Анализ частичных разрядов шин GIS вместе

CIS (газонаполненная коммутационная аппаратура) представляет собой герметичную сборку коммутационной аппаратуры, изолированную газом. Шина — это общий путь, к которому подключено несколько устройств параллельно. В CIS внутреннее пространство шины относительно мало, однако она работает под высоким напряжением и током. Местный разряд, если он происходит, может серьезно повлиять на межфазную изоляцию и представлять значительную угрозу для безопасной и стабильной работы оборудования. В данной статье представлен анализ и решение местного разрядного дефекта в шине CIS, а также введена улучшенная схема затяжки болтов шины CIS для справки.

Ситуация с неисправностью

CIS на 220 кВ в определенной подстанции была введена в эксплуатацию 20 декабря 2016 года. В марте 2017 года во время живого обследования подстанции оперативные и технические службы обнаружили явные сигналы сверхвысокой частоты (СВЧ) на шине, предварительно определив, что в шине произошел местный разряд.

При использовании детектора частичных разрядов (модель PDT-840MS) для живого обследования, оперативные и технические службы обнаружили явные СВЧ-сигналы на встроенном датчике шины между выключателем 204 на стороне 220 кВ четвертого основного трансформатора и выключателем 225 линии 220 кВ Xinguo. Сигналы показали два отчетливых и симметричных кластера с большим количеством разряда. Максимальная амплитуда достигла 67 дБ, и на месте можно было услышать аномальные звуки внутреннего разряда, что предварительно указывало на наличие местного разряда в оборудовании. Компания организовала повторное измерение центром обслуживания, и были одновременно обнаружены аномальные СВЧ- и ультразвуковые сигналы.

Ультразвуковое обследование показало, что пиковая величина в непрерывном режиме составляла около 120 мВ, с определенной корреляцией частоты 100 Гц, а максимальное значение в фазовом режиме составляло около 70 мВ. После анализа было установлено, что плавающий разряд был вызван вибрацией межфазной изоляции внутри газовой камеры шины 2B между секцией выключателя 204 на стороне 220 кВ четвертого основного трансформатора и секцией выключателя 225 линии 220 кВ Xinguo.

Анализ причин неисправности
Статистика нагрузок и осмотр секции неисправной шины

Проанализировали нагрузки линии 220 кВ Xinguo и выключателя 204 четвертого основного трансформатора. Нагрузка на шину B-секции 220 кВ не показала значительных изменений и не превышала номинальное значение.

Служба технического обслуживания совместно с техниками производителя провела разборку и осмотр секции шины, где произошел местный разряд. Этот участок шины имеет длину 7 метров и содержит 6 межфазных изоляционных опор. После разборки шины были обнаружены три ослабленных болта: V-фаза первой межфазной изоляционной компоненты, V-фаза пятой межфазной изоляционной компоненты и W-фаза шестой межфазной изоляционной компоненты. Из них первый болт был наиболее ослабленным, его можно было удалить напрямую, и вокруг него было большое количество пыли.

Нити металлических вставок других межфазных изоляторов не имели явных повреждений, поверхность материала изолятора не имела трещин, царапин или аномальных углублений. Другие части трехфазных проводников других межфазных изоляторов и другие точки соединения не имели аномалий. Затягивающие моменты болтов соединения между другими 15 межфазными изоляторами и проводниками соответствовали установленным требованиям.

Анализ и проверка

• Качество компонентов модуля шины и установки. При осмотре качество оболочки шины и проводника соответствует техническим требованиям чертежей производителя. Прямолинейность самих компонентов соответствует допускам формы по чертежам. Изоляторы и их металлические вставки изготавливаются методом литья и затвердевания в форме. В процессе заводской сборки используется специальное приспособление для позиционирования относительных пространственных положений трехфазных проводников. Однако затягивающие моменты болтов соединения между проводниками и изоляторами в некоторых случаях не полностью соответствуют требованиям производителя.

• При работе шины под напряжением трехфазные токи симметричны, и каждый фазный проводник подвергается одинаковым переменным электродинамическим силам. Три фазы симметрично распределены в пространстве. Проводник шины является полым проводником, который имеет большую гибкую прочность, чем проводники. При нормальной установке трехфазные проводники не будут отклоняться к какому-либо фиксированному угловому положению из-за электродинамических сил при работе.

• Расчет механической прочности. Производитель рассчитывает прочность соединения крепежных элементов и определяет, что длина соединения между внешней резьбой болта и внутренней резьбой вставки изолятора должна быть больше текущего дизайна 16 мм, а толщина металлической шайбы должна быть увеличена до как минимум 7 мм (сейчас 4 мм). Это позволит удовлетворить требованиям механической прочности при условии одно-болтового соединения и электродинамической силе 10 кН при коротком замыкании шины.

• Типовые испытания. Результаты испытаний на тепловую стабильность (кратковременное выдерживание тока) 500 А/3 с, динамическую стабильность (пиковое выдерживание тока) 135 кА, особенно испытание на нагрев при токе шины 7 ч/4000 А, показывают, что после испытаний нет явных механических ослаблений или аномальных соединений. Это указывает на то, что существующий дизайн для затяжки проводников шины надежен при условиях типовых испытаний.

Определение причины

На основе осмотра на месте и теоретического анализа основная причина этой неисправности определена следующим образом: затягивающие моменты болтов при сборке производителем не соответствуют стандартам, и длина соединения болтов и толщина шайб не соответствуют эксплуатационным требованиям.

Схема лечения

На основе результатов осмотра на месте и теоретических анализов предложена новая схема затяжки болтов, чтобы обеспечить надежную работу шины.

• Использовать двусторонние болты, которые соединяются в зацепление с внутренней резьбой металлических вставок кольцевых изоляторов (со стороны короткой резьбы болта). Нанести клей Loctite 603 No. 2 на поверхность внешней резьбы болта. Нанести три продольные полосы клея Loctite 603 через примерно 120° по окружности резьбы длиной 24 мм, обеспечивая, чтобы вся поверхность резьбы 360° была покрыта клеем после завинчивания. После полного ввинчивания болта использовать специальную очистительную бумагу для удаления излишков клея.

• Использовать самоблокирующиеся/антивибрационные гайки в сочетании, чтобы эффективно предотвратить ослабление болтов. Использовать интегрированный компонент шайбы толщиной 8 мм.

• Использовать динамометрический ключ для затяжки болтов, принимая значение 75 Н·м, которое находится на верхнем конце диапазона (70±7) Н·м. Чтобы обеспечить, что момент каждого болта соответствует стандарту, внедрить систему, где один человек работает, а другой проверяет.

После завершения затяжки использовать пылесос, специальную очистительную бумагу и спирт для тщательной очистки затянутых областей и полостей проводников.

Обработка на месте

Двусторонние болты используются для усиления затяжки болтов, а самоблокирующиеся гайки используются для предотвращения ослабления болтов из-за электродинамических сил при нормальной эксплуатации. Производитель выполнил модификацию болтов на этой шине CIS в соответствии с вышеупомянутой схемой, и результаты после модификации оказались удовлетворительными.