Analisar os defeitos de descarga dos isoladores pilar com base em múltiplos meios

Visão Geral da Situação

Durante o período de comissionamento AC de uma certa subestação, ocorreu um falha de descarga por flashover do isolador de poste. A situação específica da falha é a seguinte:
Ao fechar o disjuntor do pátio de 500 kV para carregar a barramento, a proteção diferencial de duplo conjunto da barramento foi acionada e o disjuntor disparou. A fase com falha foi a fase B, e a corrente de falha foi de 5.760 A. Foi realizada uma análise da composição do gás SF₆ na câmara de gás, e o conteúdo de SO₂ foi de 5,3 μL/L (o padrão é 2 μL/L).

Estrutura do Isolador de Poste

A câmara de gás inclui três isoladores de poste, armadilhas de partículas, placas de tração, etc. Como mostrado na Figura 1, durante a montagem, os três isoladores de poste e as armadilhas de partículas são primeiro fixados à placa de tração metálica com parafusos. A cobertura de blindagem é instalada no inserto metálico no centro do isolador com parafusos. O inserto é colado ao isolador por moldagem. Após a montagem, é fixado à flange do barramento tubular através dos parafusos da placa de tração. O material principal do isolador é resina epóxi, a armadilha de partículas é de material de liga, e o anel limitador é de material isolante.

A função principal do isolador de poste é suportar o condutor interno e não serve para isolar a câmara de gás. Quando o equipamento está operando normalmente, o isolador de poste está sob tensão uniforme sob pressão constante de gás, como mostrado na Figura 2. Por outro lado, a distribuição do campo elétrico do isolador de três postes é extremamente desigual. A intensidade do campo elétrico na interface entre o inserto metálico e a resina epóxi é relativamente alta. Esta distribuição desigual pode levar a uma acumulação local de carga relativamente grave no isolador de três postes. Em caso de objetos estranhos ou outras situações durante a operação, pode ocorrer uma descarga por flashover.

Remedição das Dimensões Aparentes

O isolador de poste defeituoso foi devolvido à fábrica para remedição das dimensões e inspeção visual. Os isoladores de poste do barramento defeituoso foram ligeiramente limpos e as marcas polidas. A superfície do isolador de poste estava intacta, e não foram encontradas rachaduras, bolhas ou outras anomalias visíveis.

Com referência aos desenhos, várias dimensões-chave do isolador de poste, armadilhas de partículas, coberturas de blindagem, placas de tração, etc., foram reavaliadas. Isso envolveu a remedição de múltiplas dimensões, como a distância centro a centro das três pernas do isolador de poste, diâmetro circunferencial e ângulo. Todas as dimensões foram consideradas qualificadas.

Inspeção por Penetração de Corante

Foi realizada uma inspeção por penetração de corante no isolador de poste. Após a limpeza e o lixamento, a inspeção foi conduzida. O agente de limpeza foi pulverizado sobre o papel, e então o penetrante na superfície do isolador foi limpo. Após uma cuidadosa inspeção, não foi detectada nenhuma infiltração de penetrante, e não foram encontradas anomalias na inspeção por penetração de corante.

Inspeção por Raio-X e CT Industrial

Foi realizada uma inspeção por raio-X no isolador de poste. O isolador de poste foi rotacionado 360° para a inspeção, e não foram encontrados defeitos como aderência inadequada, bolhas ou rachaduras.
Testes de inspeção por CT industrial foram realizados no isolador de poste. O material de isolamento interno era geralmente uniforme, sem buracos de ar, rachaduras, impurezas ou outros defeitos. Não houve aderência inadequada entre o inserto de baixa tensão e a resina epóxi, nem entre o cilindro central e a resina epóxi.

Teste de Desempenho Mecânico

Foram realizados testes de desempenho mecânico no isolador de poste, incluindo um teste de pressão (12 kN, mantendo a pressão por 30 min) e um teste de torção (15 kN, mantendo a pressão por 30 min). A superfície do isolador de poste foi observada para qualquer anomalia, rachadura ou dano. Nenhuma anomalia foi encontrada através do teste de desempenho mecânico.

Teste de Desempenho de Isolamento

Os isoladores de poste foram montados em um estado de teste de barramento com novas armadilhas de partículas e as armadilhas de partículas antigas (após o lixamento) retornadas do local, e preenchidos com gás SF₆ a 0,5 MPa.
Primeiro, a avaliação foi realizada de acordo com o método de teste de resistência à tensão em fábrica: resistência à tensão de frequência de rede (740 kV por 1 min - 381 kV por 5 min), e impulsos de relâmpago (±1675 kV, 3 vezes cada); em seguida, a avaliação foi realizada de acordo com o método de teste de resistência à tensão no local: resistência à tensão de frequência de rede (318 kV por 5 min - 550 kV por 3 min - 740 kV por 1 min - 381 kV por 45 min). Todos os resultados dos testes foram normais, sem descargas ou condições anormais.

Teste de Reprodução de Falha

Com base na análise acima do isolador de poste, foi determinado que não foram encontrados problemas de falha nos estágios de projeto e fabricação do isolador de poste. Foi preliminarmente julgado que objetos estranhos na superfície do isolador de poste durante o estágio de instalação podem ter causado a descarga por flashover. Para confirmar ainda mais a causa do acidente conforme analisado, considerando os possíveis locais de esconderijo de objetos estranhos e a situação de não aplicação de graxa lubrificante, foram realizados testes de reprodução sob várias condições de trabalho, incluindo: aplicação de 1/3 de graxa lubrificante no isolador de poste (sem descarga), aplicação de 1/2 de graxa lubrificante no isolador de poste (sem descarga), aplicação de 2/3 de graxa lubrificante no isolador de poste (sem descarga), aplicação de 1/3 de graxa lubrificante no isolador de poste e soprando poeira (poeira sobre o isolador de poste, sem descarga), etc.

Com base nos resultados dos testes de reprodução sob as condições de trabalho mencionadas acima, pode-se concluir que a contaminação única por graxa lubrificante ou objetos estranhos metálicos não é provável de causar uma quebra de flashover superficial do isolador; para isoladores que quebram sob tensão de frequência de rede, tanto o inserto central quanto o inserto de potencial de terra têm marcas de ablação óbvias; para isoladores que quebram sob tensão de impulso de relâmpago, o inserto central tem marcas de ablação, o que é semelhante ao fenômeno da falha no local.