تحلیل دیسچارژ بخشی شین های GIS به صورت همزمان

CIS (گیربکس‌های عایق‌شده با گاز) به مجموعه‌ی تجهیزات برق با عایق گازی اشاره دارد. شین یک مسیر مشترک است که به آن چندین دستگاه به صورت موازی متصل می‌شوند. در CIS، فضای داخلی شین نسبتاً کوچک است، اما تحت ولتاژ و جریان بالا عمل می‌کند. اگر رهاشدن محلی رخ دهد، می‌تواند تأثیر خرابکارانه‌ای بر عایق بین فازها داشته باشد و تهدید قابل توجهی برای عملکرد ایمن و پایدار تجهیزات ایجاد کند. این مقاله تحلیل و راه حلی برای خطای رهاشدن محلی در شین CIS ارائه می‌دهد و طرحی بهبود یافته برای گیرنده‌های شین CIS معرفی می‌کند.

وضعیت خطا

یک CIS ۲۲۰ kV در یک زیراستانسیون در ۲۰ دسامبر ۲۰۱۶ به بهره‌برداری رسید. در مارس ۲۰۱۷، در حین تشخیص زنده در زیراستانسیون، کارکنان عملیات و نگهداری سیگنال‌های VHF (بسیار بالا فرکانس) واضحی را روی شین تشخیص دادند و به طور اولیه تعیین کردند که خطای رهاشدن محلی در شین وجود دارد.

در زمان استفاده از تشخیص‌دهنده‌ی رهاشدن محلی (مدل PDT-840MS) برای تشخیص زنده، کارکنان عملیات و نگهداری سیگنال‌های VHF واضحی را روی سنسور داخلی شین بین برشکن ۲۰۴ در سمت ۲۲۰ kV ترانسفورماتور اصلی شماره ۴ و برشکن ۲۲۵ خط ۲۲۰ kV Xinguo تشخیص دادند. سیگنال‌ها دو خوشه‌ی متمایز و متقارن را نشان می‌دادند و مقدار رهاشدن زیادی داشت. دامنه‌ی بیشینه به ۶۷ dB رسید و صدای رهاشدن داخلی غیرعادی در محل قابل شنیدن بود که به طور اولیه نشان‌دهنده‌ی وجود رهاشدن محلی در تجهیزات بود. شرکت برای اندازه‌گیری مجدد مرکز نگهداری را ترتیب داد و سیگنال‌های VHF و فوق صوتی غیرعادی همزمان تشخیص داده شدند.

تشخیص فوق صوتی نشان داد که مقدار پیک در حالت پیوسته حدود ۱۲۰ mV بود و همبستگی فرکانسی معینی با ۱۰۰ Hz داشت و مقدار بیشینه در حالت فازی حدود ۷۰ mV بود. پس از تحلیل، تعیین شد که رهاشدن شناور ناشی از لرزش عایق بین فازهای داخلی حفره‌ی گازی ۲B شین بین بخش برشکن ۲۰۴ در سمت ۲۲۰ kV ترانسفورماتور اصلی شماره ۴ و بخش برشکن ۲۲۵ خط ۲۲۰ kV Xinguo بود.

تحلیل دلایل خطا
آمار بار و بازرسی بخش شین دارای خطا

بارهای خط ۲۲۰ kV Xinguo و برشکن ۲۰۴ ترانسفورماتور اصلی شماره ۴ آماری گرفته شد. بار شین بخش B ۲۲۰ kV تغییر قابل توجهی نداشت و از مقدار اسمی فراتر نرفت.

کارکنان نگهداری با همکاری فنی‌دانان سازنده، بازرسی تجزیه‌ی بخش شین دارای رهاشدن محلی را انجام دادند. این بخش از شین ۷ متر طول دارد و در داخل آن ۶ پشتیبان عایق بین فاز وجود دارد. پس از تجزیه‌ی شین، سه مهره‌ی آزاد شناسایی شد: فاز V از اولین مؤلفه‌ی عایق بین فاز، فاز V از پنجمین مؤلفه‌ی عایق بین فاز و فاز W از ششمین مؤلفه‌ی عایق بین فاز. از بین آنها، اولین مهره‌ی آزادترین بود که می‌توانست مستقیماً خارج شود و حول آن مقدار زیادی گرد و غبار وجود داشت.

پیچ‌های فلزی سایر عایقهای بین فاز آسیب واضحی نداشتند و سطح مواد عایقی بدون ترک، خراش یا فرونشست‌های غیرعادی بود. بخش‌های سه‌فازی رساناهای سایر عایقهای بین فاز و نقاط اتصال دیگر هیچ ناهماهنگی‌ای نداشتند. گشتاورهای محکم‌کننده‌ی مهره‌های اتصال بین ۱۵ عایق بین فاز دیگر و رساناها مطابق با الزامات مشخص شده بود.

تحلیل و تأیید

• کیفیت مؤلفه‌های ماژول شین و نصب. در بازرسی، کیفیت پوشش شین و رسانا با الزامات فنی و کیفی نقشه‌های سازنده مطابقت دارد. راستی‌خطی مؤلفه‌ها با الزامات انحراف شکلی نقشه‌ها مطابقت دارد. عایقهای فلزی و پیچ‌های فلزی آنها با ریخته‌گری و سفت شدن در قالب ساخته می‌شوند. در فرآیند مونتاژ کارخانه‌ای، یک وسیله‌ی اختصاصی برای تعیین موقعیت‌های فضایی نسبی رساناهای سه‌فاز استفاده می‌شود. با این حال، گشتاورهای محکم‌کننده‌ی مهره‌های اتصال بین رساناها و عایقهای در برخی موارد کاملاً با الزامات سازنده مطابقت ندارند.

• وقتی شین در حالت بهره‌برداری است، جریان‌های سه‌فاز متقارن هستند و هر رسانای فازی تحت نیروی الکترومغناطیسی متناوب یکسانی قرار می‌گیرد. سه فاز به طور متقارن در فضا توزیع شده‌اند. رسانای شین یک رسانای توخالی است که مقاومت خمشی بیشتری نسبت به رساناهای دیگر دارد. در نصب عادی، رساناهای سه‌فاز در حین عملیات به دلیل نیروی الکترومغناطیسی به هیچ موقعیت زاویه‌ای ثابتی منحرف نمی‌شوند.

• محاسبه‌ی مقاومت مکانیکی. سازنده مقاومت اتصالات مهره‌ها را محاسبه کرده و تعیین کرده است که طول اتصال بین پیچ خارجی مهره و پیچ داخلی پیچک فلزی عایق باید بیشتر از طراحی فعلی ۱۶ mm باشد و ضخامت پیچک فلزی باید حداقل به ۷ mm (در حال حاضر ۴ mm) افزایش یابد. این می‌تواند الزامات مقاومت مکانیکی را در شرایط اتصال یک مهره‌ای و نیروی الکترومغناطیسی ۱۰ kN در حین خاموشی شین برآورده کند.

• آزمایش‌های نوع. نتایج آزمایش پایداری حرارتی ۵۰۰ A/۳ s (مقاومت کوتاه‌مدت جریان)، آزمایش پایداری دینامیکی ۱۳۵ kA (مقاومت جریان پیک) و به ویژه آزمایش افزایش دما در جریان شین ۷ ساعت/۴۰۰۰ A نشان می‌دهد که پس از آزمایش‌ها هیچ آزادی مکانیکی یا اتصالات غیرعادی واضحی وجود ندارد. این نشان‌دهنده‌ی این است که طراحی موجود برای محکم‌کردن رساناهای شین تحت شرایط آزمایش نوع قابل اطمینان است.

تعیین دلیل

با توجه به بازرسی محلی و تحلیل نظری، دلیل اصلی این خطا به شرح زیر تعیین شد: گشتاورهای محکم‌کننده‌ی مهره‌ها در مونتاژ سازنده با استانداردها مطابقت ندارند و طول اتصال مهره‌ها و ضخامت پیچک‌ها نمی‌توانند الزامات عملیاتی را برآورده کنند.

طرح درمان

براساس نتایج بازرسی‌های محلی و تحلیل‌های نظری، طرح جدیدی برای محکم‌کردن مهره‌ها ارائه شده تا عملکرد قابل اعتماد شین تضمین شود.

• استفاده از پیچ‌های دوسری که به صورت همپوشان با پیچ داخلی پیچک‌های فلزی عایقهای حلقه‌ای (در سمت پیچ کوتاه‌تر پیچ) اتصال می‌یابند. اعمال لکتایت ۶۰۳ شماره ۲ به سطح پیچ خارجی پیچ. اعمال سه نوار طولی از لکتایت ۶۰۳ با فاصله‌ی تقریبی ۱۲۰° در دور ۲۴ mm طول پیچ، به گونه‌ای که پس از گرداندن، تمام سطح ۳۶۰° پیچ با لکتایت پوشانده شود. پس از وارد کردن کامل مهره، از کاغذ تمیزکننده‌ی اختصاصی برای حذف لکتایت اضافه استفاده شود.

• استفاده از مهره‌های ضدآزادی/ضدآزادی‌شدن در ترکیب با یکدیگر برای جلوگیری مؤثر از آزادی مهره‌ها. استفاده از مؤلفه‌ی پیچک یکپارچه با ضخامت ۸ mm.

• استفاده از کلید گشتاور برای محکم‌کردن مهره‌ها با مقدار ۷۵ N·m که در بالای محدوده‌ی (۷۰±۷) N·m قرار دارد. برای اطمینان از اینکه گشتاور هر مهره استاندارد باشد، سیستمی را اجرایی کنید که یک نفر کار می‌کند و نفر دیگر بررسی می‌کند.

پس از تکمیل محکم‌کردن، از دستگاه تمیزکننده‌ی شفاف، کاغذ تمیزکننده‌ی اختصاصی و الکل برای تمیز کردن کامل مناطق محکم‌شده و حفره‌های رسانا استفاده کنید.

درمان محلی

پیچ‌های دوسری برای افزایش نیروی محکم‌کننده‌ی مهره‌ها استفاده شده و مهره‌های ضدآزادی برای جلوگیری از آزادی مهره‌ها در حین عملیات عادی به دلیل نیروی الکترومغناطیسی استفاده شده‌اند. سازنده بر اساس طرح ذکر شده، کار تغییر مهره‌ها در این شین GIS را انجام داد و نتایج پس از تغییر رضایت‌بخش بود.