Phân tích các lỗi phóng điện của sứ cách điện cột dựa trên nhiều phương tiện

Tổng quan về tình hình

Trong giai đoạn vận hành thử nghiệm AC của một trạm biến áp nhất định, đã xảy ra sự cố phóng điện do chập bề mặt của cột cách điện. Cụ thể, tình hình sự cố như sau:
Khi đóng công tắc đường dây 500 kV để sạc busbar, bộ bảo vệ sai biệt busbar hai bộ đã hoạt động và công tắc đã nhảy. Pha bị lỗi là pha B, và dòng điện lỗi là 5.760 A. Phân tích thành phần khí SF₆ trong buồng khí được thực hiện, và nồng độ SO₂ là 5,3 μL/L (tiêu chuẩn là 2 μL/L).

Cấu trúc của cột cách điện

Buồng khí bao gồm ba cột cách điện, bẫy hạt, đĩa kéo, v.v. Như được thể hiện trong Hình 1, trong quá trình lắp ráp, ba cột cách điện và bẫy hạt được cố định vào đĩa kim loại bằng vít. Nắp che được lắp vào đầu cắm kim loại ở giữa cột cách điện bằng vít. Đầu cắm được gắn với cột cách điện bằng cách đúc. Sau khi lắp ráp, nó được cố định vào flăng busbar ống thông qua vít của đĩa kéo. Chất liệu chính của cột cách điện là nhựa epoxy, bẫy hạt là chất liệu hợp kim, và đệm giới hạn là chất liệu cách điện.

Chức năng chính của cột cách điện là hỗ trợ dây dẫn bên trong và không có chức năng cách ly buồng khí. Khi thiết bị hoạt động bình thường, cột cách điện chịu lực đều dưới áp suất khí ổn định, như được thể hiện trong Hình 2. Mặt khác, phân bố trường điện của cột cách điện ba chân cực kỳ không đồng đều. Độ mạnh trường điện tại giao diện giữa đầu cắm kim loại và nhựa epoxy tương đối cao. Sự phân bố không đồng đều này sẽ dẫn đến sự tích tụ điện tích cục bộ nghiêm trọng trên cột cách điện ba chân. Trong trường hợp có vật lạ hoặc các tình huống khác trong quá trình hoạt động, có thể xảy ra phóng điện chập bề mặt.

Đo lại kích thước ngoại hình

Cột cách điện bị lỗi đã được gửi về nhà máy để đo lại kích thước và kiểm tra ngoại hình. Các cột cách điện busbar bị lỗi đã được lau nhẹ và đánh bóng các vết. Bề mặt cột cách điện vẫn còn nguyên vẹn, không tìm thấy bất kỳ vết nứt, bọt khí, hoặc bất thường nào nhìn thấy được.

Theo bản vẽ, nhiều kích thước quan trọng của cột cách điện, bẫy hạt, nắp che, đĩa kéo, v.v. đã được đo lại. Điều này bao gồm việc đo lại nhiều kích thước như khoảng cách tâm đến tâm của ba chân cột cách điện, đường kính chu vi, và góc. Tất cả các kích thước đều đạt yêu cầu.

Kiểm tra thấm màu

Kiểm tra thấm màu đã được thực hiện trên cột cách điện. Sau khi làm sạch và mài, kiểm tra đã được tiến hành. Dung dịch làm sạch được xịt lên giấy, sau đó chất thấm trên bề mặt cột cách điện được lau sạch. Sau khi kiểm tra kỹ lưỡng, không phát hiện thấy chất thấm rò rỉ, và không tìm thấy bất kỳ bất thường nào trong kiểm tra thấm màu.

Kiểm tra X-quang và CT công nghiệp

Kiểm tra X-quang đã được thực hiện trên cột cách điện. Cột cách điện được quay 360° để kiểm tra, và không phát hiện thấy bất kỳ khuyết tật nào như liên kết kém, bọt khí, hoặc vết nứt.
Các bài kiểm tra CT công nghiệp đã được thực hiện trên cột cách điện. Chất cách điện bên trong nói chung đồng đều, không phát hiện thấy lỗ khí, vết nứt, tạp chất, hoặc khuyết tật khác. Không có liên kết kém giữa đầu cắm phía thấp và nhựa epoxy, cũng như giữa ống trung tâm và nhựa epoxy.

Thử nghiệm hiệu suất cơ học

Các thử nghiệm hiệu suất cơ học đã được thực hiện trên cột cách điện, bao gồm thử nghiệm áp lực (12 kN, giữ áp lực trong 30 phút) và thử nghiệm xoắn (15 kN, giữ áp lực trong 30 phút). Bề mặt cột cách điện được quan sát để tìm bất kỳ bất thường, vết nứt, hoặc hư hỏng nào. Không phát hiện thấy bất kỳ bất thường nào thông qua thử nghiệm hiệu suất cơ học.

Thử nghiệm hiệu suất cách điện

Các cột cách điện đã được lắp ráp thành trạng thái thử nghiệm busbar với bẫy hạt mới và bẫy hạt cũ (sau khi mài) được trả về từ hiện trường, và được bơm đầy khí SF₆ 0,5 MPa bên trong.
Đầu tiên, đánh giá theo phương pháp thử nghiệm chịu điện áp trong nhà máy: chịu điện áp tần số công nghiệp (740 kV trong 1 phút - 381 kV trong 5 phút), và xung sét (±1675 kV, mỗi loại 3 lần); sau đó, đánh giá theo phương pháp thử nghiệm chịu điện áp tại hiện trường: chịu điện áp tần số công nghiệp (318 kV trong 5 phút - 550 kV trong 3 phút - 740 kV trong 1 phút - 381 kV trong 45 phút). Tất cả kết quả thử nghiệm đều bình thường, không có hiện tượng phóng điện hoặc bất thường.

Thử nghiệm tái tạo sự cố

Dựa trên phân tích trên về cột cách điện, đã xác định rằng không tìm thấy vấn đề sự cố nào trong giai đoạn thiết kế và sản xuất của cột cách điện. Ban đầu, đã phán đoán rằng vật lạ trên bề mặt cột cách điện trong giai đoạn lắp đặt có thể đã gây ra phóng điện chập bề mặt. Để xác nhận thêm nguyên nhân sự cố như đã phân tích, xét đến các nơi có thể chứa vật lạ và tình huống không sử dụng mỡ bôi trơn, các thử nghiệm tái tạo đã được thực hiện trong các điều kiện làm việc khác nhau, bao gồm: bôi 1/3 mỡ bôi trơn lên cột cách điện (không có phóng điện), bôi 1/2 mỡ bôi trơn lên cột cách điện (không có phóng điện), bôi 2/3 mỡ bôi trơn lên cột cách điện (không có phóng điện), bôi 1/3 mỡ bôi trơn lên cột cách điện và thổi bụi (bụi lên cột cách điện, không có phóng điện), v.v.

Dựa trên kết quả thử nghiệm tái tạo trong các điều kiện làm việc trên, có thể kết luận rằng ô nhiễm đơn nguồn từ mỡ bôi trơn hoặc vật lạ kim loại không khả năng gây chập bề mặt của cột cách điện; đối với cột cách điện bị phá hủy dưới điện áp tần số công nghiệp, cả đầu cắm trung tâm và đầu cắm điện thế đất đều có dấu hiệu cháy rõ rệt; đối với cột cách điện bị phá hủy dưới xung sét, đầu cắm trung tâm có dấu hiệu cháy, tương tự như hiện tượng sự cố tại hiện trường.