Analyse van partiële ontlading van GIS-moederschappen samen

CIS (Gas Insulated Switchgear) verwijst naar een gasgeïsoleerde gesloten schakelinstallatie. Een busbar is een gemeenschappelijk pad waaraan meerdere apparaten parallel worden aangesloten. In een CIS is de interne ruimte van de busbar relatief klein, maar het werkt onder hoge spanning en stroom. Lokale ontlading, indien deze optreedt, kan de tussenfasenisolatie ernstig beïnvloeden en een significant gevaar vormen voor de veilige en stabiele werking van de apparatuur. Dit artikel presenteert een analyse en oplossing voor een lokale ontladingsfout in een CIS-busbar, en introduceert een verbeterd vastzettingschema voor CIS-busbarbouten ter referentie.

Fout Situatie

Een 220 kV CIS in een bepaald substation werd in bedrijf gesteld op 20 december 2016. In maart 2017, tijdens een live detectie in het substation, detecteerden de operatie- en onderhoudspersoneel duidelijke zeer hoogfrequente (VHF) signalen op de busbar, waaruit werd afgeleid dat er een lokale ontladingsfout in de busbar was.

Bij gebruik van een gedeeltelijke ontladingsdetector (model PDT-840MS) voor live detectie, detecteerde het operatie- en onderhoudspersoneel duidelijke VHF-signalen op de ingebouwde sensor van de busbar tussen de 204 schakelaar aan de 220 kV-kant van de No. 4 hoofdtransformator en de 225 schakelaar van de 220 kV Xinguo-lijn. De signalen toonden twee duidelijke en symmetrische clusters, met een grote ontladingshoeveelheid. De maximale amplitude bereikte 67 dB, en ongewone interne ontladingsgeluiden konden ter plaatse worden gehoord, wat aangaf dat er lokale ontlading in de apparatuur was. Het bedrijf regelde dat het onderhoudscentrum opnieuw zou meten, en tegelijkertijd werden abnormale VHF- en ultrasoonsignalen gedetecteerd.

De ultrasoon detectie liet zien dat de piekwaarde in de continue modus ongeveer 120 mV was, met een zekere frequentiekoppeling van 100 Hz, en de maximale waarde in de fase-modus was ongeveer 70 mV. Na analyse werd bepaald dat de zwevende ontlading werd veroorzaakt door de trilling van de tussenfasenisolatie binnen de 2B busbar-gascel tussen de 204 schakelaarbaai aan de 220 kV-kant van de No. 4 hoofdtransformator en de 225 schakelaarbaai van de 220 kV Xinguo-lijn.

Analyse van de Foutoorzaken
Belastingsstatistieken en inspectie van de defecte busbarbaai

De belastingen van de 220 kV Xinguo-lijn en de 204 schakelaar van de No. 4 hoofdtransformator werden statistisch geanalyseerd. De belasting van de 220 kV B-sectie busbar toonde geen significante verandering en overschreed de nominale waarde niet.

Onderhoudspersoneel, samen met technici van de fabrikant, voerde een demontage-inspectie uit van de busbarbaai waar de lokale ontlading optreedt. Deze sectie van de busbar is 7 m lang en heeft 6 tussenfasenisolatiedragers binnenin. Na demontage van de busbar werden drie losse bouten gevonden: de V-fase van de eerste tussenfasenisolatiedrager, de V-fase van de vijfde tussenfasenisolatiedrager, en de W-fase van de zesde tussenfasenisolatiedrager. Onder hen was de eerste bout het losst, die direct kon worden verwijderd, en er was een grote hoeveelheid stof omheen.

De draad van de metalen inserts op andere tussenfasenisolatoren toonde geen duidelijke beschadigingen, en het oppervlak van het isolatiemateriaal had geen scheuren, krassen of abnormale deukjes. Andere delen van de driefase geleiders van andere tussenfasenisolatoren en andere aansluitpunten toonden geen afwijkingen. De aandraaidruk van de aansluitbouten tussen de andere 15 tussenfasenisolatoren en de geleiders voldeden aan de gespecificeerde eisen.

Analyse en Verificatie

• Kwaliteit van Busbar Module Componenten en Installatie. Bij inspectie voldoet de kwaliteit van de busbar buisomhulling en geleider aan de technische kwaliteitseisen van de fabrieksontwerpen. De rechte stand van de componenten zelf voldoet aan de vormtolerantie-eisen van de tekeningen. De isolatoren en hun metalen gradatie-insets worden gegoten en gestold in een mal. Tijdens het fabrieksassemblageproces wordt een speciale fixture gebruikt om de relatieve ruimtelijke posities van de driefase geleiders te positioneren. Echter, de aandraaidruk van de aansluitbouten tussen de geleiders en de isolatoren voldoet in sommige gevallen niet volledig aan de eisen van de fabrikant.

• Wanneer de busbar in bedrijf is, zijn de driefase stromen symmetrisch, en elke fase geleider wordt blootgesteld aan dezelfde wisselende elektrodynamische kracht. De drie fasen zijn symmetrisch verdeeld in de ruimte. De busbar geleider is een holle geleider, die een hogere buigsterkte heeft dan geleiders. Bij normale installatie zullen de driefase geleiders niet naar een vaste hoekpositie afwijken door de elektrodynamische kracht tijdens de bedrijfsvoering.

• Mechanische Sterkte Berekening. De fabrikant berekent de aansluitsterkte van de bevestigingsmaterialen en bepaalt dat de aansluitlengte tussen de externe draad van de bout en de interne draad van de isolatorinsert groter moet zijn dan de huidige ontwerp van 16 mm, en de dikte van de metalen shim moet worden verhoogd tot ten minste 7 mm (momenteel 4 mm). Dit kan de mechanische sterkte-eisen voldoen onder de omstandigheden van een enkele-boutaansluiting en een elektrodynamische kracht van 10 kN tijdens busbar kortsluiting.

• Type Tests. Resultaten van de 500 A/3 s thermische stabiliteit (kortstondige doorlaatstroom) test, 135 kA dynamische stabiliteit (piek doorlaatstroom) test, vooral de temperatuurstijgingstest onder een busbar stroom van 7 uur/4000 A, laten zien dat er na de tests geen duidelijke mechanische losmaking of abnormale aansluitingen zijn. Dit geeft aan dat het bestaande ontwerp voor het vastzetten van de busbar geleiders betrouwbaar is onder type-testomstandigheden.

Oorzakenbepaling

Op basis van ter plaatse inspecties en theoretische analyses is de belangrijkste oorzaak van deze fout bepaald als volgt: De aandraaidruk van de bouten tijdens de assemblage door de fabrikant voldoet niet aan de normen, en de aansluitlengte van de bouten en de dikte van de shims kunnen de operationele eisen niet voldoen.

Behandelingsschema

Op basis van de resultaten van ter plaatse inspecties en theoretische analyses, is een nieuw boutvastzettingschema voorgesteld om de betrouwbare werking van de busbar te garanderen.

• Gebruik dubbeleinde bouten die op een passende manier worden aangesloten op de interne draden van de metalen inserts van de ringvormige isolatoren (aan de kant van de kortere draad van de bout). Breng Loctite 603 lijm No. 2 aan op het oppervlak van de externe draden van de bout. Breng drie longitudinale stroken Loctite 603 lijm aan op ongeveer 120° interval langs de omtrek van de 24-mm draadlengte, zodat het hele 360° oppervlak van de draad met lijm is bedekt nadat de bout is ingedraaid. Na volledige invoeging van de bout, gebruik speciaal reinigingspapier om eventuele overtollige lijm te verwijderen.

• Gebruik zelfvergrendelende/anti-losmakende moeren in combinatie om effectief te voorkomen dat de bouten losmaken. Gebruik een geïntegreerde shimcomponent met een dikte van 8 mm.

• Gebruik een momentwrench om de bouten vast te zetten, met een waarde van 75 N·m, wat bovenaan het (70±7) N·m bereik ligt. Om ervoor te zorgen dat de momentkracht van elke bout voldoet, implementeer een systeem waarbij één persoon werkt en een ander controleert.

Na het vastzetten, gebruik een stofzuiger, speciaal reinigingspapier en alcohol om de vastgezette gebieden en de holle gebieden van de geleiders grondig schoon te maken.

Ter Plaatse Behandeling

Dubbeleinde bouten worden gebruikt om de vastzetkracht van de bouten te versterken, en zelfvergrendelende moeren worden gebruikt om te voorkomen dat de bouten losmaken door elektrodynamische krachten tijdens normale bedrijfsvoering. De fabrikant voerde boutmodificatiewerkzaamheden uit op deze GIS-busbar volgens het hierboven genoemde schema, en de resultaten na de modificatie waren bevredigend.