Analiza częściowych wyładowań w szynach GIS

CIS (Gazowa Zestawia Przełączników) to gazowo izolowana zamknięta zestawia przełączników. Magistrala elektryczna jest wspólną ścieżką, do której podłączone są wielokrotnie urządzenia równolegle. W CIS wewnętrzna przestrzeń magistrali elektrycznej jest stosunkowo mała, mimo to działa ona pod wysokim napięciem i prądzie. Lokalny rozładowanie, jeśli wystąpi, może poważnie wpłynąć na izolację międzyfazową i stanowić znaczące zagrożenie dla bezpiecznej i stabilnej pracy urządzenia. Ten artykuł przedstawia analizę i rozwiązanie lokalnego uszkodzenia rozładowania w magistrali elektrycznej CIS oraz wprowadza ulepszony schemat zaciskania śrub magistrali elektrycznej CIS jako referencję.

Stan Awaryjny

CIS o napięciu 220 kV w pewnej stacji elektrowni został wprowadzony do eksploatacji 20 grudnia 2016 roku. W marcu 2017 roku, podczas żywej detekcji w stacji, personel operacyjny i utrzymaniowy wykrył wyraźne sygnały bardzo wysokiej częstotliwości (VHF) na magistrali elektrycznej, początkowo określając, że wystąpiło lokalne uszkodzenie rozładowania w magistrali elektrycznej.

Podczas wykorzystania detektora częściowego rozładowania (model PDT - 840MS) do żywej detekcji, personel operacyjny i utrzymaniowy wykrył wyraźne sygnały VHF na wbudowanym czujniku magistrali elektrycznej pomiędzy przełącznikiem obwodu 204 na stronie 220 kV czwartego głównego transformatora a przełącznikiem obwodu 225 linii Xinguo 220 kV. Sygnały pokazały dwa wyraźne i symetryczne klastry, z dużą ilością rozładowania. Maksymalna amplituda osiągnęła 67 dB, a na miejscu można było słyszeć nieprawidłowe dźwięki wewnętrznego rozładowania, co początkowo wskazywało na obecność lokalnego rozładowania w urządzeniu. Firma zorganizowała ponowne pomiary przez centrum konserwacji, a jednocześnie wykryto nieprawidłowe sygnały VHF i ultradźwiękowe.

Pomiar ultradźwiękowy pokazał, że wartość szczytowa w trybie ciągłym wynosiła około 120 mV, z pewną korelacją częstotliwości 100 Hz, a maksymalna wartość w trybie fazowym wyniosła około 70 mV. Po analizie ustalono, że dryfowe rozładowanie zostało spowodowane drganiem izolacji międzyfazowej wewnątrz komory gazu magistrali elektrycznej 2B pomiędzy zbiornikiem przełącznika 204 na stronie 220 kV czwartego głównego transformatora a zbiornikiem przełącznika 225 linii Xinguo 220 kV.

Analiza Przyczyn Uszkodzenia
Statystyka Obciążeń i Inspekcja Zbiornika Elektrycznego z Uszkodzeniem

Przeprowadzono statystyczną analizę obciążeń linii Xinguo 220 kV i przełącznika 204 czwartego głównego transformatora. Obciążenie sekcji B magistrali 220 kV nie zmieniło się znacząco i nie przekroczyło wartości nominalnej.

Personel konserwacyjny, wraz z technikami producenta, przeprowadził demontaż i inspekcję zbiornika elektrycznego, w którym wystąpiło lokalne rozładowanie. Ta sekcja magistrali elektrycznej ma długość 7 m i zawiera 6 wsporników izolacji międzyfazowej. Po demontażu magistrali elektrycznej wykryto trzy luźne śruby: faza V pierwszego elementu izolacji międzyfazowej, faza V piątego elementu izolacji międzyfazowej i faza W szóstego elementu izolacji międzyfazowej. Pierwsza śruba była najluźniejsza, mogła być bezpośrednio usunięta, a wokół niej znajdowała się duża ilość kurzu.

Wątki metalowych wkładów innych izolatorów międzyfazowych nie wykazały widocznych uszkodzeń, a powierzchnia materiału izolatora nie miała pęknięć, zadrapań ani nieprawidłowych wklęśnięć. Inne części trójfazowych przewodników innych izolatorów międzyfazowych oraz inne punkty połączeń nie wykazały anomalii. Momenty zaciskające śrub połączeń między innymi 15 izolatorami międzyfazowymi a przewodnikami spełniały wymagane specyfikacje.

Analiza i Weryfikacja

• Jakość Komponentów Modułów Magistrali Elektrycznej i Montaż. Po inspekcji, jakość obudowy przewodnika magistrali elektrycznej i przewodnika spełnia wymagania jakości technicznej rysunków producenta. Prostość samych komponentów spełnia wymagania tolerancji kształtu rysunków. Izolatory i ich metalowe wkłady graduacyjne są produkowane przez odlew i stygnięcie w formie. Podczas procesu montażu fabrycznego, do pozycjonowania względnych położeń przestrzennych trójfazowych przewodników używa się specjalnego narzędzia. Jednak momenty zaciskające śrub połączeń między przewodnikami a izolatorami nie spełniają w pełni wymagań producenta w niektórych przypadkach.

• Gdy magistrala elektryczna jest w eksploatacji, trójfazowe prądy są symetryczne, a każdy przewodnik fazowy jest narażony na tę samą siłę elektrodynamikczną naprzemienną. Trzy fazy są symetrycznie rozmieszczone w przestrzeni. Przewodnik magistrali elektrycznej jest pustym przewodnikiem, który ma wyższą wytrzymałość na gięcie niż przewodniki. W normalnym montażu, trójfazowe przewodniki nie będą się odchylać ku żadnej stałej pozycji kątowej pod wpływem siły elektrodynamikowej podczas eksploatacji.

• Obliczenia Wytrzymałości Mechanicznej. Producent oblicza siłę połączenia elementów mocujących i określa, że długość połączenia między zewnętrznym wątkiem śruby a wewnętrznym wątkiem wkładu izolatora musi być większa niż obecna konstrukcja 16 mm, a grubość metalowej podkładki musi zostać zwiększona do co najmniej 7 mm (obecnie 4 mm). To spełnia wymagania wytrzymałości mechanicznej w warunkach pojedynczego połączenia śrubą i siły elektrodynamikowej 10 kN podczas krótkiego zwarcia magistrali elektrycznej.

• Testy Typowe. Wyniki testu termicznej stabilności (krótkotrwałej wytrzymałości na prąd) 500 A/3 s, testu dynamicznej stabilności (wytrzymałości na szczytowy prąd) 135 kA, szczególnie testu podgrzewania przy prądzie magistrali 7 h/4000 A, pokazują, że po testach nie ma widocznych mechanicznych poluzowań ani nieprawidłowych połączeń. To wskazuje, że istniejący projekt mocowania przewodników magistrali elektrycznej jest niezawodny w warunkach testów typowych.

Ustalenie Przyczyny

Poprzez inspekcję na miejscu i analizę teoretyczną, główną przyczynę tego uszkodzenia określono następująco: momenty zaciskające śrub podczas montażu producenta nie spełniają standardów, a długość połączeń śrub i grubość podkładek nie spełniają wymogów eksploatacyjnych.

Schemat Leczenia

Na podstawie wyników inspekcji na miejscu i analiz teoretycznych zaproponowano nowy schemat zaciskania śrub, aby zapewnić niezawodną pracę magistrali elektrycznej.

• Zastosować śruby dwukonne, które są połączone w sposób dopasowany do wewnętrznych wątków metalowych wkładów izolatorów pierścieniowych (po stronie krótszego wątku śruby). Na powierzchni zewnętrznych wątków śruby nałożyć klej Loctite 603 numer 2. Nałożyć trzy paski kleju Loctite 603 w odstępach około 120° wzdłuż okręgu długości wątku 24 mm, zapewniając, że cała powierzchnia 360° wątku jest pokryta klejem po nawinięciu. Po pełnym wciśnięciu śruby, użyć specjalnego papieru czyszczącego, aby usunąć nadmiar kleju.

• Używać orzechów samozakłócających/zabezpieczających przed poluzowaniem w połączeniu, aby skutecznie zapobiec poluzowaniu śrub. Zastosować integralny komponent podkładki o grubości 8 mm.

• Użyć klucza momentowego do zaciskania śrub, przyjmując wartość 75 N·m, która jest na górnym końcu zakresu (70±7) N·m. Aby upewnić się, że moment każdej śruby jest zgodny ze standardem, zaimplementować system, w którym jedna osoba pracuje, a druga sprawdza.

Po zakończeniu zaciskania, użyć odkurzacza, specjalnego papieru czyszczącego i alkoholu, aby dokładnie oczyścić zaciskane obszary oraz obszary kanałów przewodników.

Leczenie na Miejscu

Użyto śrub dwukonnych, aby wzmacniać siłę zaciskania śrub, oraz orzechów samozakłócających, aby zapobiegać poluzowaniu śrub pod wpływem sił elektrodynamikowych podczas normalnej eksploatacji. Producent przeprowadził modyfikację śrub tej magistrali elektrycznej GIS zgodnie z powyższym schematem, a wyniki po modyfikacji były zadowalające.