تحليل ومعالجة الاستثناءات لاختبار تحمل الجهد لـ 550 كيلوفولت لنظام IEE-Business GIS
يعتبر جهاز التحويل المعدني المعزول بالغاز (GIS) جهاز تحويل مكون من أجهزة التحويل مثل قاطع الدائرة (GCB) وفصلات الدائرة (DS) ومفاتيح التأريض (ES)، بالإضافة إلى الوحدات مثل محولات الجهد، ومحولات التيار، وأجهزة حماية الاندفاع، والحافلات المحصورة. يتم وضع جميع المكونات ذات الجهد العالي داخل غلاف معدني محكم مغلق مملوء بغاز SF₆ ذو خصائص عازلة ومطفئة للقوس كوسط عازل. يتميز GIS ببنية مدمجة ومنطقة صغيرة للموقع، ومتطلبات صيانة منخفضة، وتثبيت سهل، وأداء فصل جيد، وعدم التداخل، ويستخدم بشكل متزايد في أنظمة الطاقة.
يستخدم GIS بقدرة 550 كيلوفولت في محطة رفع الجهد 500 كيلوفولت لشركة معينة بنظام توصيل ثنائي الحافلة، مع 2 خط دخول للمحول الرئيسي، وخط واحد للتحويل الاحتياطي، وخطين للخروج، ورابطاً بين الحافلات، بإجمالي 6 قواطع دوائر. كل من 1M و2M مجهز بحوض PT واحد. تم تصنيعه في 28 أكتوبر 2022، وتتم عملية التجميع على الموقع في 10 ديسمبر 2022. أثناء اختبار تحمل الجهد خلال التسليم، تعرض العازل الداعم لانهيار غير طبيعي.
تم إجراء تحليلات من نواحي مثل موقع الاستثناء، ونوعية التجميع على الموقع، والامتثال للمواد، والتاريخ الصناعي للمصنع، واختبارات الأشعة السينية، وتحليل الذوبان للراتنج، ومحاكاة المجال الكهربائي. تم تحديد سبب انكسار العازل الداعم، وتم تقديم اقتراحات لتقوية الرقابة والتحكم في الجودة أثناء عملية تصنيع GIS.الإرشادات لاختبار تحمل الجهد والعزل للجهاز المعدني المعزول بالغاز، وخطة الاختبار المعتمدة.
جهد الاختبار
يتم الأخذ بنسبة 80% من قيمة الجهد القصير للتردد الكهربائي المحدد من قبل الشركة المصنعة وهي 740 كيلوفولت، وهو 592 كيلوفولت، لمدة دقيقة واحدة.
الشروط التي يجب أن يحققها الجهاز المراد اختباره
طريقة الاختبار ومعاييره
يجب زيادة جهد الاختبار لـ GIS المراد اختباره من 0 فولت إلى 318 كيلوفولت أولاً، ثم الاحتفاظ به لمدة 5 دقائق، ثم زيادة الجهد إلى 473 كيلوفولت والاحتفاظ به لمدة 3 دقائق. وأخيراً، يتم زيادة جهد الاختبار إلى قيمة الجهد المقاوم المحددة وهي 592 كيلوفولت والاحتفاظ به لمدة دقيقة واحدة. إذا لم يحدث انهيار، يعتبر مقبولاً.
بحث ومعالجة النقاط الشاذة
نظرة عامة على استثناء الانهيار
في الساعة 14:03 من يوم 11 ديسمبر 2022، تم إجراء اختبار تحمل الجهد العازل للدائرة الرئيسية على GIS بقدرة 550 كيلوفولت في محطة التوزيع على الموقع. أثناء اختبار الأطوار B وC، تم زيادة الجهد إلى 318 كيلوفولت والاحتفاظ به لمدة 5 دقائق، وقد نجح الاختبار. عندما تم زيادة الجهد إلى 473 كيلوفولت والاحتفاظ به لمدة 2 دقائق، حدث انهيار. انخفض الجهد فجأة إلى 0 فولت، وسمع صوت استثنائي عالٍ في المحطة، مما أدى إلى توقف الاختبار. بعد اتخاذ التدابير الأمنية، تم قياس مقاومة العزل للأرض للدائرة الرئيسية 1M - C وكانت 400 ميجا أوم، بينما كانت مقاومة الجزء المتبقي 200 جيجا أوم. تم تحديد وجود عطل في جهاز معين محمول بواسطة 1M - C. يتم عرض توصيلات الاختبار لتحمل الجهد والنقطة الشاذة في الشكل 1. الجزء الملون في الشكل يشير إلى نطاق تطبيق الجهد.
يمكن رؤية أنه يتضمن النطاق الذي تم فيه تطبيق الجهد: 6 قواطع دوائر محمولة بواسطة الحافلة 1M، و6 فصلات حافلة، و2 فصلات جانب الخط، و5 مجموعات من بوابات الهواء، ومفتاح فصل الحافلة الخاص بـ PT محمول بواسطة 1M، و6 فصلات حافلة لـ 2M. تم تعيين نقطة تطبيق الجهد في الجزء الخارجي من مدخل المحول الرئيسي رقم 2.
عملية البحث عن النقاط الشاذة
يتميز GIS ببنية مغلقة تماماً، مع مكونات مستقلة متعددة تشكل وحدة متكاملة. المعدات المرتبطة بـ 1M لديها 83 قسماً غازياً مستقلاً، مما يجعل تحديد النقاط الشاذة تحدياً كبيراً. بعد البحث، تم اعتماد طريقة الإقصاء نقطة بنقطة لتقليل نطاق المعدات الشاذة.
بسبب البنية المغلقة تماماً لـ GIS، يمكن قياس العزل فقط في الأجزاء المكشوفة، ونقاط قياس العزل موجودة على مقاعد الرافعة عالية الارتفاع البالغة 15 متراً في الخارج. هناك العديد من العوامل المقيدة عند قياس العزل. على سبيل المثال، يحتاج العاملون إلى استخدام رافعة للصعود والنزول، وأدوات اتصال للربط، وتغيير أسلاك الاختبار باستمرار أثناء القياس. من خلال التحليل، تم العثور على أن إغلاق مفتاح فصل PT المرتبط بـ 1M وإزالة الأرض الثانوية لـ PT سيجعل استخدام PT كنقطة قياس للعزل أمرًا سهلاً للغاية، مما يسمح للمفتشين بالتواصل في الوقت الحقيقي دون الاعتماد على أدوات الاتصال.
تم فتح جميع مفاتيح الفصل المتصلة بـ GIS 1M وإغلاق جميع القواطع. ثم بدءاً من الفترة في نقطة تطبيق الجهد، تم إغلاق مفاتيح الفصل المتصلة بـ 1M (مع استثناء مفتاح فصل VT الخاص بـ 1M) واحدة تلو الأخرى، وقياس العزل كل مرة يتم فيها إغلاق مفتاح فصل. في النهاية، في فترة الخروج 5W11 من الحافلة 1M - C، تم قياس عزل الدائرة الرئيسية ليكون 400 ميجا أوم. بعد ذلك، تم فتح القاطع لهذه الفترة، وتم تحديد النقطة الشاذة أخيراً في المنطقة من مفتاح فصل الجانب الخطي لهذا القاطع إلى بوابة GIS الخارجية.
تم عزل المنطقة الشاذة في الشكل 1، وتم تطبيق الجهد الثاني على الأجزاء غير الشاذة وفقاً لإجراءات اختبار تحمل الجهد العازل الرئيسي. أظهرت النتائج التوافق. تم إجراء اختبارات تحمل الجهد الكهربائي على المعدات المتبقية، والتي مررت بنجاح.
معالجة النقاط الشاذة
كان هناك 5 أقسام غاز مستقلة في المنطقة الشاذة. لتحديد النقطة الشاذة بدقة، كان من الضروري فتح كل قسم غاز واحداً تلو الآخر للتفتيش.بعد أن أصبح غاز SF₆ داخل GIS سامًا بعد الاختبار، في 12 ديسمبر 2022، وبعد استعادة الغاز وتفكيك المعدات للتفتيش، تم العثور على أن العازل الداعم للحافلة الثلاثية في الجزء السفلي من الحافلة العمودية في القسم الغازي 02-5 من الحافلة 1M-C قد تم كسره. كانت الحافلة الموصل والغلاف والمفاصل المجاورة تتوافق مع متطلبات التقنية للمنتج.
قام المصنع بتبديل العازل الشاذ في 13 ديسمبر، وأعاد تركيب الحافلة، وأكمل معالجة الغاز، واختبار التسرب، وقياس الرطوبة، وقياس مقاومة الدائرة الرئيسية. بعد أن ثبتت النتائج أنها مقبولة، في 14 ديسمبر، تم إجراء اختبار تحمل الجهد الكهربائي مرة أخرى باستخدام طريقة توصيل الاختبار المذكورة أعلاه واتباع إجراءات اختبار تحمل الجهد العازل للدائرة الرئيسية. كانت نتائج الاختبار مقبولة (592 كيلوفولت لمدة دقيقة واحدة).
تحليل أسباب انكسار العازل الداعم
يوجد في GIS ما مجموعه 145 عازل داعم. سواء كان العازل الداعم المنكسر حالة منفردة أم جزءًا من مشكلة تشمل الدفعة بأكملها، فهو مهم للغاية لتشغيل محطة رفع الجهد بأمان وموثوقية. لذلك، لتحديد السبب الجذري لانكسار العازل الشاذ، يتم إجراء التحقيق من النواحي التالية.
تفتيش جودة تجميع الحافلة على الموقع
تم تجميع الحافلة CX1-1C (رقم المصنع، نفسه أدناه) على الموقع في 3 ديسمبر 2022. أثناء عملية التجميع، قام ممثل الشركة المصنعة على الموقع بتقييم كل عنصر ضد "بطاقة التشغيل المؤكدة للموقع". شاهد المالك والمسؤول العملية بشكل مشترك، ويمكن أن يستمر التجميع فقط بعد أن تكمل الأطراف الثلاثة الإجراءات الرسمية للتوقيع. بعد إكمال التجميع، تم إجراء اختبارات التحقق على الموقع مثل محتوى رطوبة الغاز واختبار التسرب ومقاومة الحلقة. هذا يقضي بشكل أساسي على احتمال أن يكون انكسار العازل ناتجاً عن جودة التجميع على الموقع أو العملية وغيرها من العوامل.
تفتيش توافق المواد لعازلات الحافلة الداعمة
للعازل الداعم المنكسر رقم خروج من المصنع هو Z220704-1G1، والذي تم تصنيعه بواسطة شركة تابعة للمصنع في يوليو 2022. قبل الخروج من المصنع، خضع هذا العازل الداعم لفحوصات واختبارات بما في ذلك الفحص البصري وقياس الأبعاد واختبار درجة الحرارة الزجاجية واختبار الأشعة السينية واختبارات كهربائية، وكشفت جميعها عن التوافق.
توضح تقارير الفحص عند الخروج من المصنع وسجلات الفحص عند الوصول أن نتائج الفحص عند الخروج والفحص عند الوصول تتوافق مع المتطلبات.
تفتيش تاريخ تصنيع الحافلة
تظهر الاستفسارات حول تاريخ تجميع وحدة الحافلة CX1-1C أن الشركة المصنعة بدأت الإنتاج والتجميع في 20 سبتمبر 2022 وأكملت العمل في 12 أكتوبر 2022. تشير السجلات في جدول التاريخ إلى أن عمليات التجميع الداخلية والخارجية تتوافق مع المتطلبات التقنية والمعايير العملية المحددة في الرسومات، ولم يتم العثور على أي استثناءات. وبالتالي، يمكن استبعاد أن العمليات المدرجة في جدول التاريخ أدت إلى انكسار العازل الداعم.
تفتيش اختبارات الخروج من المصنع للحافلة
خضعت الحافلة CX1-1C لاختبارات الصدمة الكهربائية والجهد الكهربائي المستقر وتوزيع الكهرباء الجزئي في مصنع الشركة المصنعة في 6 أكتوبر 2022، والتي نجحت في أول محاولة، وكانت نتائج الاختبار مقبولة. هذا يشير إلى أن الحافلة والعوازل كانت طبيعية عند خروجها من المصنع.
تفتيش العوازل الداعمة الشاذة
يتم إجراء التفتيش من نواحي مثل طبيعة الفشل للعوازل الداعمة الشاذة واختبارات التحقق (بما في ذلك فحص الأبعاد واختبارات الكشف عن العيوب وتحليل المواد وما إلى ذلك).
طبيعة الفشل
يظهر تحليل مسار التفريغ السطحي لهذا العازل وجود تلف عبري في الجزء العازل بين الكهربائي العالي والكهربائي المنخفض. عادةً ما يحدث التلف عبري للعازل بسبب وجود عيوب معينة داخل الجزء العازل، أو بسبب الإجهاد الميكانيكي الإضافي، مما يؤدي إلى تشققات داخل الجزء العازل، ثم يحدث التفريغ عبر التشققات.
اختبارات التحقق
إعادة فحص الأبعاد. كان فحص الأبعاد لإعادة فحص العازل الداعم الشاذ مقبولاً. تظهر نتائج إعادة الفحص في الجدول 1.
اختبارات الكشف عن العيوب بالأشعة السينية. تم إجراء اختبارات الكشف عن العيوب بالأشعة السينية على العازل الداعم الشاذ، ولم يتم العثور على عيوب خارجية باستثناء تشققات الكسر.إعادة فحص مادة الراتنج. تم أخذ عينات من العينات الشاذة لإعادة فحص الكثافة ومعدل محتوى الملء ودرجة حرارة الانتقال الزجاجية، وكانت النتائج مقبولة. تظهر نتائج اختبار المادة الراتنجية في الجدول 2.
إعادة فحص واجهة الربط بين الراتنج والكهرباء. تم قطع الجزء غير المتفجر من العازل، وتم صبغ سطح الربط بين الراتنج والكهرباء للكشف عن العيوب. باستثناء الاختراق المحلي الخفيف للصبغة عند الكسر، كان باقي المنطقة طبيعياً، مما يثبت عدم وجود عيوب داخل الراتنج وأن الراتنج مرتبط بشكل جيد مع الكهربائي.
إعادة فحص ذوبان الراتنج. بعد ذوبان الراتنج للعازل الداعم الشاذ تحت درجة حرارة عالية، تم إعادة فحص الكهربائي. كان هناك تشوه غير طبيعي محلي عند نقطة التفريغ على السطح المنحني للكهربائي العالي.وبشكل عام، خلال عملية تصنيع العازل الداعم، أدى التشغيل غير الصحيح إلى تشوه غير طبيعي في السطح المنحني للكهربائي العالي. نظرًا لأن التشوه كان طفيفًا، لم يتمكن العاملون من اكتشافه في الوقت المناسب، مما سمح للقطع المعيبة بالدخول إلى العملية التالية وأخيراً إلى صب العازل.
كان هذا الفشل ناتجًا عن التشغيل غير القياسي للعاملين، مما أدى إلى تشوه غير طبيعي في الكهربائي ومن ثم انكسار العازل. هيكل هذا العازل الداعم هو هيكل عازل يستخدمه المصنع منذ عام 2003، حيث تم تصنيع أكثر من 36,000 عازل يعمل بشكل موثوق في المجال. لذا، فإن انكسار هذا العازل الداعم هو حالة منفردة.
التحقق بالمحاكاة
لأسباب السلامة، تم إجراء التحقق بالمحاكاة على الحافلة بهذا هيكل العازل.تطبيق الجهد: الموصل المركزي والكهربائي العالي للعازل يكونان عند 1675 كيلوفولت، بينما يكون الغلاف والقاعدة الداعمة والكهربائي المنخفض للعازل عند 0 فولت.
معايير الحكم: تحت ضغط الغاز الوظيفي الأدنى البالغ 0.45 ميجا باسكال، يجب ألا يتجاوز قوة المجال الكهربائي للتفريغ السطحي للعازل 12 كيلوفولت/مم، وأن لا يتجاوز قوة المجال الكهربائي للكهربائي العالي للعازل 50 كيلوفولت/مم.
تبينت نتائج المحاكاة أن أعلى قوة مجال كهربائي للتفريغ السطحي للعازل هي 10.5 كيلوفولت/مم، وهي أقل من 12 كيلوفولت/مم، ونتيجة مقبولة. أعلى قوة مجال كهربائي على سطح الكهربائي العالي هي 21.2 كيلوفولت/مم. عند تحويلها إلى حالة الجهد الكهربائي المستقر 318 كيلوفولت، تكون أعلى قوة مجال كهربائي هي 40.2 كيلوفولت/سم، وهي أقل من 50 كيلوفولت/سم، ونتيجة مقبولة أيضًا.
تم تنشيط GIS بقدرة 550 كيلوفولت في محطة رفع الجهد 500 كيلوفولت بنجاح لأول مرة في 28 ديسمبر 2022. تم ربط الوحدة الثانية بالشبكة لأول مرة في 29 نوفمبر 2023. جميع المعدات في المحطة تحملت اختبار الضغط تعمل بشكل طبيعي.
الخاتمة
بالنسبة للأجهزة الكهربائية عالية الجهد المهمة بقدرة 110 كيلوفولت فأعلى، من الضروري التقيد الصارم بالمتطلبات ذات الصلة في DL/T 586-2008 "إرشادات تقنية للمراقبة في تصنيع معدات الطاقة" لتعزيز الرقابة القائمة على المصنع على المعدات وضبط جودة تصنيع المعدات من المصدر. يجب على الشركات المصنعة لـ GIS تعزيز الوعي برقابة الجودة، وفرز نقاط الخطر المتعلقة بالجودة في كل منصب، وتحسين الوثائق مثل المواصفات التشغيلية، والمعايير التشغيلية، وإجراءات التجميع للمنتجات في جميع مستويات الجهد. يجب القيام برقابة شاملة على الروابط مثل شراء المكونات، وتصميم المنتج، وتقنية معالجة المكونات، والفحص عند الوصول، والتجميع، واختبارات، والتثبيت على الموقع لضمان السلامة والاستقرار والموثوقية للمنتجات.
