Analýza a zpracování výjimek při zkoušce vzdoru napětí 550 kV GIS
Plynově izolované uzavřené kovové vývody (GIS) jsou přepínací zařízení složené z přepínacích přístrojů jako je vypínač (GCB), odpojovač (DS), uzelevací spínač (ES) a jednotek jako napěťové transformátory, proudové transformátory, ochranné přepážky a uzavřené sběrnice. Všechny části s vysokým napětím jsou umístěny uvnitř zemně spojeného uzavřeného kovového obalu, který je plněn SF₆ plynem s vynikajícími izolačními a uhasivacími vlastnostmi jako izolačním médiem. GIS má kompaktní strukturu, malou plošnou náročnost, nízké požadavky na údržbu, snadné montážní možnosti, dobré vypínací vlastnosti a žádné rušení, a je stále více široce používán v elektrických systémech.
550 kV GIS v 500 kV převodové stanici určité společnosti používá dvojitou sběrnici, s 2 hlavními transformátory, 1 startovacím a rezervním transformátorem, 2 vedeními a 1 propojkou, celkově 6 vypínači. Každá ze sběrnic 1M a 2M je vybavena 1 PT bays. Byl vyroben 28. října 2022 a montáž na místě byla dokončena 10. prosince 2022. Během testu odolnosti při předání do provozu se u podpěrného izolátoru vyskytl neočekávaný průraz.
Analýzy byly provedeny z hlediska místa anomálie, jakosti montáže na místě, souladu materiálů, historie výroby v továrně, rentgenové detekce vad, rozpouštění hmoty a simulace elektrického pole. Byla identifikována příčina prasknutí podpěrného izolátoru a byly předloženy návrhy na posílení dozoru a kontroly jakosti během výrobního procesu GIS. Průvodce pro statické a izolační testy plynově izolovaných uzavřených kovových vývodů a schválený testovací plán.Průvodce pro statické a izolační testy plynově izolovaných uzavřených kovových vývodů a schválený testovací plán.
Testovací napětí
Je bráno 80 % hodnoty krátkodobého síťového frekvenčního statického napětí 740 kV specifikovaného výrobce, což je 592 kV, s trváním 1 minuta.
Podmínky, kterým by mělo vyhovovat testované zařízení
Metoda a kritéria testu
Testovací napětí pro testované GIS by mělo být nejprve zvýšeno z 0 V na 318 kV, drženo 5 minut, pak zvýšeno na 473 kV a drženo 3 minuty. Nakonec je testovací napětí zvýšeno na nominální hodnotu statického napětí 592 kV a drženo 1 minuta. Pokud nedojde k průrazu, je považováno za kvalifikované.
Hledání a zpracování anomálií
Přehled průrazové anomálie
Dne 11. prosince 2022 v 14:03 byl proveden izolační statický test hlavního obvodu na 550 kV GIS v převodové stanici na staveništi. Při testování fází B a C bylo napětí zvýšeno na 318 kV a drženo 5 minut, test byl úspěšný. Když bylo napětí zvýšeno na 473 kV a drženo 2 minuty, došlo k průrazu. Napětí náhle kleslo na 0 V a v převodové stanici se slyšel poměrně hlasitý neobvyklý zvuk, test byl přerušen. Po zavedení bezpečnostních opatření byla změřena izolační odpor hlavního obvodu 1M - C fáze k zemi 400 MΩ a zbývající část 200 GΩ. Bylo zjištěno, že existuje porucha v nějakém zařízení neseno 1M - C fází. Spojení pro statický test a anomální oblast jsou znázorněny na obrázku 1. Černá část na obrázku ukazuje rozsah aplikace napětí.
Z obrázku 1 lze vidět, že rozsah aplikace napětí zahrnuje: 6 vypínačů neseno sběrnicí 1M, 6 sběrních odpojovačů, 2 vedení odpojovačů, 5 sad vzdušných terminálů, 1 sběrní odpojovač PT neseno 1M a 6 sběrních odpojovačů 2M. Bod aplikace napětí byl nastaven na vystupující část vstupu hlavního transformátoru č. 2 venku.
Proces hledání anomálií
GIS má úplně uzavřenou strukturu, s více nezávislými komponentami tvořícími integrovaný celek. Zařízení spojené s 1M má 83 nezávislých plynových částí, což dělá lokalizaci anomálií poměrně náročnou. Po studiu byla použita metoda postupné eliminace, aby se zúžil rozsah anomálního zařízení.
Díky úplně uzavřené struktuře GIS lze měřit izolaci pouze na expozovaných částech, a měření izolace probíhá na 15 metrů vysokých vystupujících sedadlech venku. Při měření izolace existuje mnoho omezujících faktorů. Například, lidé potřebují použít jeřáb pro vstup a vystup, jsou potřeba komunikační nástroje pro kontakt a během měření je nutné neustále měnit testovací vedení. Analýzou bylo zjištěno, že zavření odpojovače PT spojeného s 1M a odstranění sekundárního zemnice PT usnadní použití PT jako bodu pro měření izolace, umožní inspektorům reálně časovou komunikaci bez použití komunikačních nástrojů.
Byly otevřeny všechny odpojovače spojené s GIS 1M a všechny vypínače byly zavřeny. Poté, začínaje intervalu v bodu aplikace napětí, byly postupně zavřeny odpojovače spojené s 1M (s výjimkou odpojovače VT 1M) a každým zavřením odpojovače byla změřena izolace. Nakonec, v intervalu 5W11 vycházející z 1M - C sběrnice, byla izolace hlavního obvodu změřena 400 MΩ. Dalším otevřením vypínače tohoto intervalu byl konečně identifikován anomální bod v oblasti od odpojovače vedoucí strany tohoto vypínače až po venkovní GIS terminál.
Anomální oblast na obrázku 1 byla izolována a druhé aplikace napětí byly provedeny na neanomálních částech podle hlavního postupu izolačního statického testu. Výsledky ukázaly shodu. Na zbylé zařízení byly provedeny síťové frekvenční statické testy, všechny byly úspěšně prošly.
Zpracování anomálií
V anomální oblasti bylo 5 nezávislých plynových částí. Pro přesné určení anomálního bodu bylo nutné postupně otevřít každou plynovou část pro kontrolu.Jelikož se plyn SF₆ uvnitř GIS stal toxickým po testu, byl 12. prosince 2022 po sběru plynu a demontáži zařízení zjištěn prasknutí podpěrného izolátoru třícestné sběrnice v dolní části svislé sběrnice v části 02 - 5 gas compartment 1M - C sběrnice. Sběrnice, obal a sousední izolátory splňovaly technické požadavky produktu.
Výrobce nahradil anomální izolátor 13. prosince, znovu nainstaloval sběrnici a dokončil zpracování plynu, detekci úniku, měření vlhkosti a měření odporu hlavního obvodu. Po zjištění, že výsledky jsou kvalifikované, byl 14. prosince znovu proveden síťový frekvenční statický test pomocí zmíněného testovacího spojení a podle postupu izolačního statického testu hlavního obvodu. Výsledky testu byly kvalifikované (592 kV drženo 1 minuta).
Analýza příčin prasknutí podpěrného izolátoru
Celkem je v GIS 145 podpěrných izolátorů. Zda je prasknutí podpěrného izolátoru izolovaným případem nebo součástí širší problému, je klíčové pro bezpečné a spolehlivé uvedení do provozu převodové stanice. Proto byly provedeny šetření z následujících hledisek, aby byla identifikována kořenová příčina prasknutí vady izolátoru.
Kontrola jakosti montáže sběrnice na místě
Sběrnice CX1 - 1C (tovární číslo, stejně níže) byla montována na místě 3. prosince 2022. Během montážního procesu ověřil zástupce výrobce každý bod proti "Operativní kartě pro ověření na místě". Majitel a dozorce společně svědčili o procesu a montáž mohla pokračovat až po dokončení podepisovacích formalit všemi třemi stranami. Po dokončení montáže byly provedeny místní ověřovací testy, jako je měření obsahu vlhkosti plynu, detekce úniku a odpor smyčky. To zásadně vylučuje možnost, že prasknutí izolátoru bylo způsobeno jakostí, procesem nebo jinými faktory montáže na místě.
Kontrola souladu materiálů podpěrných izolátorů sběrnic
Prasknutý podpěrný izolátor má tovární číslo Z220704 - 1G1, který byl vyroben dceřinou společností výrobce v červenci 2022. Před opuštěním továrny tento podpěrný izolátor prošel kontroly a testy, včetně vizuální kontroly, měření rozměrů, testu teploty sklenění, rentgenové detekce vad a elektrických testů, všechny ukázaly soulad.
Výchozí kontrolovací zprávy a záznamy o přijetí izolátorů naznačují, že jak výchozí, tak přijímací výsledky splňují požadavky.
Kontrola historie výroby sběrnice
Dotaz na historii montáže jednotky sběrnice CX1 - 1C ukazuje, že výrobce začal s výrobou a montáží 20. září 2022 a práce byly dokončeny 12. října 2022. Záznamy v tabulce historie montáže naznačují, že jak interní, tak externí montážní procesy splňovaly technické požadavky a standardy procesů uvedené v kresbách, bez nalezení žádných anomálií. Tedy lze vyloučit, že procesy uvedené v tabulce historie výroby způsobily prasknutí podpěrného izolátoru.
Kontrola továrních testů sběrnice
Sběrnice CX1 - 1C prošla v továrně výrobce 6. října 2022 testy bleskového impulzu, síťové frekvenční statického napětí a částečného vydělení, všechny byly úspěšně prošly a výsledky testů byly kvalifikované. To naznačuje, že sběrnice a izolátory byly normální, když opustily továrnu.
Kontrola anomálních podpěrných izolátorů
Kontroly jsou provedeny z hlediska povahy selhání anomálních podpěrných izolátorů a ověřovacích testů (včetně měření rozměrů, detekce vad, analýzy materiálů atd.).
Povaha selhání
Analýza cesty povrchového výboje tohoto izolátoru ukazuje, že existuje prosvitná poškození v izolační části mezi vysokonapěťovým elektrodou a nízkonapěťovým elektrodou. Obecně dochází k prosvitnému poškození izolátoru v důsledku existence určitých vad uvnitř izolační části, nebo v důsledku dodatečného mechanického namáhání, které způsobuje trhliny uvnitř izolační části, a pak dochází k prosvitnému průrazu podél těchto trhlin.
Ověřovací testy
Opakové měření rozměrů. Opakové měření rozměrů anomálního podpěrného izolátoru bylo kvalifikované. Výsledky opakového měření jsou uvedeny v tabulce 1.
Rentgenová detekce vad. Rentgenová detekce vad byla provedena na anomálním podpěrném izolátoru a nebyly nalezeny žádné vnější vady s výjimkou trhlin průrazu.Opakové měření hmoty hmoty. Ukázky byly odebrány z anomálních vzorků pro opakové měření hustoty, obsahu plniva a skelné přechodové teploty, a výsledky byly kvalifikované. Výsledky detekce hmoty hmoty jsou uvedeny v tabulce 2.
Opakové měření spojení mezi hmotou a elektrodou. Nevybouchnutá část izolátoru byla odřezána a povrch spojení mezi hmotou a kovem izolátoru byl barven pro detekci vad. S výjimkou lokálního mírného proniknutí barviva v místě průrazu byla zbytek oblasti normální, což dokazuje, že neexistovaly vady uvnitř hmoty a hmoty byla dobře spojena s elektrodou.
Opakové měření tavení hmoty. Po tavení hmoty anomálního podpěrného izolátoru na vysoké teplotě byla elektroda opakově měřena. Bylo zjištěno lokální anomální deformace v místě výboje na obloukovitém povrchu vysokonapěťové elektrody. V závěru, během výrobního procesu podpěrného izolátoru neadekvátní operace způsobila anomální deformaci obloukovitého povrchu vysokonapěťové elektrody. Jelikož byla deformace mírná, operátoři ji nezjistili včas, což umožnilo, aby vadné komponenty postoupily do dalšího procesu a nakonec vedlo k lepení izolátoru.
Toto selhání bylo způsobeno nestandardní prací operátorů, což vedlo k anomální deformaci elektrody a následnému prasknutí izolátoru. Struktura tohoto podpěrného izolátoru je izolační strukturou, kterou výrobce používá od roku 2003. Od té doby bylo vyrobeno více než 36 000 izolátorů, které spolehlivě fungují v terénu. Tedy prasknutí tohoto podpěrného izolátoru je izolovaným případem.
Simulační ověření
Z bezpečnostních důvodů bylo provedeno simulační ověření na sběrnici s touto strukturou izolátoru.Aplikace napětí: Centrální vodič a vysokonapěťová elektroda izolátoru jsou na 1675 kV, zatímco obal, nosná základna a nízkonapěťová elektroda izolátoru jsou na 0 potenciálu.
Kritéria hodnocení: Při minimálním funkčním tlaku plynu 0,45 MPa by měla povrchová výbojová pole intenzity izolátoru nepřekročit 12 kV/mm a pole intenzity vysokonapěťové elektrody izolátoru by neměla překročit 50 kV/mm.
Výsledky simulace ukazují, že maximální povrchová výbojová pole intenzity izolátoru je 10,5 kV/mm, což je méně než 12 kV/mm, a výsledek je kvalifikovaný. Maximální pole intenzity na povrchu vysokonapěťové elektrody je 21,2 kV/mm. Převedeno na podmínky síťové frekvence 318 kV, maximální pole intenzity je 40,2 kV/cm, což je méně než 50 kV/cm, a výsledek je také kvalifikovaný.
550 kV GIS 500 kV převodové stanice byl poprvé úspěšně zapojen 28. prosince 2022. Jednotka 2 byla poprvé připojena k síti 29. listopadu 2023. Všechna zařízení v převodové stanici unesla test odolnosti a funguje normálně.
Závěr
Pro důležitá vysokonapěťová zařízení 110 kV a vyšší je nutné striktně dodržovat relevantní požadavky DL/T 586—2008 "Technické pokyny pro dozor nad výrobou elektrického zařízení" k posílení továrního dozoru nad zařízením a kontrole kvality výroby zařízení zdroje. Výrobci GIS musí zlepšit své povědomí o kontrole kvality, kompletně seřadit rizikové body týkající se kvality na každé pozici a zlepšit dokumenty jako jsou provozní specifikace, provozní standardy a provozní postupy pro sestavování produktů ve všech napěťových úrovních. Komplexní kontrola by měla být provedena nad odkazy jako jsou nákup komponent, návrh produktu, technologie zpracování komponent, přijímací kontrola, sestavování produktu, testování a montáž na místě, aby byla zajištěna bezpečnost, stabilita a spolehlivost produktů.
