GIS-magistraalien osittaisjännitteiden analyysi yhdessä

CIS (kaasulla eristetty kytkentälaite) viittaa kaasulla eristettyyn suljetun kytkentälaitekomplektiin. Busbar on yhteinen polku, johon useat laitteet ovat yhdistetty rinnakkaan. CIS:ssä busbarin sisäinen tila on suhteellisen pieni, mutta se toimii korkeassa jännitteessä ja sähkövirrassa. Paikallinen purkauksen tapahtuessa se voi vaarantaa vaihevälinen eristys huomattavasti ja aiheuttaa merkittävän uhan laitteen turvalliseen ja vakaiseen toimintaan. Tässä artikkelissa esitetään paikallisen purkautumisvian analyysi ja ratkaisu CIS-busbarissa, ja esitellään parannettu tiivistämiskeskustelu CIS-busbarin ruuvien käsittelyä varten.

Vian tilanne

Tiettyyn alijärjestysasemaan asennettu 220 kV CIS otettiin käyttöön 20. joulukuuta 2016. Maaliskuussa 2017 alijärjestysaseman elossa olevan havainnon aikana huolto- ja ylläpitohenkilöstö havaitsevat selkeät hyvin korkeataajuisten (VHF) signaalit busbarissa, minkä perusteella he arvioivat, että busbarissa on paikallinen purkautumisvika.

Kun osittainen purkautumishavaintolaite (malli PDT-840MS) käytetään elossa olevaan havaintoon, huolto- ja ylläpitohenkilöstö havaitsee selkeät VHF-signaalit sisäänrakennetulla anturilla busbarissa 204-katkaisimen ja 225-katkaisimen välillä 220 kV:n puolella nro 4 päätransformatorissa ja 220 kV Xinguo -linjalla. Signaalit näyttävät kahdella erillisenä ja symmetrisenä ryhmänä, suurella purkautumismäärällä. Suurin amplitudi saavutti 67 dB, ja poikkeukselliset sisäiset purkautumisäänet kuultiin paikan päällä, mikä viittasi paikalliseen purkautumiseen laitteessa. Yhtiö järjesti huoltokeskuksen uudelleenmittaamisen, jolloin havaittiin poikkeuksellisia VHF- ja ultraviolettiaaltoja samanaikaisesti.

Ultraviolettihavainto osoitti, että jatkuva tilassa huippuarvo oli noin 120 mV, jolla oli tietty taajuusyhteys 100 Hz:lle, ja vaihetilassa maksimiarvo oli noin 70 mV. Analyysin jälkeen pääteltiin, että liukuv purkautuminen johtui 2B-busbarin kaasukammion sisällä olevan vaihevälinen eristyksen värähtelystä 204-katkaisimen väliotoksessa 220 kV:n puolella nro 4 päätransformatorissa ja 225-katkaisimen väliotoksessa 220 kV Xinguo -linjalla.

Vian syyt
Latausten tilastointi ja viallisen busbarin väliotoksen tarkastus

220 kV Xinguo -linjan ja nro 4 päätransformatorin 204-katkaisimen lataukset analysoitiin tilastollisesti. 220 kV B-osaston busbarin lataus ei osoittanut merkittäviä muutoksia eikä ylittänyt suunniteltua arvoa.

Huoltohenkilöstö teki yhdessä valmistajan teknikoiden kanssa purkauksen busbarin väliotokseen, jossa ilmeni paikallista purkautumista. Tämä busbarin osa on 7 metriä pitkä ja sisältää 6 vaihevälinen eristystukea. Busbarin purkautumisen jälkeen löydettiin kolme löysää ruuvia: ensimmäisen vaihevälinen eristystuken V-vaihe, viidennen vaihevälinen eristystuken V-vaihe ja kuudennen vaihevälinen eristystuken W-vaihe. Ensimmäinen ruuvi oli eniten löysä, joka voitiin poistaa suoraan, ja sen ympärillä oli paljon pölyä.

Muilla vaihevälinen eristyksillä olevat metalliset sisäupotukset eivät osoittaneet mitään selvää vaurioitumista, ja eristysmateriaalin pinta ei osoittanut hajoamia, raapimia tai epänormaaleja ahmaisuudet. Muissa vaihevälinen eristystuken kolmivaiheisissa johtimissa ja muissa yhdistyspisteissä ei ollut poikkeuksia. Muun 15 vaihevälinen eristystuken ja johtimien väliset yhdistysruuvien tiivistykset täyttivät vaaditut vaatimukset.

Analyysi ja varmistus

• Busbar-moduulin komponenttien ja asennuksen laatu. Tarkastuksen perusteella busbarin kanavan kuori ja johtin vastaavat valmistajan piirustusten teknisiä laatuvaatimuksia. Komponenttien omat suorat vastaavat piirustusten muodon sallimia toleransseja. Eristysmateriaalit ja niiden metalliset tasausupotukset valmistetaan kaivamalla ja jäähdyttämällä mallissa. Tehtaallisessa kokoonpanoprosessissa käytetään erityistä kappaleen paikantamaan kolmivaiheisten johtimien suhteelliset avaruudelliset sijainnit. Kuitenkin johtimien ja eristystuotteiden väliset yhdistysruuvien tiivistykset eivät täysin täytä valmistajan vaatimuksia joissakin tapauksissa.

• Kun busbar on elossa toiminnassa, kolmivaiheiset virrat ovat symmetrisiä, ja kukin vaihejohtin altistuu samalle vaihtelevalle sähködynaamiselle voimalle. Kolme vaihetta ovat symmetrisesti jakautuneet avaruudessa. Busbarin johtin on tyhjä johtin, jolla on korkeampi taipumisvahvuus kuin johtimilla. Normaalissa asennuksessa kolmivaiheiset johtimet eivät poikkea mihinkään kiinteään kulma-asentoon dynaamisen voiman vuoksi toiminnassa.

• Mekaaninen vahvuuden laskenta. Valmistaja laskee tiivisteyksien yhdistystä ja päättelee, että ruuvien ulkoisen rosian ja eristysupotuksen sisäisen rosin välisen yhdistyksen pituuden tulisi olla suurempi kuin nykyinen 16 mm, ja metallisen välimuovin paksuuden tulisi olla vähintään 7 mm (nykyisin 4 mm). Tämä täyttää mekaanisen vahvuuden vaatimukset yhden ruuviyhdistyksen ja 10 kN:n sähködynaamisen voiman ollessa busbarin lyhytsulku.

• Tyypimittaukset. 500 A/3 s lämpöstabiilisuuden (lyhytaikainen sähkövirran kestävyys) mittauksen, 135 kA dynaaminen stabiilisuuden (huippusähkövirran kestävyys) mittauksen, erityisesti 7 h/4000 A busbarin virran alla olevan lämpötilan nousun mittauksen tulokset osoittavat, että mittauksen jälkeen ei ole havaittu selvää mekaanista löyhentymistä tai epänormaaleja yhteyksiä. Tämä osoittaa, että olemassa oleva busbarin johtimien tiivistys on luotettava tyypimittaustilanteissa.

Syyjen määrittely

Paikan päällä tehdyn tarkastuksen ja teoreettisen analyysin avulla tämän vian pääsyy määräytyi seuraavasti: valmistajan asennuksen aikana ruuvien tiivistykset eivät täyttäneet standardeja, ja ruuvien yhdistyksen pituus sekä välimuovin paksuus eivät täyttäneet toimintovaatimuksia.

Käsittelysuunnitelma

Perustuen paikan päällä tehtyihin tarkastuksiin ja teoreettisiin analyysiin, on ehdotettu uusi ruuvien tiivistämiskeskustelu, joka takaa busbarin luotettavan toiminnan.

• Käytä kaksipääteisiä ruuveja, jotka yhdistetään sopivasti rennoksiin metallisissa upotuksissa rengasmuotoisissa eristyksissä (ruuvissa lyhyemmällä puolella). Levitä Loctite 603 -kitetta numero 2 ruuvien ulkoisen roskin pinnalle. Levitä kolme pitkää Loctite 603 -kitteen viivaa noin 120° välein ruuvien 24 mm:n roskapituuden ympäri, varmistaaksesi, että koko 360° roskin pinta on kitetään ruuvien kierrättämisen jälkeen. Ruuvien lisäämisen jälkeen käytä erityistä puhdistuspapereita poistaaksesi ylimääräisen kitteen.

• Käytä itsensulkemisia/luovuttumisen estäviä muttereita yhdistelmässä tehokkaasti estääksesi ruuvien löysenevän. Hyödynnä integroitu välimuovi, jonka paksuus on 8 mm.

• Käytä tiivisteavain tiivistämään ruuveja, ottamalla arvo 75 N·m, joka on (70±7) N·m:n ylärajalla. Varmistaaksesi, että jokaisen ruuvitiedon tiivisyys on standardiin, toteuta järjestelmä, jossa yksi henkilö työskentelee ja toinen tarkistaa.

Tiivistämisen jälkeen käytä imuri, erityistä puhdistuspapereita ja alkoholia puhdistamaan tiivistetyt alueet ja johtimien kuplia.

Paikan päällä käsittely

Kaksipääteisiä ruuveja käytetään vahvistamaan ruuvien tiivistystä, ja itsensulkemisia muttereita käytetään estämään ruuvien löysenevän normaalin toiminnan aikana sähködynaamisten voimien vuoksi. Valmistaja suoritti tämän GIS-busbarin ruuvien muokkaustyöt edellä mainitun suunnitelman mukaan, ja muokkauksen jälkeiset tulokset olivat tyydyttäviä.