Аномално анализиране и обработка на изпитването за издръжливост при 550 кВ GIS
Газово-изолираната метална обвивка (GIS) е комутационно устройство, състоящо се от комутационни апарати като автоматични пръснатели (GCB), разединители (DS), заземящи ключове (ES), както и единици като трансформатори на напрежението, трансформатори на тока, гасители на бълнии и затворени шини. Компонентите с високо напрежение са разположени вътре в заземена метална обвивка, която е изпълнена с SF₆ газ, с отлични изолиращи и гасещи свойства като изолираща среда. GIS има компактна структура, малко занимаемо пространство, ниски изисквания за поддръжка, лесна инсталация, добра прекъсваща способност и без възпиране, и все по-широко се използва в системите за електроенергия.
550 кВ GIS в 500 кВ преобразувателна станция на определена компания използва двойна шина за свързване, с 2 входящи линии на главния трансформатор, 1 входяща линия на стартиращ и резервен трансформатор, 2 изходящи линии и 1 междущинен ключ, общо 6 автоматични пръснатели. Всяка от 1M и 2M разполага с 1 PT клетка. Производството му е завършено на 28 октомври 2022 г., а сборката на място е завършена на 10 декември 2022 г. По време на пробното изпитване при предаване, една подкрепяща изолатора преживяла аномално пробиване.
Анализи са проведени от различни страни, като местоположението на аномалията, качеството на сборката на място, съответствието на материалите, историята на производството в завод, дефектоскопия с рентгенови лъчи, разтворяване на смола и симулация на електрическото поле. Причината за пробиването на подкрепящата изолатора е установена и са направени препоръки за усилване на надзора и контрола на качеството по време на процеса на производството на GIS.Ръководството за пробното изпитване при предаване и изолацията на газово-изолираната метална обвивка, както и одобрената програма за изпитване.
Пробно напрежение
Взима се 80% от номиналната стойност на краткосрочното сетево честотно пробно напрежение от 740 кВ, определена от производителя, което е 592 кВ, с продължителност 1 минута.
Условия, които трябва да изпълняват изпитваните устройства
Метод и критерии за изпитване
Пробното напрежение за изпитваната GIS трябва първо да се увеличи от 0 В до 318 кВ, да се задържи за 5 минути, след това да се увеличи до 473 кВ и да се задържи за 3 минути. Накрая, пробното напрежение се увеличава до номиналната стойност на пробното напрежение 592 кВ и се задържа за 1 минута. Ако няма пробив, считаме, че е удовлетворително.
Търсене и обработка на аномални точки
Общ преглед на аномалното пробиване
На 11 декември 2022 г. в 14:03 часа, беше проведено изпитване на основния контур при предаване на 550 кВ GIS в преобразувателната станция на строителната площадка. Когато се изпитваха фазите B и C, напрежението беше увеличено до 318 кВ и се задържа за 5 минути, преминавайки успешно изпитването. Когато напрежението беше увеличено до 473 кВ и се задържа за 2 минути, се случи пробив. Напрежението изведнъж спадна до 0 В и в преобразувателната станция се чу относително силен аномален звук, като изпитването беше прекъснато. След вземането на мерки за сигурност, измерената изолация на 1M - C фазата до земята беше 400 МΩ, а останалата част 200 Г&Ω;. Беше установено, че има дефект в определено устройство, носено от 1M - C фазата. Подключването за пробното напрежение и аномалната зона са показани на Фигура 1. Оцветената в черно част в фигурата показва диапазона на приложено напрежение.
От Фигура 1 може да се види, че диапазонът на приложено напрежение включва: 6 автоматични пръснатели, носени от шина 1M, 6 шинни разединители, 2 линейни разединители, 5 комплекта въздушни изолатори, 1 шинен разединител на PT, носен от 1M, и 6 шинни разединители на 2M. Точката на приложено напрежение беше установена на изходящата линия на Главния трансформатор №2 в открито пространство.
Процес на търсене на аномални точки
GIS има напълно затворена структура, с много независими компоненти, формиращи интегриран цялост. Оборудването, свързано с 1M, има 83 независими газови камери, което прави локализирането на аномални точки доста трудно. След изследвания, беше приет метод на последователно елиминиране, за да се ограничи обхвата на аномалното оборудване.
Поради напълно затворената структура на GIS, изолацията може да бъде измерена само на изложените части, и точките за измерване на изолацията са върху 15-метрови подиуми в открито пространство. При измерването на изолацията, има множество ограничителни фактори. Например, персоналът трябва да използва кран, за да влезе и излезе, са необходими средства за комуникация за връзка, и тестовите водачи трябва постоянно да се променят по време на измерването. Чрез анализ, беше установено, че затварянето на PT разединителя, свързан с 1M, и премахването на вторичния заземящ проводник на PT, ще направи изключително удобно използването на PT като точка за измерване на изолация, позволявайки инспекторите да комуникират в реално време, без да се нуждаят от средства за комуникация.
Всички разединители, свързани с GIS 1M, бяха отворени, а всички автоматични пръснатели бяха затворени. След това, започвайки от интервала на точката на приложено напрежение, разединителите, свързани с 1M (с изключение на 1M VT разединителя), бяха затворени един по един, и изолацията се измерваше всякий път, когато разединителят беше затворен. Накрая, в изходящия интервал 5W11 на 1M - C шина, изолацията на основния контур беше измерена на 400 М&Ω;. По-нататък, като се отвори автоматичният пръснател на този интервал, аномалната точка беше окончателно определена в областта от линейния разединител на този автоматичен пръснател до GIS изолатора в открито пространство.
Аномалната зона в Фигура 1 беше изолирана, и второ приложено напрежение беше проведено върху ненормалните части според процедурата за основно изпитване на изолация. Резултатите показаха съответствие. Честотни изпитвания на издръжливостта на напрежението бяха проведени върху останалото оборудване, всички проиха успешно.
Обработка на аномални точки
В аномалната зона имаше 5 независими газови камери. За да се локализира точно аномалната точка, беше необходимо да се отворят една по една всички газови камери за проверка.Тъй като SF₆ газът вътре в GIS стана токсичен след изпитването, на 12 декември 2022 г., след възстановяването на газа и демонтажа на оборудването, беше установено, че подкрепящата изолатора на трисплесна шина в долния сегмент на вертикалната шина в 02-5 газова камера на 1M - C шина беше пробита. Шинният водач, корпусът и съседните изолатори отговаряха на техническите изисквания за продукта.
Производителят замени аномалния изолатор на 13 декември, повторно инсталира шината и завърши обработката на газа, търсене на утечки, измерване на влажността и измерване на съпротивлението на основния контур. След като резултатите бяха намерени удовлетворителни, на 14 декември, беше проведено повторно честотно изпитване на издръжливостта на напрежението, използвайки по-горе споменатата методика за изпитване и спазвайки процедурата за основно изпитване на изолация. Резултатите от изпитването бяха удовлетворителни (592 кВ, задържано за 1 минута).
Анализ на причините за пробиването на подкрепящата изолатора
В GIS има общо 145 подкрепящи изолатори. Дали пробитата подкрепяща изолатора е изолиран случай или част от проблем, засягащ цялата серия, е от решаващо значение за безопасната и надеждна експлоатация на преобразувателната станция. Ето защо, за да се идентифицира коренна причината за пробиването на дефектния изолатор, се провеждат изследвания от следните страни.
Инспекция на качеството на сборката на място на шината
Шината CX1-1C (заводски номер, същото по-долу) беше събрана на място на 3 декември 2022 г. По време на процеса на сборка, представител на производителя на място потвърди всеки елемент спрямо "Карта за потвърждение на операции при сборка на място". Владелецът и наблюдателят свидетелстваха процеса заедно, и сборката можеше да продължи само след като трите страни завършат формалностите за подписване. След завършването на сборката, бяха проведени проверки на място, включително съдържание на газовата влага, търсене на утечки и измерване на контурното съпротивление. Това изключва в основата възможността изолаторът да е пробит поради качеството, процеса или други фактори при сборката на място.
Инспекция на съответствието на материала на подкрепящите изолатори за шини
Пробитата подкрепяща изолатора има заводски номер Z220704-1G1, произведена от дъщерна компания на производителя през юли 2022 г. Преди изхода от завод, този подкрепящ изолатор беше подвергнат на проверки и изпитвания, включително визуална инспекция, измерване на размери, изпитване на температурата на витрификация, дефектоскопия с рентгенови лъчи и електрически изпитвания, всички от които показаха съответствие.
Заводските протоколи за изходна инспекция и записите за входна инспекция на изолаторите показват, че и резултатите от изходната, и входната инспекция отговарят на изискванията.
Инспекция на историята на производството на шината
Разпитване на историята на събирането на единицата шина CX1-1C показва, че производителят започнал производството и събирането на 20 септември 2022 г. и завършил работата на 12 октомври 2022 г. Записите в историята на събирането показват, че както вътрешните, така и външните процеси отговаряли на техническите изисквания и стандарти на процесите, указани в чертежите, без аномалии. Следователно, могат да бъдат изключени процесите, посочени в таблицата на производствената история, като причина за пробиването на подкрепящата изолатора.
Инспекция на заводските изпитвания на шината
Шината CX1-1C беше подвергната на изпитвания за удари с мълния, честотни изпитвания на издръжливостта на напрежението и частични разряди в заводската лаборатория на 6 октомври 2022 г., всички от които бяха преминали от първия опит, и резултатите от изпитванията бяха удовлетворителни. Това показва, че шината и изолаторите били нормални при изхода от завод.
Инспекция на аномалните подкрепящи изолатори
Провеждат се проверки от аспекти като характера на дефекта на аномалните подкрепящи изолатори и потвърдителни изпитвания (включително измерване на размери, дефектоскопия, анализ на материала и т.н.).
Характер на дефекта
Анализът на пътя на повърхностния разряд на този изолатор показва, че има пробив на изолиращата част между високоволтовия и нисковолтовия електрод. Обикновено пробивът на изолатор произтича от наличието на определени дефекти в изолиращата част или от допълнителен механичен стрес, които причиняват пукнатини в изолиращата част, и след това пробивът се случва по пукнатините.
Потвърдителни изпитвания
Повторно измерване на размери. Повторното измерване на размерите на аномалния подкрепящ изолатор беше удовлетворително. Резултатите от повторното измерване са показани в Таблица 1.
Дефектоскопия с рентгенови лъчи. Беше проведена дефектоскопия с рентгенови лъчи на аномалния подкрепящ изолатор, и не бяха открити външни дефекти освен пукнатини от пробив.Повторно изследване на смолен материал. От аномалните образци бяха взети проби за повторно изследване на плътността, съдържанието на напълнител и температурата на стъклоподобно превръщане, и резултатите бяха удовлетворителни. Резултатите от изследването на смолен материал са показани в Таблица 2.
Повторно изследване на интерфейса между смола и електрод. Неизразходваната зона на изолатора беше изрязана, и контактната повърхност между смолата и металът на изолатора беше оцветена за дефектоскопия. Освен локалното леко проникване на боеста в пукнатината, останалата зона беше нормална, доказвайки, че нямали дефекти вътре в смолата и че смолата била добре свързана с електрода.
Повторно изследване на топене на смола. След топенето на смолата на аномалния подкрепящ изолатор при висока температура, електродът беше повторно изследван. Имаше локално аномално деформиране в позицията на точката на разряд на дъговидната повърхност на високоволтовия електрод. В заключение, по време на производството на подкрепящия изолатор, неправилната операция доведе до аномална деформация на дъговидната повърхност на високоволтовия електрод. Тъй като деформацията беше лека, операторите не успяха навреме да я засекат, позволявайки дефектни компоненти да влязат в следващия процес и в крайна сметка да бъдат излити в изолатора.
Този дефект е причинен от ненормална операция на операторите, която доведе до аномална деформация на електрода и последващо пробиване на изолатора. Структурата на този подкрепящ изолатор е изолационна структура, която производителят използва от 2003 г. и повече от 36 000 изолатори са произведени и функционират надеждно в полето. Следователно, пробиването на този подкрепящ изолатор е изолиран случай.
Симулация за потвърждение
За целите на безопасността, беше проведена симулация за потвърждение на шината с тази изолационна структура.Приложение на напрежение: Централният водач и високоволтовият електрод на изолатора са на 1675 кВ, докато корпусът, опорната база и нисковолтовият електрод на изолатора са на 0 потенциал.
Критерии за оценка: При минималното функционално газово напълно 0.45 МПа, повърхностната пробивна електрическа сила на изолатора не трябва да надвишава 12 кВ/мм, а електрическата сила на високоволтовия електрод на изолатора не трябва да надвишава 50 кВ/мм.
Резултатите от симулацията показват, че максималната повърхностна пробивна електрическа сила на изолатора е 10.5 кВ/мм, което е по-малко от 12 кВ/мм, и резултатът е удовлетворителен. Максималната електрическа сила на повърхността на високоволтовия електрод е 21.2 кВ/мм. Преобразувано до условията на честотно напрежение 318 кВ, максималната електрическа сила е 40.2 кВ/см, което е по-малко от 50 кВ/см, и резултатът също е удовлетворителен.
550 кВ GIS на 500 кВ преобразувателната станция беше успешна енергирана за първи път на 28 декември 2022 г. Агрегат 2 беше свързан с мрежата за първи път на 29 ноември 2023 г. Всичко оборудване в преобразувателната станция е издържало изпитването на напрежение и функционира нормално.
Заключение
За важното високоволтово оборудване от 110 кВ и по-високо, е необходимо строго да се спазват съответните изисквания на DL/T 586—2008 "Технически нас
