Analisis ng partial discharge ng GIS busbars nang sabay-sabay

Ang CIS (Gas Insulated Switchgear) ay tumutukoy sa isang gas-insulated na saradong switchgear assembly. Ang busbar ay isang karaniwang daanan kung saan konektado ang maraming aparato sa parallel. Sa isang CIS, ang panloob na espasyo ng busbar ay relatibong maliit, ngunit ito ay gumagana sa mataas na voltaje at kuryente. Ang lokal na pag-discharge, kapag nangyari, ay maaaring malubhang makaapekto sa inter-phase insulation at magdulot ng malaking banta sa ligtas at matatag na operasyon ng mga aparato. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng analisis at solusyon para sa lokal na pag-discharge fault sa busbar ng CIS, at ipinakilala ang isang pinabuting paraan ng pagsiksik ng bolt ng busbar ng CIS para sa sanggunian.

Situwasyon ng Fault

Isang 220 kV CIS sa isang tiyak na substation ay inilunsad noong Disyembre 20, 2016. Noong Marso 2017, habang nangyayari ang live detection ng substation, ang mga tauhan ng operasyon at pag-maintain ay nakadetekta ng malinaw na very-high-frequency (VHF) signals sa busbar, na unang-una pa lamang na may lokal na pag-discharge fault sa busbar.

Kapag ginamit ang partial discharge detector (model PDT-840MS) para sa live detection, ang mga tauhan ng operasyon at pag-maintain ay nakadetekta ng malinaw na VHF signals sa built-in sensor ng busbar sa pagitan ng 204 circuit breaker sa 220 kV side ng ika-4 pangunahing transformer at ang 225 circuit breaker ng 220 kV Xinguo Line. Ang mga signal ay nagpakita ng dalawang malinaw at simetriko na grupo, na may malaking halaga ng pag-discharge. Ang pinakamataas na amplitude ay umabot sa 67 dB, at maaaring marinig ang abnormal na tunog ng internal discharge sa lugar, na unang-una pa lamang na may lokal na pag-discharge sa aparato. Inaral ng kompanya ang maintenance center upang gawin ang re-measurement, at detekta ang abnormal na VHF at ultrasonic signals nang parehong oras.

Ang ultrasonic detection ay nagpakita na ang peak value sa continuous mode ay humigit-kumulang 120 mV, may tiyak na 100 Hz frequency correlation, at ang pinakamataas na value sa phase mode ay humigit-kumulang 70 mV. Matapos ang pag-analisa, itinukoy na ang floating discharge ay dahil sa pag-galaw ng inter-phase insulation sa loob ng 2B busbar gas chamber sa pagitan ng 204 circuit breaker bay sa 220 kV side ng ika-4 pangunahing transformer at ang 225 circuit breaker bay ng 220 kV Xinguo Line.

Analisis ng mga Dahilan ng Fault
Estadistika ng Load at Pagsisiyasat ng Bay na May Fault

Naisip ang load ng 220 kV Xinguo Line at ang 204 circuit breaker ng ika-4 pangunahing transformer. Ang load ng 220 kV B-section busbar ay walang malinaw na pagbabago at hindi lumampas sa rated value.

Ang mga tauhan ng maintenance, kasama ang mga tekniko ng manufacturer, ay naglunsad ng disassembly inspection sa bay ng busbar kung saan nangyari ang lokal na pag-discharge. Ang seksyon ng busbar na ito ay 7 m ang haba at may 6 inter-phase insulation supports sa loob. Matapos ang pag-disassemble ng busbar, natuklasan ang tatlong maluwag na bolt: ang V-phase ng unang inter-phase insulation component, ang V-phase ng ikalimang inter-phase insulation component, at ang W-phase ng ikaanim na inter-phase insulation component. Sa kanila, ang unang bolt ang pinaka-maluwag, na maaaring direkta na alisin, at may malaking dami ng abo sa paligid nito.

Ang thread ng ibang inter-phase insulators ay walang malinaw na pinsala, at ang ibabaw ng materyales ng insulator ay walang cracks, scratch, o abnormal na depression. Ang ibang bahagi ng three-phase conductors ng ibang inter-phase insulators at iba pang connection points ay walang anormalidad. Ang tightening torques ng mga connection bolts sa pagitan ng ibang 15 inter-phase insulators at ang mga conductor ay sumasapat sa nirekomendang requirement.

Analisis at Pag-verify

• Kalidad ng Mga Komponente ng Busbar Module at Pag-install. Matapos ang pagsisiyasat, ang kalidad ng busbar duct shell at conductor ay sumasapat sa teknikal na quality requirements ng technical drawings ng manufacturer. Ang straightness ng mga komponente mismo ay sumasapat sa shape tolerance requirements ng mga drawing. Ang mga insulators at kanilang metal grading inserts ay ginawa sa pamamagitan ng casting at solidifying sa mold. Sa proseso ng factory assembly, ginagamit ang special fixture upang i-position ang relative spatial positions ng three-phase conductors. Gayunpaman, ang tightening torques ng mga connection bolts sa pagitan ng mga conductor at insulators ay hindi ganap na sumasapat sa requirements ng manufacturer sa ilang kaso.

• Kapag ang busbar ay nasa live operation, ang three-phase currents ay symmetrical, at bawat phase conductor ay nararanasan ang parehong alternating electrodynamic force. Ang tatlong phase ay symmetrically distributed sa espasyo. Ang busbar conductor ay isang hollow conductor, na may mas mataas na bending strength kaysa sa conductors. Sa normal na installation, ang three-phase conductors ay hindi babaguhin patungo sa anumang fixed angular position dahil sa electrodynamic force sa panahon ng operasyon.

• Mechanical Strength Calculation. Inaasahan ng manufacturer ang connection strength ng mga fasteners at itinukoy na ang connection length sa pagitan ng external thread ng bolt at internal thread ng insulator insert kailangan mas mahaba kaysa sa kasalukuyang disenyo na 16 mm, at ang thickness ng metal shim kailangan mapalawak hanggang sa least 7 mm (kasalukuyang 4 mm). Ito ay makakasapat sa mechanical strength requirements sa kondisyon ng single-bolt connection at 10 kN electrodynamic force sa panahon ng busbar short-circuit.

• Type Tests. Ang resulta ng 500 A/3 s thermal stability (short-time withstand current) test, 135 kA dynamic stability (peak withstand current) test, lalo na ang temperature-rise test sa ilalim ng busbar current ng 7 h/4000 A, ay nagpapakita na walang malinaw na mechanical loosening o abnormal connections matapos ang mga test. Ito ay nagpapahiwatig na ang existing design para sa pagsiksik ng busbar conductors ay reliable sa ilalim ng type-test conditions.

Pagtukoy ng Dahilan

Sa pamamagitan ng on-site inspection at theoretical analysis, ang pangunahing dahilan ng fault na ito ay itinukoy bilang: Ang tightening torques ng mga bolt sa panahon ng assembly ng manufacturer ay hindi sumasapat sa standards, at ang connection length ng mga bolt at ang thickness ng shims ay hindi sumasapat sa operational requirements.

Pagtrato ng Solusyon

Batay sa resulta ng on-site inspections at theoretical analyses, isinusulong ang bagong paraan ng pagsiksik ng bolt upang siguruhin ang reliable na operasyon ng busbar.

• Gamitin ang double-ended screws na konektado sa mating manner sa internal threads ng metal inserts ng annular insulators (sa side ng mas maikling thread ng screw). Ilagay ang Loctite 603 adhesive No. 2 sa ibabaw ng external threads ng screw. Ilagay ang tatlong longitudinal strips ng Loctite 603 adhesive sa interval na humigit-kumulang 120° sa circumference ng 24-mm thread length, at siguraduhing ang buong 360° surface ng thread ay may adhesive pagkatapos ng pagsiksik. Matapos ang full insertion ng bolt, gamitin ang special cleaning paper upang alisin ang anumang excess adhesive.

• Gamitin ang self-locking/anti-loosening nuts sa kombinasyon upang makuha ang epektibong pag-prevent ng pag-luwag ng mga bolt. Adopt an integrated shim component na may thickness ng 8 mm.

• Gamitin ang torque wrench upang siksikin ang mga bolt, kumuha ng value na 75 N·m, na nasa upper end ng (70±7) N·m range. Upang siguruhin na ang torque ng bawat bolt ay sumasapat sa standard, ipatupad ang sistema kung saan isang tao ang gumagawa at isa ang nag-che-check.

Matapos ang pag-siksik, gamitin ang vacuum cleaner, special cleaning paper, at alcohol upang lubusang linisin ang mga nasiksik na lugar at ang cavity areas ng mga conductor.

On-Site Treatment

Ginamit ang double-ended bolts upang palakasin ang pwersa ng pagsiksik ng mga bolt, at ginamit ang self-locking nuts upang maiwasan ang pag-luwag ng mga bolt dahil sa electrodynamic forces sa normal na operasyon. Ginawa ng manufacturer ang bolt modification work sa GIS busbar na ito batay sa nabanggit na paraan, at ang resulta pagkatapos ng pag-modify ay kasiya-siya.