Аналіз часткових розрядів шин GIS разом

CIS (газоізольоване комутаційне обладнання) — це газоізольована замкнена комутаційна установка. Шина — це загальний шлях, до якого підключені паралельно кілька пристроїв. У CIS внутрішній простір шини відносно невеликий, але він працює при високому напрузі та струмі. Якщо відбувається локальний розряд, це може серйозно вплинути на міжфазну ізоляцію та становити значну загрозу для безпечного та стабільного функціонування обладнання. Ця стаття представляє аналіз та розв'язання вади локального розряду у шині CIS, а також вводить покращену схему затягування болтів шини CIS для ознайомлення.

Ситуація з вадою

220 кВ CIS на одній з підстанцій було запущено в експлуатацію 20 грудня 2016 року. У березні 2017 року під час живого вимірювання на підстанційному комплексі, оператори виявили очевидні сигналі дуже високої частоти (VHF) на шині, що дозволило передбачити наявність вади локального розряду на шині.

При використанні детектора локальних розрядів (модель PDT-840MS) для живого вимірювання, оператори виявили очевидні сигнали VHF на вбудованому датчику шини між вимикачем 204 на стороні 220 кВ четвертого головного трансформатора та вимикачем 225 лінії 220 кВ Xinguo. Сигнали показали два відмінні та симетричні кластери, з великою кількістю розряду. Максимальна амплітуда досягла 67 дБ, а на місці могли бути почути аномальні звуки внутрішнього розряду, що вказувало на наявність локального розряду в обладнанні. Компанія організувала повторне вимірювання через ремонтний центр, і були одночасно виявлені аномальні сигнали VHF та ультразвукові сигнали.

Ультразвукове вимірювання показало, що пікове значення в неперервному режимі становило приблизно 120 мВ, з певною кореляцією частоти 100 Гц, а максимальне значення в фазовому режимі становило приблизно 70 мВ. Після аналізу було визначено, що плавучий розряд спричинений вібрацією міжфазної ізоляції всередині газової камери шини 2B між вимикачем 204 на стороні 220 кВ четвертого головного трансформатора та вимикачем 225 лінії 220 кВ Xinguo.

Аналіз причин вади
Статистика завантаження та перевірка шини з вадою

Була проведена статистична аналітика завантаження лінії 220 кВ Xinguo та вимикача 204 четвертого головного трансформатора. Завантаження шини 220 кВ B-секції не показало значних змін і не перевищило номінального значення.

Ремонтні служби разом з техніками виробника провели розборку та перевірку шини, де відбувся локальний розряд. Цей відрізок шини має довжину 7 м і 6 міжфазних ізоляційних опор всередині. Після розборки шини було знайдено три розболтаних болта: V-фаза першої міжфазної ізоляційної компоненти, V-фаза п'ятої міжфазної ізоляційної компоненти та W-фаза шостої міжфазної ізоляційної компоненти. Перший болт був найменш затягнутий, його можна було прямо вивинути, а навколо нього було велика кількість пилу.

Ніти металевих вставок інших міжфазних ізоляторів не показали явних пошкоджень, поверхня матеріалу ізолятора не мала тріщин, подряпин чи аномальних углублень. Інші частини трифазних провідників інших міжфазних ізоляторів та інших точок з'єднання не мали аномалій. Затягуючі моменти болтів з'єднання між іншими 15 міжфазними ізоляторами та провідниками відповідали встановленим вимогам.

Аналіз та перевірка

• Якість компонентів модулів шини та монтаж. При перевірці якість корпусу каналу шини та провідника відповідає технічним вимогам до якості, зазначеним на кресленнях виробника. Прямолінійність самих компонентів відповідає вимогам до форми та допусків, зазначеним на кресленнях. Ізолятори та їх металеві градуйовані вставки виготовляються за допомогою лиття та затверджування в формі. Під час процесу заводської збірки використовується спеціальний зажим для визначення відносних просторових положень трифазних провідників. Однак, затягуючі моменти болтів з'єднання між провідниками та ізоляторами в деяких випадках повністю не відповідають вимогам виробника.

• Коли шина знаходиться в експлуатації, трифазні струми є симетричними, і кожен фазовий провідник піддається однаковій змінній електродинамічній силі. Три фази розподілені симетрично в просторі. Провідник шини — порожнистий провідник, який має більшу гнуту міцність, ніж провідники. При нормальному монтажі трифазні провідники не будуть відхилятися до жодного фіксованого кутового положення через електродинамічну силу під час експлуатації.

• Обчислення механічної міцності. Виробник обчислює міцність з'єднання кріпежних деталей і визначає, що довжина з'єднання між зовнішньою різьбою болта та внутрішньою різьбою вставки ізолятора повинна бути більшою за поточний проект 16 мм, а товщина металевого прокладку повинна бути збільшена до принаймні 7 мм (зараз 4 мм). Це може задовольнити вимоги до механічної міцності при умовах з'єднання одним болтом та електродинамічної сили 10 кН під час короткого замикання шини.

• Типові випробування. Результати випробувань на термічну стійкість (короткотривалу стойкість до струму) 500 А/3 с, динамічну стійкість (пикову стойкість до струму) 135 кА, особливо випробування на підвищення температури при струмі шини 7 год/4000 А, показали, що після випробувань немає очевидних механічних послаблення або аномальних з'єднань. Це свідчить про те, що існуючий проект затягування провідників шини надійний у умовах типових випробувань.

Визначення причини

На основі місцевої перевірки та теоретичного аналізу, основною причиною цієї вади визначено: затягуючі моменти болтів під час збірки виробником не відповідають стандартам, довжина з'єднання болтів та товщина прокладок не відповідають експлуатаційним вимогам.

Схема лікування

На основі результатів місцевих перевірок та теоретичних аналізів, було запропоновано нову схему затягування болтів, щоб забезпечити надійну роботу шини.

• Застосувати двокінцеві болти, які з'єднуються з внутрішніми різьбами металевих вставок кільцевих ізоляторів (з боку коротшої різьби болта). Нанести на поверхню зовнішніх різьб болта клей Loctite 603 №2. Нанести три продовжувані стрічки клею Loctite 603 на відстані приблизно 120° вздовж окружності 24-мм довжини різьби, забезпечуючи, що весь 360° поверхня різьби буде покрита клеєм після ввинувачення. Після повного ввинувачення болта, використовуйте спеціальний чистючий папір, щоб видалити зайве кількість клею.

• Застосувати самозакріплюючі/протизаслаблюючі гайки в комбінації, щоб ефективно запобігти розболтанню болтів. Використовувати інтегрований прокладковий компонент товщиною 8 мм.

• Використовувати ключ для затягування болтів, набираючи значення 75 Н·м, що знаходиться на верхньому кінці діапазону (70±7) Н·м. Для забезпечення того, що момент кожного болта відповідає стандарту, реалізувати систему, коли один працює, а інший перевіряє.

Після завершення затягування, використовуйте пилосос, спеціальний чистючий папір та спирт для тщательного очищення затягнутих ділянок та полостей провідників.

Місцеве лікування

Двокінцеві болти використовуються для підсилення затягувального зусилля, а самозакріплюючі гайки використовуються, щоб запобігти розболтанню болтів через електродинамічні сили під час нормальної експлуатації. Виробник провів роботи з модифікації болтів на цій шині GIS згідно з вищезазначеною схемою, і результати після модифікації є задовільними.