Analisi della scarica parziale delle barre di alimentazione GIS insieme

CIS (Gas Insulated Switchgear) si riferisce a un insieme di apparati di commutazione chiusi e isolati a gas. Una barra di distribuzione è un percorso comune a cui sono connessi in parallelo più dispositivi. In un CIS, lo spazio interno della barra di distribuzione è relativamente piccolo, ma opera a tensione e corrente elevate. Se si verifica una scarica parziale, può influire gravemente sull'isolamento interfase e costituire una minaccia significativa per l'operazione sicura e stabile dell'equipaggiamento. Questo articolo presenta un'analisi e una soluzione di un guasto da scarica parziale in una barra di distribuzione CIS, e introduce uno schema migliorato di fissaggio per i bulloni della barra di distribuzione CIS come riferimento.

Situazione del Guasto

Un CIS da 220 kV in una certa sottostazione è stato messo in servizio il 20 dicembre 2016. Nel marzo 2017, durante un controllo in vivo della sottostazione, il personale di manutenzione ha rilevato segnali VHF (Very High Frequency) evidenti sulla barra di distribuzione, determinando preliminarmente che c'era un guasto da scarica parziale nella barra di distribuzione.

Utilizzando un rilevatore di scariche parziali (modello PDT - 840MS) per il controllo in vivo, il personale di manutenzione ha rilevato segnali VHF evidenti sul sensore integrato della barra di distribuzione tra l'interruttore 204 sul lato 220 kV del trasformatore principale n. 4 e l'interruttore 225 della linea Xinguo 220 kV. I segnali mostravano due cluster distinti e simmetrici, con una quantità di scarica elevata. L'ampiezza massima raggiunta era di 67 dB, e si potevano sentire suoni di scarica interna anomali sul posto, indicando preliminarmente la presenza di una scarica parziale nell'equipaggiamento. La società ha organizzato una nuova misurazione da parte del centro di manutenzione, e sono stati rilevati contemporaneamente segnali VHF e ultrasuoni anomali.

La rilevazione ultrasuoni ha mostrato che il valore di picco in modalità continua era di circa 120 mV, con una certa correlazione di frequenza a 100 Hz, e il valore massimo in modalità di fase era di circa 70 mV. Dopo l'analisi, è stato determinato che la scarica galleggiante era causata dalla vibrazione dell'isolamento interfase all'interno della camera a gas della barra 2B tra la cella dell'interruttore 204 sul lato 220 kV del trasformatore principale n. 4 e la cella dell'interruttore 225 della linea Xinguo 220 kV.

Analisi delle Causi del Guasto
Statistiche del Carico e Ispezione della Cellula della Barra di Distribuzione Defettosa

Sono state analizzate statisticamente le carichi della linea Xinguo 220 kV e dell'interruttore 204 del trasformatore principale n. 4. Il carico della barra di distribuzione B sezione 220 kV non ha mostrato cambiamenti significativi e non ha superato il valore nominale.

Il personale di manutenzione, insieme ai tecnici del produttore, ha eseguito un'ispezione smontando la cellula della barra di distribuzione dove si è verificata la scarica parziale. Questa sezione della barra di distribuzione è lunga 7 m e contiene 6 supporti di isolamento interfase all'interno. Dopo lo smontaggio della barra di distribuzione, sono stati trovati tre bulloni allentati: la fase V del primo componente di isolamento interfase, la fase V del quinto componente di isolamento interfase e la fase W del sesto componente di isolamento interfase. Tra questi, il primo bullone era il più allentato, potendo essere rimosso direttamente, e c'era una grande quantità di polvere intorno ad esso.

Le filettature degli inserti metallici degli altri isolatori interfase non mostravano danni evidenti, e la superficie del materiale dell'isolatore non presentava crepe, graffi o depressioni anormali. Altre parti dei conduttori trifase degli altri isolatori interfase e altri punti di connessione non mostravano anomalie. Le forze di stringimento dei bulloni di connessione tra gli altri 15 isolatori interfase e i conduttori soddisfacevano i requisiti specificati.

Analisi e Verifica

• Qualità dei Componenti Modulare della Barra di Distribuzione e Installazione. Durante l'ispezione, la qualità dello scocca del canale della barra di distribuzione e del conduttore è conforme ai requisiti di qualità tecnica dei disegni del produttore. La rettilineità dei componenti stessi soddisfa i requisiti di tolleranza di forma dei disegni. Gli isolatori e i loro inserti metallici di gradazione vengono prodotti mediante colata e solidificazione in un calco. Durante il processo di assemblaggio in fabbrica, viene utilizzato un dispositivo speciale per posizionare le posizioni spaziali relative dei conduttori trifase. Tuttavia, le forze di stringimento dei bulloni di connessione tra i conduttori e gli isolatori non soddisfano pienamente i requisiti del produttore in alcuni casi.

• Quando la barra di distribuzione è in funzione, le correnti trifase sono simmetriche, e ogni conduttore di fase è soggetto alla stessa forza elettrodinamica alternata. Le tre fasi sono distribuite simmetricamente nello spazio. Il conduttore della barra di distribuzione è un conduttore cavo, che ha una maggiore resistenza alla flessione rispetto ai conduttori. Con un'installazione normale, i conduttori trifase non devieranno verso una posizione angolare fissa a causa della forza elettrodinamica durante l'operazione.

• Calcolo della Resistenza Meccanica. Il produttore calcola la forza di connessione dei fissaggi e determina che la lunghezza di connessione tra il filettatura esterna del bullone e la filettatura interna dell'inserire metallico deve essere maggiore del design attuale di 16 mm, e lo spessore del cuscinetto metallico deve essere aumentato almeno a 7 mm (attualmente 4 mm). Ciò può soddisfare i requisiti di resistenza meccanica in condizioni di connessione a singolo bullone e forza elettrodinamica di 10 kN durante un cortocircuito della barra di distribuzione.

• Test di Tipo. I risultati del test di stabilità termica (corrente sopportabile a breve termine) a 500 A/3 s, del test di stabilità dinamica (corrente di picco sopportabile) a 135 kA, specialmente il test di aumento di temperatura con una corrente di barra di 7 h/4000 A, mostrano che non ci sono allentamenti meccanici evidenti o connessioni anormali dopo i test. Ciò indica che il design esistente per il fissaggio dei conduttori della barra di distribuzione è affidabile nelle condizioni di test di tipo.

Determinazione della Causa

Attraverso l'ispezione sul campo e l'analisi teorica, la causa principale di questo guasto è stata determinata come segue: le forze di stringimento dei bulloni durante l'assemblaggio del produttore non soddisfano gli standard, e la lunghezza di connessione dei bulloni e lo spessore dei cuscinetti non possono soddisfare i requisiti operativi.

Soluzione

In base ai risultati delle ispezioni sul campo e delle analisi teoriche, è stato proposto uno schema di stringimento dei bulloni innovativo per garantire l'operazione affidabile della barra di distribuzione.

• Utilizzare viti a doppia estremità che si connettono in modo coniugato con le filettature interne degli inserti metallici degli isolatori anulari (sul lato della filettatura più corta della vite). Applicare l'adesivo Loctite 603 n. 2 sulla superficie delle filettature esterne della vite. Applicare tre strisce longitudinali di adesivo Loctite 603 a intervalli di circa 120° lungo la circonferenza della lunghezza del filetto di 24 mm, assicurando che tutta la superficie del filetto a 360° sia ricoperta di adesivo dopo l'avvitamento. Dopo l'inserimento completo del bullone, utilizzare carta pulitiva speciale per rimuovere l'eventuale adesivo in eccesso.

• Utilizzare dadi autobloccanti/antiallentamento in combinazione per prevenire efficacemente l'allentamento dei bulloni. Adottare un componente di cuscinetto integrato con uno spessore di 8 mm.

• Utilizzare una chiave dinamometrica per stringere i bulloni, prendendo un valore di 75 N·m, che si trova nella parte superiore dell'intervallo (70±7) N·m. Per garantire che la forza di stringimento di ciascun bullone sia conforme agli standard, implementare un sistema in cui una persona lavora e un'altra controlla.

Dopo il completamento dello stringimento, utilizzare un aspirapolvere, carta pulitiva speciale e alcol per pulire accuratamente le aree stringate e le aree cavo dei conduttori.

Trattamento sul Campo

Sono stati utilizzati bulloni a doppia estremità per aumentare la forza di stringimento dei bulloni, e dadi autobloccanti per prevenire l'allentamento dei bulloni a causa delle forze elettrodinamiche durante l'operazione normale. Il produttore ha eseguito il lavoro di modifica dei bulloni su questa barra di distribuzione GIS secondo lo schema menzionato, e i risultati dopo la modifica sono soddisfacenti.