Analyzujte výbojkové poruchy stožárových izolátorů na základě více metod

Přehled situace

Během zkušebního období střídavého proudu v určitém transformátorovém stanici došlo k poruše bleskového propadu na sloupkovém izolátoru. Konkrétní stav poruchy je následující:
Při zavírání spínacího přepínače 500 kV AC pro nabíjení sběrnice byla aktivována dvojitá ochrana proti diferenciálním poruchám sběrnice a spínací přepínač se vyklopil. Porucha se týkala fáze B a proud poruchy činil 5 760 A. Byla provedena analýza složení plynu SF₆ v plynové komoře, obsah SO₂ byl 5,3 μL/L (norma je 2 μL/L).

Struktura sloupkového izolátoru

Plynová komora zahrnuje tři sloupkové izolátory, částicové pasti, tažné desky atd. Jak je znázorněno na obrázku 1, při montáži jsou nejprve tři sloupkové izolátory a částicové pasti připevněny k kovové tažné desce šrouby. Kryt je montován na kovový vložek uprostřed izolátoru šrouby. Vložek je spojen s izolátorem lepením. Po montáži je pevně připevněn k flanži trubkové sběrnice prostřednictvím šroubů tažné desky. Hlavní materiál izolátoru je epoxidová smola, částicová past je z hliníkové slitiny a omezovací podložka je z izolačního materiálu.

Hlavní funkcí sloupkového izolátoru je podpora vnitřního vodiče a neplní funkci izolace plynové komory. Při normálním provozu zařízení je sloupkový izolátor rovnoměrně namáhán pod konstantním plynným tlakem, jak je znázorněno na obrázku 2. Na druhou stranu, elektrické pole třísloupového izolátoru je extrémně nerovnoměrné. Elektrická intenzita na rozhraní mezi kovovým vložkem a epoxidovou smolou je relativně vysoká. Tato nerovnoměrná distribuce způsobí relativně vážné lokální akumulace náboje na třísloupovém izolátoru. V případě cizích látek nebo jiných situací během provozu může dojít k bleskovému propadu.

Opětovné měření rozměrů a kontroly vzhledu

Porouchený sloupkový izolátor byl vrácen do továrny pro opětovné měření rozměrů a kontrolu vzhledu. Porouchené sběrnice sloupkového izolátoru byly mírně otřeny a značky byly leštěny. Povrch sloupkového izolátoru byl nedotčen, žádné viditelné trhliny, bubliny nebo jiné anomálie nebyly nalezeny.

Na základě výkresů bylo provedeno opětovné měření mnoha klíčových rozměrů sloupkového izolátoru, částicových pastí, krytů, tažných desek atd. Zahrnovalo to opětovné měření mnoha rozměrů, jako je vzdálenost mezi středy tří nohou sloupkového izolátoru, obvodový průměr a úhel. Všechny rozměry byly shledány jako kvalifikované.

Barvivá penetrativní kontrola

Byla provedena barvivá penetrativní kontrola sloupkového izolátoru. Po čištění a leštění byla provedena kontrola. Čistící látka byla spráskána na papír a poté bylo čistě setřeno penetrativní látka na povrchu izolátoru. Po pečlivé kontrole nebyl zjištěn žádný infiltrace penetrativní látky a nebyly nalezeny žádné anomálie při barvivé penetrativní kontrole.

Röntgenová a průmyslová CT kontrola

Na sloupkový izolátor byla provedena röntgenová kontrola. Sloupkový izolátor byl otočen o 360° pro kontrolu a nebyly zjištěny žádné vad, jako jsou špatné spojení, bubliny nebo trhliny.
Na sloupkový izolátor byly provedeny průmyslové testy pomocí CT. Vnitřní izolační materiál byl obecně rovnoměrný, nebyly zjištěny žádné vzduchové díry, trhliny, nečistoty nebo jiné vady. Nebylo zjištěno žádné špatné spojení mezi vložkou nízkého napětí a epoxidovou smolou, ani mezi centrálním válcem a epoxidovou smolou.

Mechanické výkonové testy

Na sloupkový izolátor byly provedeny mechanické výkonové testy, včetně testu tlaku (12 kN, udržení tlaku po dobu 30 minut) a testu točivého momentu (15 kN, udržení tlaku po dobu 30 minut). Povrch sloupkového izolátoru byl pozorován na případné anomálie, trhliny nebo poškození. Mechanické výkonové testy neodhalily žádné anomálie.

Testy izolačních vlastností

Sloupkové izolátory byly sestaveny do testovacího stavu sběrnice s novými částicovými pastmi a starými částicovými pastmi (po leštění) vrácenými ze stanoviště, a byly naplněny 0,5 MPa SF₆ plynem.
Nejprve byla provedena hodnocení podle způsobu testu výdrže v továrně: síťová výdrž (740 kV po dobu 1 min - 381 kV po dobu 5 min) a bleskový impuls (±1675 kV, 3x každý); poté byla provedena hodnocení podle způsobu testu výdrže na stanovišti: síťová výdrž (318 kV po dobu 5 min - 550 kV po dobu 3 min - 740 kV po dobu 1 min - 381 kV po dobu 45 min). Všechny výsledky testů byly normální, bez výbojků nebo jiných neobvyklých stavů.

Test reprodukce poruchy

Na základě výše uvedené analýzy sloupkového izolátoru bylo zjištěno, že žádné problémy s poruchami nebyly nalezeny v etapách návrhu a výroby sloupkového izolátoru. Bylo předběžně posoudeno, že cizí látky na povrchu sloupkového izolátoru během instalace mohly způsobit bleskový propad. Pro další potvrzení příčiny nehody, jak bylo analyzováno, byly s ohledem na možná místa skrýší cizích látek a situaci nepoužití maziva, provedeny testy reprodukce v různých pracovních podmínkách, včetně: aplikace 1/3 maziva na sloupkový izolátor (bez výbojku), aplikace 1/2 maziva na sloupkový izolátor (bez výbojku), aplikace 2/3 maziva na sloupkový izolátor (bez výbojku), aplikace 1/3 maziva na sloupkový izolátor a foučení prachu (prach na sloupkový izolátor, bez výbojku) atd.

Na základě výsledků testů reprodukce v uvedených pracovních podmínkách lze usoudit, že jednotlivé zdroje kontaminace mazivem nebo kovové cizí látky pravděpodobně nezpůsobí povrchový bleskový propad izolátoru; u izolátorů, které selhaly pod síťovým napětím, mají jak vložka středového vložku, tak vložka zemního potenciálu zřetelné známky ablace; u izolátorů, které selhaly pod bleskovým impulsním napětím, má vložka středového vložku známky ablace, což odpovídá fenoménu poruchy na stanovišti.