Anomal analyse og håndtering af 550 kV GIS spændingstest
Gas-isoleret metalindkapslet spændingsudstyr (GIS) er et skifter, der består af skiftedele som kredsløbsbrydere (GCB), afkoblingskontakter (DS), jordkontakter (ES) samt enheder som spændingsoverførere, strømoverførere, overtrykssikringer og indkapslede busbarer. Højspændingskomponenter er alle placeret i en jordet, indkapslet metalskal, der er fyldt med SF₆-gas, der har fremragende isolerende og bueudslukkende egenskaber som isoleringsmedium. GIS har en kompakt konstruktion, lille arealanvendelse, lav vedligeholdelsesbehov, nem installation, god afbrydelseskapacitet og ingen støj, og det bliver anvendt mere og mere udbredt i elsystemer.
550 kV GIS i en 500 kV forhøjningsoverføringsstation hos en bestemt virksomhed anvender en dobbeltbusbarledningsstruktur med 2 hovedtransformatorinngange, 1 start- og reserve-transformatorinngang, 2 udgangsledninger og 1 busbarforbindelse, totalt 6 kredsløbsbrydere. Både 1M og 2M er udstyret med 1 PT-bay. Det blev produceret den 28. oktober 2022, og monteringen på stedet blev afsluttet den 10. december 2022. Under overtagelsesprøven med standselektrisk spænding oplevede en understøttende isolator en ualmindelig nedbrud.
Analysen blev gennemført fra aspekter som placeringen af anomalien, kvaliteten af montering på stedet, materialoverholdelse, produktionshistorik fra fabrikken, røntgenfejlfinde, resolvens, og elektriske felt-simulering. Årsagen til nedbruddet af understøttende isolator blev identificeret, og forslag til styrkelse af overvågning og kvalitetskontrol under GIS-produktionsprocessen blev fremsat.Retningslinjerne for prøve med standselektrisk spænding og isolationsprøve for gas-isoleret metalindkapslet spændingsudstyr, samt den godkendte prøveplan.
Prøvespænding
80% af den specifikerede nominelle kortvarige netfrekvensbaserede standselektriske spændingsværdi på 740 kV angivet af producenten tages, hvilket er 592 kV, med en varighed på 1 minut.
Betingelser, som det prøvede udstyr skal opfylde
Prøvemetode og kriterier
Prøvespændingen for det prøvede GIS skal først øges fra 0 V til 318 kV, holdes i 5 minutter, derefter øget til 473 kV og holdes i 3 minutter. Til sidst øges prøvespændingen til den nominelle standselektriske spændingsværdi på 592 kV og holdes i 1 minut. Hvis der ikke er nogen nedbrud, anses det for at være godkendt.
Søgning og håndtering af anormaliteter
Overblik over nedbrudsanomaliet
Klokken 14:03 den 11. december 2022 blev der foretaget en isoleringsprøve med standselektrisk spænding på hovedkredsløbet af 550 kV GIS i overføringsstationen på byggestedet. Når faserne B og C blev testet, blev spændingen øget til 318 kV og holdt i 5 minutter, og prøven blev bestået. Når spændingen blev øget til 473 kV og holdt i 2 minutter, fandt der sted et nedbrud. Spændingen faldt pludselig til 0 V, og en relativt højlydt anormal lyd blev hørt i overføringsstationen, og prøven blev afbrudt. Efter at sikkerhedsforanstaltninger var taget, blev isoleringsmodstanden mod jorden for 1M - C fase-hovedkredsløbet målt til 400 MΩ, og resten til 200 GΩ. Det blev fastslået, at der var en fejl i en bestemt enhed, der blev ført af 1M - C fase. Ledningen til prøven med standselektrisk spænding og den anormale område vises på figur 1. Den sortede del på figuren angiver spændingsanbringelsesområdet.
Det kan ses på figur 1, at spændingsanbringelsesområdet inkluderer: 6 kredsløbsbrydere, der føres af bus 1M, 6 busafkoblingskontakter, 2 linje-side afkoblingskontakter, 5 sæt luftbushing, 1 busafkoblingskontakt, der føres af 1M, og 6 busafkoblingskontakter af 2M. Spændingsanbringelsespunktet blev sat på riseren af inngangsledningen til hovedtransformator nr. 2 udenfor.
Proces for søgning af anormaliteter
GIS har en helt lukket konstruktion, hvor flere uafhængige komponenter danner et integreret helhed. Udstyret, der er forbundet med 1M, har 83 uafhængige gasrum, hvilket gør det ret udfordrende at lokalisere anormaliteter. Efter forskning blev en punkt-for-punkt eliminationsmetode anvendt for at reducere omfanget af det anormale udstyr.
På grund af den helt lukkede konstruktion af GIS kan isolering kun måles på de udsatte dele, og isoleringsmålepunkterne er alle på de 15-meter høje risersæder udenfor. Når isolering måles, findes der mange begrænsende faktorer. For eksempel skal personale bruge en kraan for at komme op og ned, kommunikationsværktøjer er nødvendige til kontakt, og prøveledninger skal konstant ændres under måling. Gennem analyse blev det fundet, at lukningen af PT-afkoblingskontakten, der er forbundet med 1M, og fjernelsen af den sekundære jordledning for PT, ville gøre det meget bekvemt at bruge PT som et isoleringsmålepunkt, hvilket ville tillade inspektører at kommunikere i realtid uden at skulle afhænge af kommunikationsværktøjer.
Alle afkoblingskontakter, der er forbundet med GIS 1M, blev åbnet, og alle kredsløbsbrydere blev lukket. Derefter, startende fra intervallet ved spændingsanbringelsespunktet, blev afkoblingskontakterne, der er forbundet med 1M (undtagen 1M VT-afkoblingskontakten), lukket én efter én, og isolering blev målt hver gang en afkoblingskontakt blev lukket. Til sidst blev isoleringen af hovedkredsløbet i udgangsintervallet 5W11 af 1M - C bus målt til 400 MΩ. Ved yderligere at åbne kredsløbsbryderen i dette interval blev det endelige anormale punkt fastsat til at være i området fra linje-side afkoblingskontakten for denne kredsløbsbryder til det udenforstående GIS bushing.
Det anormale område på figur 1 blev isoleret, og en anden spændingsanbringelse blev udført på de ikke-anormale dele ifølge hovedisolationsstandselektriske prøveproceduren. Resultaterne viste overensstemmelse. Netfrekvensbaserede standselektriske prøver blev udført på resten af udstyret, og alle gik problemfrit igennem.
Håndtering af anormaliteter
Der var 5 uafhængige gasrum i det anormale område. For at præcist lokalisere det anormale punkt var det nødvendigt at åbne hvert gasrum én for én for inspektion.Da SF₆-gassen indeni GIS blev giftig efter prøven, blev gassen genoprettet, og udstyret blev demonteret og inspiceret den 12. december 2022, og det blev fundet, at understøttende isolator for treveis busbar på nedre sektion af den lodrette busbar i 02-5 gasrum af 1M - C busbar var nedbrudt. Busbarlederen, kabinetet, og naboside isolatorer opfyldte alle produkttekniske krav.
Producenten erstattede den anormale isolator den 13. december, reinstallerede busbaren, og fuldførte gasbehandling, leckagekontrol, fugtighedsmåling, og hovedkredsløbsmodstandsbestemmelse. Da resultaterne blev fundet godkendte, blev der den 14. december igen foretaget en netfrekvensbaseret standselektrisk prøve ved hjælp af den ovennævnte prøveledningsmetode og ifølge hovedkredsløbsisolationsstandselektriske prøveproceduren. Prøveresultaterne var godkendte (592 kV holdt i 1 minut).
Analyse af årsagerne til nedbrud af understøttende isolator
Der er i alt 145 understøttende isolatorer i GIS. Uanset om den nedbrudte understøttende isolator er et isoleret tilfælde eller en del af et batchspecifikt problem, er det af afgørende betydning for sikker og pålidelig drift af forhøjningsoverføringsstationen. Derfor udføres undersøgelser fra følgende aspekter for at identificere rodårsårsagen til nedbruddet af fejlisolator.
Inspection af busbar monteringskvalitet på stedet
CX1 - 1C (fabriknummer, samme herunder) busbar blev monteret på stedet den 3. december 2022. Under monteringsprocessen kontrollerede producentens repræsentant på stedet hvert emne mod "On-site Docking Confirmation Operation Item Card". Ejeren og overvågeren vidnede processen fælles, og montering kunne kun fortsætte, når de tre parter havde gennemført underskrivningsformaliteterne. Efter montering var færdig, blev der udført på stedet verifikationstests som gasfugtighed, leckagekontrol, og kredsløbsmodstand. Dette udelukker i princippet muligheden for, at isolatornedbruddet skyldtes monteringskvalitet, proces, og andre faktorer på stedet.
Inspection af understøttende isolatorers materialeoverholdelse for busbar
Den nedbrudte understøttende isolator har et fabriknummer Z220704 - 1G1, der blev produceret af en datterselskab til producenten i juli 2022. Før den forlod fabrikken, blev denne understøttende isolator undersøgt og testet, herunder synligt inspection, dimensionsmåling, glaseringstemperaturtest, røntgenfejlfinde, og elektriske tester, og alle resultater viste overholdelse.
Fabrikinspectionrapporter og indkomst-inspectionrekorder for isolatorer viser, at både fabrikinspection og indkomst-inspectionresultater opfylder kravene.
Inspection af busbarproduktionshistorik
En forespørgsel om monteringshistorikken for CX1 - 1C busbarenhed viser, at producenten begyndte produktion og montering den 20. september 2022, og færdiggjorde arbejdet den 12. oktober 2022. Optegnelser i monteringshistorikkertabellen indikerer, at både interne og eksterne monteringsprocesser opfyldte tekniske krav og processstandarder angivet i tegninger, uden at der var fundet nogen anomalier. Derfor kan det udelukkes, at processerne i produktionshistorikkertabellen forårsagede nedbruddet af understøttende isolator.
Inspection af busbarfabriktests
CX1 - 1C busbar blev testet for lynimpuls, netfrekvensbaseret standselektrisk spænding, og partielle udladninger i producentens fabrik den 6. oktober 2022, og alle blev bestået første gang, og testresultaterne var godkendte. Dette indikerer, at busbaren og isolatorerne var normale, da de forlod fabrikken.
Inspection af anormale understøttende isolatorer
Inspectioner udføres fra aspekter som fejlarten af anormale understøttende isolatorer og verifikationstest (herunder dimensionsinspection, fejlfinde, materialeanalyse osv.).
Fejlart
Analyse af denne isolators overfladeudladningssti viser, at der er en gennemborende skade i isolerende del mellem høvspændings-elektroden og lave-spændings-elektroden. Generelt opstår gennemborende skade af en isolator på grund af visse defekter inde i isolerende del, eller pga. yderligere mekanisk spænding, der forårsager sprækker inde i isolerende del, og derefter finder gennemborende nedbrud sted langs sprækkerne.
Verifikationstest
Dimensionsgeninspections. Dimensionsgeninspections af den anormale understøttende isolator var godkendt. Geninspectionsresultaterne vises i tabel 1.
Røntgenfejlfinde. Røntgenfejlfinde blev udført på den anormale understøttende isolator, og ingen eksterne defekter undtagen nedbrudssprækker blev fundet.Geninspections af resinmaterial. Prøver blev taget fra de anormale prøver til geninspections af densitet, fyldstofforhold, og glastransitions temperatur, og resultaterne var godkendte. Resinmateriale-detectionsresultater vises i tabel 2.
Geninspections af resin til elektrodens bindingsoverflade. Den ikke-udladningsområde af isolator blev skåret, og resin-metalbindingsoverfladen af isolator blev farvet for fejlfinde. Undtagen for den lokale ringe penetrering af farvestoffet ved nedbruddet, var resten af området normal, hvilket beviser, at der ikke var defekter inde i resin, og at resin var godt bundet til elektroden.
Resin smeltning. Efter resin af den anormale understøttende isolator blev smeltet ved høj temperatur, blev elektroden geninspected. Der var lokal abnorm deformation ved udladningspunktet på den buede overflade af høvspændings-elektroden. I konklusion, under produktionen af understøttende isolator, forårsagede uriktig operation af operatørerne abnorm deformation af den buede overflade af høvspændings-elektroden. Da deformationen var mindre, kunne operatørerne ikke opdage den i tide, hvilket tillod defekte komponenter at komme ind i næste proces og endte med at gøres isolator.
Dette fejl var forårsaget af ikke-standardiseret operation af operatørerne, hvilket førte til abnorm deformation af elektroden og derefter nedbrud af isolator. Strukturen af denne understøttende isolator er en isolerende struktur, som producenten har anvendt siden 2003. Over 36.000 isolatorer er blevet produceret og fungerer pålideligt i feltet. Derfor er nedbruddet af denne understøttende isolator et isoleret tilfælde.
Simulationsverifikation
Af sikkerhedsgrunde blev der udført simulationsverifikation på busbaren med denne isolatorstruktur.Spændingsanbringelse: Den centrale ledning og høvspændings-elektroden af isolator er på 1675 kV, mens kabinetet, støttebase, og lave-spændings-elektroden af isolator er på 0 potential.
Dommerkriterier: Ved minimum funktionelt gaspres på 0,45 MPa, bør overfladeudladningsfeltstyrken af isolator ikke overstige 12 kV/mm, og feltstyrken af høvspændings-elektroden af isolator bør ikke overstige 50 kV/mm.
Simulationsresultater viser, at maksimal overfladeudladningsfeltstyrken af isolator er 10,5 kV/mm, som er mindre end 12 kV/mm, og resultatet er godkendt. Maksimal feltstyrke på overfladen af høvspændings-elektroden er 21,2 kV/mm. Konverteret til forholdet ved netfrekvensspænding på 318 kV, er maksimal feltstyrke 40,2 kV/cm, som er mindre end 50 kV/cm, og resultatet er også godkendt.
550 kV GIS af 500 kV forhøjningsoverføringsstation blev for første gang aktiveret den 28. december 2022. Enhed 2 blev for første gang forbundet til nettet den 29. november 2023. Alt udstyr i overføringsstationen har klaret prøven og fungerer normalt.
Konklusion
For vigtigt høvspændingsudstyr af 110 kV og over, er det nødvendigt at strengt følge de relevante krav i DL/T 586—2008 "Tekniske retningslinjer for overvågning af produktion af eludstyr" for at styrke fabrikbaserede overvågning af udstyr og kontrol af udstyrproduktionskvalitet fra kilde. GIS-producenter skal forbedre deres kvalitetskontrolbevidsthed, gennemgå kvalitetsrelaterede risikopunkter på hver post, og forbedre dokumenter som operationsmanualer, operationsstandarder, og operationsprocedurer for produktmontering på alle spændingsniveauer. Der skal udføres en almen kontrol over links som komponentindkøb, produktudvikling, komponentbearbejdningsteknik, indkomst-inspection, produktmontering, test, og installation på stedet for at sikre sikkerhed, stabilitet, og pålidelighed af produkter.
