Analys av partiella släppningar i GIS-stångar tillsammans

CIS (Gas Insulated Switchgear) hänvisar till en gasisolierad innesluten växelbrytarsats. En busbar är en gemensam väg till vilken flera enheter är anslutna parallellt. I ett CIS är det inre utrymmet i busbaren relativt litet, men den fungerar under hög spänning och ström. Lokal avsikt, om den uppstår, kan allvarligt påverka fasspärret och utgöra ett betydande hot mot säkert och stabilt drift av utrustningen. Detta artikel presenterar en analys och lösning för en lokal avsikt fel i en CIS busbar, och introducerar ett förbättrat fastighetsförslag för CIS busbar mutter för referens.

Felförhållande

En 220 kV CIS i en viss understation sattes i drift den 20 december 2016. I mars 2017, under en livlig upptäckt av understationen, upptäckte drift- och underhållspersonal uppenbara mycket-högfrekventa (VHF) signaler på busbaren, och preliminärt fastställde att det fanns ett lokalt avsiktsfel i busbaren.

När man använder en delvis avsiktsdetektor (modell PDT-840MS) för livlig upptäckt, upptäckte drift- och underhållspersonal uppenbara VHF-signalerna på den inbyggda sensorn på busbaren mellan brytaren 204 på 220 kV-sidan av huvudtransformator nummer 4 och brytaren 225 av 220 kV Xinguo Line. Signalerna visade två tydliga och symmetriska kluster, med en stor avsiktsmängd. Maximal amplitud nådde 67 dB, och ovanliga interna avsiktsljud kunde höras på plats, vilket preliminärt indikerade att det fanns lokal avsikt i utrustningen. Företaget ordnade för underhållscentrat att genomföra mätning igen, och ovanliga VHF- och ultraljudssignaler upptäcktes samtidigt.

Ultraljudsdetektionen visade att toppvärdet i kontinuerligt läge var ungefär 120 mV, med en viss frekvenskorrelation på 100 Hz, och maximalt värde i fasläget var omkring 70 mV. Efter analys fastställdes det att den flytande avsikten orsakades av vibration av interfasinsulationen inuti 2B busbar gasrummet mellan brytaren 204 på 220 kV-sidan av huvudtransformator nummer 4 och brytaren 225 av 220 kV Xinguo Line.

Analys av orsaker till felet
Belastningsstatistik och inspektion av defekta busbar-bay

Belastningar av 220 kV Xinguo Line och brytare 204 av huvudtransformator nummer 4 analyserades statistiskt. Belastningen av 220 kV B-sektion busbar visade ingen signifikant förändring och översteg inte den angivna värdet.

Underhållspersonal tillsammans med tillverkarens tekniker utförde en montering av busbar-bay där lokal avsikt inträffade. Denna sektion av busbaren är 7 m lång och har 6 interfasinsulationsstöd inuti. Efter demontering av busbaren upptäcktes tre lösa mutter: V-fasen av det första interfasinsulationskomponenten, V-fasen av den femte interfasinsulationskomponenten, och W-fasen av den sjätte interfasinsulationskomponenten. Av dessa var den första muttern den lösaste, som kunde tas bort direkt, och det fanns en stor mängd damm runt den.

Trådar av metallinfogningar i andra interfasisolatorer visade inga uppenbara skador, och ytan av isolatormaterial hade inga sprickor, snitt eller ovanliga nedtryck. Andra delar av de trefasiga ledarna av andra interfasisolatorer och andra anslutningspunkter visade inga avvikelser. Anslutningsmutterna mellan de andra 15 interfasisolatorerna och ledarna uppfyllde de angivna kraven.

Analys och verifiering

• Kvaliteten på busbar-modulkomponenter och installation. Vid inspektion uppfyllde kvaliteten på busbarduktskal och ledare tekniska kvalitetskrav i tillverkarens ritningar. Räta linjer hos komponenterna uppfyller formtoleranskraven i ritningarna. Isolatorerna och deras metallgraderingsinfogningar tillverkas genom gjutning och stelnande i en form. Under fabriksmonteringsprocessen används en speciell fixtur för att positionera de relativa rymdlägena för de trefasiga ledarna. Men anslutningsmomentet för mutterna mellan ledarna och isolatorerna uppfyller inte fullständigt tillverkarens krav i vissa fall.

• När busbaren är i livlig drift är de trefasiga strömmarna symmetriska, och varje fasledare utsätts för samma alternerande elektrodynamiska krafter. De tre faserna är symmetriskt fördelade i rummet. Busbar-ledaren är en tom ledare, vilket ger en högre böjmotstånd än ledare. Under normal installation kommer de trefasiga ledarna inte att avvika mot någon fast vinkelposition på grund av elektrodynamiska krafter under drift.

• Beräkning av mekanisk styrka. Tillverkaren beräknar anslutningsstyrkan för fastigheterna och fastställer att anslutningslängden mellan extern tråd på muttern och intern tråd på isolatorinfogningen behöver vara större än den aktuella designen på 16 mm, och tjockleken på metallskiva måste ökas till minst 7 mm (för närvarande 4 mm). Detta kan uppfylla mekaniska styrkekrav vid en enskild mutters anslutning och elektrodynamiska krafter på 10 kN under busbars kortslutning.

• Typprov. Resultaten av 500 A/3 s termisk stabilitet (kortvarig strömbärarkapacitet) prov, 135 kA dynamisk stabilitet (toppströmbärarkapacitet) prov, särskilt uppvärmningsprovet vid en busbar-ström på 7 h/4000 A, visar att det inte finns uppenbara mekaniska lossningar eller ovanliga anslutningar efter proven. Detta indikerar att den befintliga designen för fasthet av busbar-ledare är tillförlitlig under typprovsvillkor.

Orsaksbestämning

Genom platsinspektion och teoretisk analys fastställdes huvudorsaken till detta fel som följande: Anslutningsmomentet för mutterna under tillverkarens montering uppfyller inte standarderna, och anslutningslängden för mutterna och tjockleken på skivor kan inte uppfylla driftskraven.

Behandlingsförslag

Baserat på resultaten av platsinspektioner och teoretiska analyser har ett nytt mutterfastighetsförslag föreslagits för att säkerställa den tillförlitliga drift av busbaren.

• Använd dubbeländade skruvar som är anslutna i en matchande manner med de interna trådarna på metallinfogningarna i ringformade isolatorer (på sidan av den kortare tråden på skruven). Applikera Loctite 603 lim nr 2 på ytan av de externa trådarna på skruven. Applikera tre longitudinella streck av Loctite 603 lim med intervall på ungefär 120° längs cirkelns 24-mm trådlängd, och säkerställa att hela 360° ytan av tråden är belagd med lim efter skruvningen. Efter att muttern helt är infogad, använd specialrensningstidningar för att ta bort eventuell överflödig limmassa.

• Använd självlåsnings/antilösningsmuttern i kombination för att effektivt förhindra att muttern lossnar. Antag en integrerad skivkomponent med en tjocklek på 8 mm.

• Använd en momentnyckel för att fastna mutterna, med ett värde på 75 N·m, vilket ligger på det övre änden av intervallet (70±7) N·m. För att säkerställa att momentet för varje mutter är i standard, implementera ett system där en person arbetar och en annan kontrollerar.

Efter att fastningen är slutförd, använd en dammsugare, specialrensningstidningar och alkohol för att grundligt rengöra de fastnade områdena och ledarnas kavitetsområden.

Platsbehandling

Dubbeländade mutter används för att förstärka fastningskraften av mutter, och självlåsningsmuttern används för att förhindra att mutter lossnar på grund av elektrodynamiska krafter under normal drift. Tillverkaren genomförde muttermodifikationsarbete på denna GIS busbar enligt ovan nämnda förslag, och resultaten efter modifikationen är tillfredsställande.