Analyse der Teilentladung von GIS-Stromleitern zusammen

CIS (Gas Insulated Switchgear) bezieht sich auf eine gasisolierte geschlossene Schaltanlage. Eine Busleitung ist ein gemeinsamer Pfad, an den mehrere Geräte parallel angeschlossen sind. In einer CIS-Anlage ist der interne Raum der Busleitung relativ klein, arbeitet aber unter hohen Spannungen und Strömen. Ein lokaler Entladungsvorgang kann die Phasen-Isolierung erheblich beeinträchtigen und eine signifikante Bedrohung für den sicheren und stabilen Betrieb der Ausrüstung darstellen. Dieser Artikel präsentiert eine Analyse und Lösung eines Fehlers durch lokale Entladung in einer CIS-Busleitung und stellt ein verbessertes Befestigungsschema für CIS-Busleitungs-Schrauben zur Verfügung.

Fehlerfall

Eine 220 kV CIS-Anlage in einem bestimmten Umspannwerk wurde am 20. Dezember 2016 in Betrieb genommen. Im März 2017 entdeckten die Betriebs- und Wartungspersonal während einer lebenden Erkennung deutliche sehr hochfrequente (VHF) Signale an der Busleitung und stellten vorläufig fest, dass es einen lokalen Entladungsfehler in der Busleitung gab.

Während der lebenden Erkennung mit einem partiellen Entladungsgerät (Modell PDT-840MS) detektierten das Betriebs- und Wartungspersonal deutliche VHF-Signale am eingebauten Sensor der Busleitung zwischen dem 204-Schalter auf der 220 kV-Seite des Haupttransformators Nr. 4 und dem 225-Schalter der 220 kV Xinguo-Leitung. Die Signale zeigten zwei deutliche und symmetrische Gruppen mit einer großen Entladungsmenge. Die maximale Amplitude erreichte 67 dB, und vor Ort konnten ungewöhnliche interne Entladungsgeräusche gehört werden, was vorläufig darauf hindeutete, dass lokale Entladung in der Ausrüstung vorhanden war. Das Unternehmen arrangierte eine Neumessung durch das Wartungszentrum, bei der gleichzeitig ungewöhnliche VHF- und Ultraschallsignale erkannt wurden.

Die Ultraschallerkennung zeigte, dass der Spitzenwert im kontinuierlichen Modus etwa 120 mV betrug, mit einer gewissen 100 Hz-Frequenzkorrelation, und der Maximalwert im Phasenmodus etwa 70 mV betrug. Nach der Analyse wurde festgestellt, dass die schwimmende Entladung durch die Vibration der Phasen-Isolierung innerhalb des 2B-Busgasraums zwischen dem 204-Schalterfeld auf der 220 kV-Seite des Haupttransformators Nr. 4 und dem 225-Schalterfeld der 220 kV Xinguo-Leitung verursacht wurde.

Analyse der Fehlerursachen
Belastungsstatistik und Prüfung des defekten Busfeldes

Die Belastungen der 220 kV Xinguo-Leitung und des 204-Schalters des Haupttransformators Nr. 4 wurden statistisch analysiert. Die Belastung der 220 kV B-Abschnittsbusleitung zeigte keine signifikanten Veränderungen und überstieg nicht den Nennwert.

Das Wartungspersonal, zusammen mit den Technikern des Herstellers, führte eine Zerlegungsprüfung des Busfeldes durch, in dem lokale Entladung auftrat. Dieser Abschnitt der Busleitung ist 7 m lang und hat sechs Phasen-Isolierstützen im Inneren. Nach der Zerlegung der Busleitung wurden drei lockere Schrauben gefunden: die V-Phase des ersten Phasen-Isolierbauteils, die V-Phase des fünften Phasen-Isolierbauteils und die W-Phase des sechsten Phasen-Isolierbauteils. Davon war die erste Schraube die loseste, konnte direkt entfernt werden, und es gab eine große Menge Staub in ihrer Umgebung.

Die Gewindemuffen anderer Phasen-Isolatoren zeigten keine offensichtlichen Schäden, und die Oberfläche des Isolatormaterials hatte keine Risse, Kratzer oder ungewöhnlichen Vertiefungen. Andere Teile der dreiphasigen Leiter anderer Phasen-Isolatoren und andere Verbindungspunkte zeigten keine Abnormalitäten. Die Anzugsdrehmomente der Verbindungsschrauben zwischen den anderen 15 Phasen-Isolatoren und den Leitern entsprachen den vorgegebenen Anforderungen.

Analyse und Verifizierung

• Qualität der Busmodulkomponenten und Montage. Bei der Prüfung stellte sich heraus, dass die Qualität der Busleitungsdurchführungsschale und des Leiters den technischen Qualitätsanforderungen der Herstellerzeichnungen entspricht. Die Geradheit der Komponenten selbst entspricht den Form- und Lagetoleranzen der Zeichnungen. Die Isolatoren und ihre Metall-Grading-Einsätze werden durch Gießen und Festigkeit in einer Form hergestellt. Während des Fabrikmontageprozesses wird ein spezielles Haltevorrichtung verwendet, um die relativen räumlichen Positionen der dreiphasigen Leiter zu positionieren. Allerdings entsprechen die Anzugsdrehmomente der Verbindungsschrauben zwischen den Leitern und den Isolatoren in einigen Fällen nicht vollständig den Anforderungen des Herstellers.

• Wenn die Busleitung im lebenden Betrieb ist, sind die dreiphasigen Ströme symmetrisch, und jeder Leiterphase wird dieselbe wechselnde elektrodynamische Kraft ausgesetzt. Die drei Phasen sind räumlich symmetrisch verteilt. Der Busleiterleiter ist ein Hohlleiter, der eine höhere Biegefestigkeit als Leiter hat. Bei normaler Installation werden die dreiphasigen Leiter aufgrund der elektrodynamischen Kraft während des Betriebs nicht in eine feste Winkelposition abweichen.

• Berechnung der mechanischen Festigkeit. Der Hersteller berechnet die Verbindungsfestigkeit der Befestigungselemente und bestimmt, dass die Verbindungs-Länge zwischen dem äußeren Gewinde der Schraube und dem inneren Gewinde des Isolatoreinsatzes größer als das aktuelle Design von 16 mm sein muss, und die Dicke des Metallscheibens auf mindestens 7 mm (aktuell 4 mm) erhöht werden muss. Dies erfüllt die mechanischen Festigkeitsanforderungen unter der Bedingung einer Einzel-Schraubenverbindung und einer elektrodynamischen Kraft von 10 kN während eines Buskurzschlusses.

• Typprüfungen. Die Ergebnisse der 500 A/3 s thermischen Stabilität (kurzzeitige Durchhaltestrom)-Prüfung, 135 kA dynamische Stabilität (Spitzen-Durchhaltestrom)-Prüfung, insbesondere der Temperaturanstiegsprüfung bei einem Busstrom von 7 h/4000 A, zeigen, dass nach den Prüfungen keine offensichtlichen mechanischen Lockerungen oder abnormalen Verbindungen auftreten. Dies deutet darauf hin, dass die bestehende Befestigungsdesign für Busleiterleiter unter Typ-Prüfbedingungen zuverlässig ist.

Ursachenbestimmung

Durch die ortsfremde Prüfung und theoretische Analyse wurde die Hauptursache dieses Fehlers wie folgt bestimmt: Die Anzugsdrehmomente der Schrauben während der Herstellermontage entsprechen nicht den Standards, und die Verbindungs-Länge der Schrauben und die Dicke der Scheiben können den Betriebsanforderungen nicht gerecht werden.

Behandlungsschema

Basierend auf den Ergebnissen der ortsfremden Prüfungen und theoretischen Analysen wurde ein neues Schraubenanzugsschema vorgeschlagen, um den zuverlässigen Betrieb der Busleitung sicherzustellen.

• Verwenden Sie doppelseitige Schrauben, die in passender Weise mit den internen Gewinden der Metalleinsätze der Ringisolatoren verbunden sind (auf der Seite des kürzeren Gewindes der Schraube). Tragen Sie Loctite 603 Klebstoff Nr. 2 auf die Oberfläche der äußeren Gewinde der Schraube auf. Tragen Sie drei longitudinale Streifen von Loctite 603 Klebstoff in Abständen von etwa 120° entlang des Umfangs der 24-mm-Gewindelänge auf, um sicherzustellen, dass die gesamte 360°-Oberfläche des Gewindes nach dem Eindrehen mit dem Klebstoff beschichtet ist. Nachdem die Schraube vollständig eingeschraubt ist, verwenden Sie spezielles Reinigungspapier, um überschüssigen Klebstoff zu entfernen.

• Verwenden Sie Selbstsicherungs-/Anti-Loosening-Mutter in Kombination, um effektiv zu verhindern, dass die Schrauben sich lösen. Verwenden Sie ein integriertes Scheibenkomponent mit einer Dicke von 8 mm.

• Verwenden Sie ein Drehmomentenschlüssel, um die Schrauben anzuziehen, mit einem Wert von 75 N·m, was das obere Ende des Bereichs (70±7) N·m ist. Um sicherzustellen, dass das Drehmoment jeder Schraube den Standard erfüllt, implementieren Sie ein System, bei dem eine Person arbeitet und eine andere überprüft.

Nach Abschluss der Anzugung verwenden Sie einen Staubsauger, spezielles Reinigungspapier und Alkohol, um die angezogenen Bereiche und die Hohlraumbereiche der Leiter gründlich zu reinigen.

Ortsfremde Behandlung

Doppelseitige Schrauben werden verwendet, um die Anzugkraft der Schrauben zu verstärken, und Selbstsicherungsmutter werden verwendet, um die Schrauben vor dem Lösen durch elektrodynamische Kräfte während des normalen Betriebs zu schützen. Der Hersteller führte die Schraubenmodifikationsarbeiten an dieser GIS-Busleitung gemäß dem oben genannten Schema durch, und die Ergebnisse nach der Modifikation waren zufriedenstellend.