Analyse af delvis udladning af GIS-stropper sammen

CIS (Gas Insulated Switchgear) henviser til en gasisoléringsindkapslet spændingsafbryder. En busbar er en fælles vej, hvortil flere enheder er forbundet parallel. I en CIS er det interne rum i busbaren relativt lille, men den fungerer under højt spænding og strøm. Lokal udladning, hvis den forekommer, kan alvorligt påvirke faseforskydningen af isoleringen og udgøre en betydelig trussel mod sikker og stabil drift af udstyret. Denne artikel præsenterer en analyse og løsning på en lokal udladningsfejl i en CIS-busbars, og introducerer et forbedret fastgørelsesforslag til CIS-busbarsbolte til reference.

Fejlsituation

En 220 kV CIS på en vis understation blev taget i drift den 20. december 2016. I marts 2017, under en levende opsporing på understationen, opdagede drift- og vedligeholdelsespersonale tydelige meget-højfrekvens (VHF) signaler på busbaren, og konkluderede forløbende, at der var en lokal udladningsfejl i busbaren.

Når man bruger en delvist udladningsdetektor (model PDT-840MS) til levende opsporing, opdagede drift- og vedligeholdelsespersonale tydelige VHF-signal på den indbyggede sensor i busbaren mellem 204-kredsløbsafbryderen på 220 kV-siden af hovedtransformator nr. 4 og 225-kredsløbsafbryderen på 220 kV Xinguo-linjen. Signalene viste to tydelige og symmetriske grupper med en stor udladningsmængde. Den maksimale amplitude nåede 67 dB, og abnorme interne udladningssound kunne høres på stedet, hvilket indledende antydede, at der var lokal udladning i udstyret. Selskabet organiserede en genopmåling gennem vedligeholdelsescenteret, og abnorme VHF- og ultralydsignaler blev samtidig registreret.

Ultralydsmålingen viste, at toppunktet i kontinuitetsmodus var omkring 120 mV, med en bestemt 100 Hz frekvenskorrelation, og maksimalværdien i fasemodus var omkring 70 mV. Efter analyse konkluderede det, at den flydende udladning blev forårsaget af vibration i faseforskydningen af isoleringen inde i 2B-busbargasskammeret mellem 204-kredsløbsafbryderpladsen på 220 kV-siden af hovedtransformator nr. 4 og 225-kredsløbsafbryderpladsen på 220 kV Xinguo-linjen.

Analyse af Fejlårsager
Belastningsstatistik og Kontrol af Fejlramte Busbarsplads

Belastningen på 220 kV Xinguo-linje og 204-kredsløbsafbryderen på hovedtransformator nr. 4 blev statistisk analyseret. Belastningen på 220 kV B-sektion busbar viste ingen betydelig ændring og oversteg ikke den nominelle værdi.

Vedligeholdelsespersonale sammen med producentens teknikere udførte en monteringskontrol af busbarspladsen, hvor den lokale udladning forekom. Dette busbarssegment er 7 m langt og har 6 faseforskydningsoverbrydere indeni. Efter demontering af busbaren blev tre løse bolte fundet: V-fasen af den første faseforskydningskomponent, V-fasen af den femte faseforskydningskomponent, og W-fasen af den sjette faseforskydningskomponent. Af dem var den første bolt den løseste, som kunne fjernes direkte, og der var en stor mængde støv omkring den.

Tråde på de andre faseforskydningsoverbrydere viste ingen tydelig skade, og overfladen af isoleringsmaterialet havde ingen sprækker, ar eller abnorme dale. Andre dele af de trefasstrømførere af de andre faseforskydningsoverbrydere og andre forbindelsespunkter viste ingen anomalier. Fastgørelsesmomenterne for de andre 15 faseforskydningsoverbrydere og ledere opfyldte de specificerede krav.

Analyse og Verifikation

• Kvalitet af busbar-modulkomponenter og installation. Ved inspektion opfylder kvaliteten af busbardukken og lederen tekniske kvalitetskrav fra producentens tegninger. Rettheden af komponenterne selv opfylder formtoleransekriterierne i tegningerne. Isolatorerne og deres metalbelasted indsatte bliver produceret ved formning og solidificering i en form. Under fabriksmonteringsprocessen anvendes en specialtilpasset festning til at positionere de relative rumlige positioner af de trefasledere. Imidlertid opfylder fastgørelsesmomenterne for forbindelsesboltene mellem ledere og isolatorer ikke fuldt ud producentens krav i nogle tilfælde.

• Når busbaren er i live-drift, er de trefasstrømme symmetriske, og hver faseleder udsættes for samme alternativ dynamisk kraft. De tre faser er symmetrisk fordelt i rummet. Busbarlederen er en tom ledere, som har en højere bøjstyrke end ledere. Under normal installation vil de trefasledere ikke afvige mod en fast vinkelposition pga. dynamisk kraft under drift.

• Mekanisk styrkeberegning. Producenten beregner fastgørelsesstyrken af fastgørende elementer og fastslår, at forbindelseslængden mellem eksterne tråde på bolt og interne tråde på isolatorindsatte skal være større end den nuværende design på 16 mm, og tykkelsen af metalfodskær skal øges til mindst 7 mm (nuværende 4 mm). Dette kan opfylde mekaniske styrkekrav under forhold med enkeltboldforbindelse og en dynamisk kraft på 10 kN under busbar kortslutning.

• Typeprøver. Resultaterne af 500 A/3 s termisk stabilitet (kortvarig strømbærende kapacitet) test, 135 kA dynamisk stabilitet (topstrømbærende kapacitet) test, især temperaturstigning test under en busbarstrøm på 7 h/4000 A, viser, at der ikke er tydelig mekanisk løsning eller abnorme forbindelser efter prøverne. Dette indikerer, at den eksisterende design for fastgørelse af busbarledere er pålidelig under typeprøveforhold.

Årsagsbestemmelse

Gennem stedlige inspektion og teoretisk analyse er den primære årsag til denne fejl fastslået som følger: Fastgørelsesmomenterne for boltene under producentens montering opfylder ikke standarder, og forbindelseslængden for boltene og tykkelsen af fodskær kan ikke opfylde driftskravene.

Behandlingsprogram

Baseret på resultaterne af stedlige inspektioner og teoretiske analyser er et nyt bolt-fastgørelsesprogram foreslået for at sikre pålidelig drift af busbaren.

• Anvend dobbeltsidede skruer, der er forbundet på en passende måde med de interne tråde på metalinserterne i ringformede isolatorer (på siden af den kortere tråd på skruen). Anvend Loctite 603 lim No. 2 på overfladen af de eksterne tråde på skruen. Anvend tre longitudinelle striber af Loctite 603 lim med cirka 120° mellemrum langs omkredsen af 24 mm trådlængde, således at hele 360° overflade af tråden er belagt med lim efter skruen er skruet ind. Efter at bolden er fuldt indsat, brug speciel rensningspapir til at fjerne eventuelle overskydende limerester.

• Brug selvlåsende/anti-løsning mutter i kombination for effektivt at forhindre, at boltene løsner. Brug en integreret fodskærkomponent med en tykkelse på 8 mm.

• Brug en momentnøgle til at stramme boldene, tage en værdi på 75 N·m, som er på den øvre ende af intervallet (70±7) N·m. For at sikre, at momentet for hver bolt er op til standard, implementer et system, hvor én person arbejder, og en anden kontrollerer.

Efter stramningen er fuldført, brug støvsuger, speciel rensningspapir og alkohol til grundigt at rengøre de strammede områder og lederehullerne.

Stedlig Behandling

Dobbeltsidede bolte anvendes for at forbedre stramningskraften af boltene, og selvlåsende mutter anvendes for at forhindre, at boltene løsner pga. dynamiske krafter under normal drift. Producenten udførte boldmodifikationsarbejde på denne GIS-busbars ifølge ovenstående program, og resultaterne efter modifikationen er tilfredsstillende.