพลาด

ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ผิดพลาดกระจายอยู่บนสายการกระจาย 10 kV ของสถานีไฟฟ้า 35 kV ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นบ่อยในฤดูฝนฟ้าคะนอง และบันทึกการผิดปกติ/ข้อผิดพลาดของสถานีไฟฟ้าไม่สามารถสอดคล้องกับตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ผิดพลาดได้ ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่นำมาตรวจสอบห้าตัวขาดข้อมูลการกระทำป้องกันและการบันทึกข้อผิดพลาดที่แม่นยำ ระบบระบุตำแหน่งฟ้าแลบแสดงให้เห็นว่าในปี 2020 มีฟ้าแลบ 516 ครั้งภายในรัศมี 10 กิโลเมตรที่มีศูนย์กลางอยู่ที่สถานีไฟฟ้านี้

หลังจากการติดตั้งในสถานที่ ได้ทำการทดสอบการส่งมอบ (รวมถึงการทดสอบความต้านทานฉนวน การทดสอบแรงดันตรงอ้างอิง 1 mA และการทดสอบกระแสรั่วไหลที่ 0.75 เท่าของแรงดันตรงอ้างอิง 1 mA) ทั้งหมดมีผลลัพธ์ที่ผ่านมาตรฐาน

3. การวิเคราะห์สาเหตุของการล้มเหลว

MOA ที่ผิดพลาดสามเฟส (หมายเลข 1, 2, 3) ถูกถอดแยก; ทดสอบและถอดแยก MOA ที่ปกติสองเฟส (หมายเลข 4, 5) เพื่อเปรียบเทียบ เพื่อระบุสาเหตุของการล้มเหลวในวงกว้าง

3.1 ข้อมูลแผ่นป้ายไม่ครบถ้วน

ใน MOA ที่ผิดพลาดสามเฟสและ MOA ที่ปกติสองเฟส: 4 ตัวมีวันที่ผลิตแต่ไม่มีหมายเลขประจำตัว; 1 ตัวมีหมายเลขประจำตัวแต่ไม่มีวันที่; ข้อมูลอื่น ๆ ค่อนข้างครบถ้วน

แผ่นป้ายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานและบำรุงรักษาในการรับข้อมูลพื้นฐานของอุปกรณ์ ข้อมูลวันที่ผลิตและหมายเลขประจำตัวที่หายไปทำให้การคำนวณอายุการใช้งานและการติดตามคุณภาพยากขึ้น และเป็นอุปสรรคต่อการจัดการข้อบกพร่องแบบรวมศูนย์

3.2 วาไรสเตอร์เป็นเศษชิ้นส่วนทั้งหมด

การถอดแยก MOA ที่ผิดพลาดหมายเลข 1 พบว่า: ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วมีวาไรสเตอร์ 6 ชิ้น บางชิ้นมีรอยไหม้และผงขาวบนพื้นผิว; ยกเว้นพื้นผิวด้านบนและด้านล่างที่ค่อนข้างเรียบ วาไรสเตอร์มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ขนาดและลำดับไม่เป็นมาตรฐาน ความหนาตั้งแต่ 18 มม., 20 มม., 23 มม., และ 25 มม. วาไรสเตอร์สามชิ้นมีโค้งนอกที่สม่ำเสมอ (คาดว่ามาจากวงกลมนอกของวาไรสเตอร์รูปทรงวงกลมหรือวงแหวนที่สมบูรณ์) ปัญหาคล้ายกันนี้มีอยู่ใน MOA ที่ผิดพลาดอีกสองเฟส

MOA ที่สมบูรณ์หมายเลข 5 ถูกถอดแยก (ไม่มีความเสียหายในกระบวนการ ผลปรากฏในรูปที่ 4) ภายใน: 5 ชิ้นวาไรสเตอร์ + 3 แผ่นโลหะ วาไรสเตอร์มีพื้นผิวด้านบนและด้านล่างเรียบ ชิ้นส่วนอื่นๆ ไม่สม่ำเสมอ คล้ายกับอื่นๆ: 3 ชิ้น ~22 มม. หนึ่งชิ้น 20 มม. และหนึ่งชิ้น 17 มม. 3 ชิ้นแสดงโค้งนอกที่สม่ำเสมอ (จากวงกลมนอกของวาไรสเตอร์รูปทรงวงกลมหรือวงแหวนที่สมบูรณ์); 2 ชิ้นแสดงโค้งในที่สม่ำเสมอ (จากวงกลมในของวาไรสเตอร์รูปทรงวงแหวนที่สมบูรณ์)

วาไรสเตอร์ของตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าชนิดออกไซด์โลหะมาตรฐานมีรูปร่างเป็นวงกลม วงแหวน หรือทรงกระบอก ขนาดของวาไรสเตอร์เชื่อมโยงอย่างเข้มงวดกับอัตราส่วนแรงดัน (แรงดันคงค้าง/แรงดันอ้างอิง) ความลาดชันศักย์ ความสามารถในการรับกระแส วัสดุดิบ และกระบวนการเผา ก่อนการประกอบแกน แต่ละวาไรสเตอร์จะผ่านการทดสอบเต็มรูปแบบ (ความถี่พลังงาน ตรง กระแทกกระแสสูง คลื่นสี่เหลี่ยม ฯลฯ) ชิ้นส่วนที่ผ่านการทดสอบเท่านั้นที่จะถูกประกอบ

การถอดแยกแสดงให้เห็นว่าตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ใช้วาไรสเตอร์ที่ไม่เป็นมาตรฐาน: จำนวนวาไรสเตอร์และแผ่นโลหะไม่เท่ากันในหน่วยที่มีโมเดลเดียวกัน รูปร่างไม่สม่ำเสมอ ความหนาต่างๆ และโค้งนอกไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น แกนถูกประกอบจากเศษชิ้นส่วนของวาไรสเตอร์ที่เป็นมาตรฐาน (มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าแตกต่างกัน) ไม่ใช่วาไรสเตอร์มาตรฐาน 10 kV การเปรียบเทียบระหว่างเฟสที่ผิดพลาดและเฟสที่ปกติยืนยันว่านี่เป็นข้อบกพร่องจากโรงงาน ไม่ใช่จากข้อผิดพลาด

วาไรสเตอร์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ไม่ดี พื้นที่ติดต่อที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ความสามารถในการทนแรงดันเกิน ความสามารถในการรับกระแส และความเสถียรลดลง ทำให้เกิดการล้มเหลวได้ง่ายเมื่อมีแรงดันเกินในสาย

3.3 การปิดผนึกแจ็คเก็ตคอมโพสิตไม่ดี

การถอดแยก MOA ที่ผิดพลาดหมายเลข 3: ปลายหนึ่งของแจ็คเก็ตคอมโพสิตปิดผนึกได้ดีกับขั้วไฟฟ้า (รูปที่ 5); ปลายอีกข้างไม่มีการหล่อปิดผนึก สารปิดผนึกเพียงเล็กน้อยเติมในช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้าและชิลด์อาร์ค ไม่สามารถป้องกันได้ ทำให้เกิดช่องว่างและสนิมขั้วไฟฟ้ารุนแรง (รูปที่ 6)

การปิดผนึกที่ไม่ดีนี้เกิดจากการหล่อที่ไม่เพียงพอในการผลิต ไม่ใช่จากข้อผิดพลาด

แจ็คเก็ตคอมโพสิตไม่มีการหล่อปิดผนึกที่ด้านหนึ่งของกระบอกอาร์ค และพื้นผิวเกลียวของบล็อกขั้วไฟฟ้าถูกสนิมรุนแรง นี่แสดงให้เห็นว่าแม้จะมีสารปิดผนึก ความชื้นก็สามารถซึมผ่านช่องว่างของเกลียวเข้าไปในกระบอกอาร์คได้ ในระหว่างการทำงาน ความชื้นที่ติดอยู่กับพื้นผิวการประกอบแกนวาไรสเตอร์ทำให้กระแสรั่วไหลและส่วนต้านทานเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความร้อนอย่างรุนแรง การทำงานอย่างต่อเนื่องทำให้อุณหภูมิภายในกระบอกอาร์คเพิ่มขึ้น อาจทำให้ผนังกระบอกอาร์คหลอมละลายและแตก ทำให้คุณภาพการดำเนินงานของตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าทรุดโทรมอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ในการตรวจสอบ MOA หมายเลข 4 พบว่าความหนาของแจ็คเก็ตคอมโพสิตไม่สม่ำเสมอที่ปลายขั้วไฟฟ้าหนึ่งด้าน ไมโครมิเตอร์วัดความหนาสุดที่ 4.985 มม. และความหนาขั้นต่ำที่ 0.275 มม. ตามที่แสดงในรูปที่ 7 รูปยังแสดงให้เห็นว่ารูเจาะแกนกลางของแจ็คเก็ตไม่เป็นวงกลมมาตรฐาน ซึ่งแสดงถึงการปิดผนึกที่ไม่ดีที่นี่

แจ็คเก็ตคอมโพสิตทำจากยางซิลิโคนเป็นหลัก ความหนาที่ไม่สม่ำเสมอเกิดจากการควบคุมกระบวนการที่ไม่ดีและการกระจัดในระยะการกำมะถันในกระบวนการผลิต สำหรับตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้า 10 kV มาตรฐาน แจ็คเก็ตคอมโพสิตมีความหนาสม่ำเสมอ 3-5 มม. ยางซิลิโคนที่บางเกินไปมีความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพที่ไม่ดีและมีแนวโน้มที่จะแตก นอกจากจะทำให้ความชื้นสามารถซึมผ่านและติดอยู่กับพื้นผิวของกระบอกฉนวน ทำให้เกิดข้อผิดพลาดจากความชื้นแล้ว ยังอาจทำให้ประสิทธิภาพฉนวนภายนอกของอุปกรณ์เสื่อมลง กลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดคุณภาพของผลิตภัณฑ์

3.4 ผ่านการทดสอบแบบมาตรฐาน แต่ไม่ผ่านการทดสอบพิเศษ

การทดสอบที่เกี่ยวข้องกับแรงดันตรงได้ถูกดำเนินการกับ MOA ที่ปกติหมายเลข 5 ผลการทดสอบแสดงในตาราง 1

เพื่อยืนยันความสามารถในการทนกระแสสูง การทดสอบกระแทกกระแสสูงได้ถูกดำเนินการกับ MOA ที่ปกติหมายเลข 4 แม้ว่ากระแสกระแทกในการทดสอบจะต่ำกว่าค่าที่กำหนดในมาตรฐานมาก ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าก็ยังประสบกับการล้มเหลวและแตก ทำให้การทดสอบล้มเหลว ข้อมูลละเอียดแสดงในตาราง 2

4. ข้อเสนอแนะ

ในการประมูลและจัดซื้อตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้า (โดยเฉพาะสำหรับเครือข่ายการกระจาย) ควรระบุคุณสมบัติของผู้ขายและข้อกำหนดทางเทคนิคชัดเจน เลือกผู้ขายที่มีกระบวนการผลิตที่ зрелый и имеет хорошие результаты; избегайте чрезмерно низких ценовых предложений.

ในการยอมรับตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าสำหรับเครือข่ายการกระจาย หน่วยงานก่อสร้างและปฏิบัติการต้องปฏิบัติตามมาตรฐานเช่น "Five-Pass" ตรวจสอบรายการโดยรายการ รักษารายงานการทดสอบจากโรงงานเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการผ่านมาตรฐาน

ใช้แพลตฟอร์มการทดสอบของศูนย์ตรวจสอบวัสดุระดับจังหวัด ดำเนินการทดสอบตัวอย่าง (AC/DC กระแทกกระแสสูง การปิดผนึก) สำหรับตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้า 10 kV เพื่อป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐานเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า

หลังจากการติดตั้ง แต่ก่อนการเริ่มใช้งาน ปฏิบัติตาม GB 50150—2016 อย่างเคร่งครัดในการทดสอบในสถานที่ ออกรายงานที่มาตรฐานและเก็บรักษาตามที่กำหนด รับรองการจัดการข้อมูลตลอดกระบวนการ (การผลิต → การขนส่ง → การยอมรับ → การทดสอบการส่งมอบ → การเริ่มใช้งาน) หลังจากการเริ่มใช้งาน ให้เพิ่มการตรวจตราและบันทึก ในฤดูฝน ใช้ภาพอินฟราเรด สำหรับความร้อนที่ผิดปกติ ให้ตัดไฟและเปลี่ยนทันทีเพื่อป้องกันการขยายตัวของข้อผิดพลาด