Poikkeaman analyysi ja käsittely 550 kV GIS sähköerottelukokeessa

Kaasuälytetty metallinen suljettu vaihtokone (GIS) on kytkentälaitteisto, joka koostuu kytkentälaitteista, kuten sähkönsyötteiden katkaisijat (GCB), erottimet (DS), maayhdistimet (ES) sekä osaamia, kuten jännitekääntäjät, virtakääntäjät, tuleenkuuluttimet ja suljetut johtimet. Korkeajännitteen komponentit sijoitetaan kaiverrukseen, joka täytetään SF₆-kaasulla, jolla on erinomaiset eristys- ja sähkökaaren sammutusominaisuudet käyttäen sitä eristämateriaalina. GIS:n ominaispiirteitä ovat tiivis rakenne, pieni pinta-ala, vähäiset huoltotarpeet, helppo asennus, hyvä keskeytyskyky ja ei häiriöitä, ja se on yhä laajemmin käytössä sähköverkoissa.

500 kV nostosublaitoksessa tietyssä yrityksessä käytetty 550 kV GIS perustuu kaksoispussimainen kytkentärakenne, jossa on 2 päällystyn muuntajan syöttölaitteet, 1 käynnistys- ja varamuuntajan syöttölaitteet, 2 ulospäin suuntautuvaa reittiä, ja 1 bussiyhdistin, yhteensä 6 katkaisijaa. Jokaisella 1M ja 2M on oma PT-laitteen paikka. Se valmistettiin 28. lokakuuta 2022, ja paikan päällä oleva kokoonpano valmistui 10. joulukuuta 2022. Vaihtoverkkohyväksymisen sähköjännitetestiä tehtiin, ja tukeva eristin kohdasi poikkeuksellisen sähkökaaren.

Poikkeaman sijainti, paikan päällä oleva kokoonpanon laatu, materiaalien vastaavuus, valmistushistoria, X-puolen säteilydefektointi, resiinin liuottaminen ja sähkökenttäsimulaatio analysoitiin. Tukevan eristimen murtumisen syy selvisi, ja esitettiin ehdotuksia vahvistaa valvontaa ja laadunvalvontaa GIS:n valmistusprosessissa.Paikan päällä olevan sähköjännitetestin ja eristyksen testiohjeet kaasuälytettyä metallista suljettua vaihtokonetta varten, sekä hyväksytty testisuunnitelma.

Testejännite

Otetaan 740 kV:n valmistajan määrittelemästä sähköjännitteestä 80 %, mikä on 592 kV, kesto 1 minuutti.

Ehdot, jotka testattava laite pitää täyttää

• Kaikkien testattavan GIS:n alueiden SF₆-kaasupaine pitää olla nimellispaineen mukaan.

• Kaikki testattavan GIS:n maayhdistimet pitää olla avoimessa asemassa; lukuun ottamatta 1M ja 2M bussien PT-eristimet, jotka on vedetty (avattu) ja maanjäristetty, kaikki muut testattavat laitteet pitää olla kiinni.

• Testattavan GIS:n kolmifasettisten syöttö- ja ulospäin suuntautuvien buksien ensimmäiset johtimet pitää irrottaa, ylläpitäen riittävän turvallisuusetäisyyden ja luotettavan maanjäristymän.

• Testattavan GIS:n virtakääntäjien toissijaiset pyöritykset pitää lyhentää ja maanjäristää luotettavasti.

Testimenetelmä ja kriteerit

Testattavan GIS:n testejännitettä pitää nostaa 0 V:stä 318 kV:ksi ensin, pidetään 5 minuuttia, sitten nostetaan 473 kV:ksi ja pidetään 3 minuuttia. Lopuksi testejännite nostetaan nominaaliseen sähköjännitetoleranssiarvoon 592 kV:ksi ja pidetään 1 minuutti. Jos ei ole sähkökaarta, se pidetään hyväksyttävänä.

Poikkeama-alueiden etsiminen ja käsittely
Poikkeaman yleiskatsaus

11. joulukuuta 2022 kello 14:03 suoritettiin insuloidun sähköjännitetestin pääkierrokselle 550 kV GIS:n rakennustyömaalla. Testaamalla fasetteja B ja C, sähköjännite nostettiin 318 kV:ksi ja pidettiin 5 minuuttia, menestyksekkäästi. Kun sähköjännite nostettiin 473 kV:ksi ja pidettiin 2 minuuttia, tapahtui sähkökaari. Sähköjännite laskeutui nopeasti 0 V:ksi, ja kuultiin melko äänekkäästi poikkeuksellista ääntä sublaitoksessa, joka keskeytti testin. Turvatoimiin ryhdyttyä mittasi 1M - C-faseen pääkierroksen maasta insuloituusresistanssi 400 MΩ ja muun osan 200 GΩ. Pääteltiin, että 1M - C-faseen kuljettavassa laitteessa oli virhe. Kuviossa 1 näkyy sähköjännitetestin kytkentä ja poikkeama-alue. Kuvion tummanosa osoittaa sähköjännitteen soveltamisalueen.

Kuviossa 1 voidaan nähdä, että sähköjännitteen soveltamisalue sisältää: 6 katkaisijaa, jotka 1M-bussi kuljettaa, 6 bussierottimesta, 2 linjanpuoleista erottimesta, 5 ilmakammio-osastoa, 1 bussierottimesta, jota 1M kuljettava PT-kääntäjä kuljettaa, ja 6 bussierottimesta 2M. Sähköjännitteen soveltamispiste asetettiin ulkopuoliseen 2. päällystyn muuntajan syöttölaitteeseen.

Poikkeama-alueiden etsintäprosessi

GIS on täysin suljettu rakenne, jossa useat itsenäiset komponentit muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden. 1M:ään liittyvällä laitteella on 83 itsenäistä kaasualuetta, mikä tekee poikkeama-alueiden löytämisestä haastavaa. Tutkimuksen jälkeen otettiin käyttöön pistepohjainen eliminointimenetelmä rajamaan poikkeaman laitteen laajuutta.

Täydellisen suljetun GIS-rakenteen vuoksi eristystä voidaan mitata vain altistuneilla osilla, ja eristyksen mittauspisteet ovat kaikki 15 metrin korkeudessa ulkopuolisilla riser-seinoilla. Eristyksen mittaamisessa on monia rajoittavia tekijöitä. Esimerkiksi henkilöstön täytyy käyttää kraania päästäkseen pois ja sinne, kommunikaatiotyökaluja tarvitaan yhteydenpitoon, ja testijohdot täytyy jatkuvasti vaihtaa mittauksen aikana. Analyysin perusteella havaittiin, että 1M:ään liittyvän PT-erottimen sulkeminen ja PT:n toissijaisen maajohdon poistaminen teki erityisen käteväksi PT:n käytön eristyksen mittauspisteenä, mahdollistaen inspektoreille reaaliaikaisen kommunikaation ilman kommunikaatiotyökalujen tarvetta.

Kaikki 1M:ään yhdistetyt erottimet avattiin, ja kaikki katkaisijat suljettiin. Sitten aloitettuna sähköjännitteen soveltamispisteen välillä, 1M:ään yhdistetyt erottimet (lukuun ottamatta 1M VT-erottimesta) suljettiin yksi kerrallaan, ja eristys mitattiin joka kerta, kun erottin suljettiin. Lopulta 1M - C-bussin lähtevän reitin välillä 5W11 mittasi pääkierroksen eristys 400 MΩ. Lisäämällä tämän välillä olevan katkaisimen katkaisimen, poikkeama-alue määräytyi lopulta tämän katkaisimen linjanpuolen erottimesta ulkopuoliseen GIS:n buksiin.

Poikkeama-alue erotettiin kuviossa 1, ja toinen sähköjännite sovellettiin ei-poikkeama-alueilta pääeristystestiprosessin mukaan. Tulokset olivat hyväksyttäviä. Jäljellä oleville laitteille suoritettiin sähköjännitetestit, ja ne menestyivät sujuvasti.

Poikkeama-alueiden käsittely

Poikkeama-aluelta löytyi 5 itsenäistä kaasualuetta. Tukevan eristimen poikkeaman tarkka määrittäminen vaati, että jokainen kaasualue avattiin yksi kerrallaan tarkastusta varten.Koska GIS:n sisällä oleva SF₆-kaasu oli myrkyllistynyt testin jälkeen, 12. joulukuuta 2022, kun kaasu kerättiin ja laite purkautui tarkastusta varten, havaittiin, että 1M - C-bussin 02 - 5 kaasualueen pystybussin alhaalla olevan kolmivaiheisen bussin tukeva eristin oli murtunut. Bussijohto, kotelot ja viereiset eristimet täyttivät tuotantotekniset vaatimukset.

Valmistaja vaihtoi poikkeaman eristimen 13. joulukuuta, uudelleenasensi bussin, ja suoritti kaasukäsittelyn, levinnyttojen mittaamisen, kosteuden mittaamisen ja pääkierroksen vastusmittauksen. Tulosten osoittautuneen hyväksyttäviksi, 14. joulukuuta suoritettiin uusi sähköjännitetesti edellä mainitun testikytkennän ja pääeristystestiprosessin mukaan. Testitulokset olivat hyväksyttäviä (592 kV, kesto 1 minuutti).

Tukevan eristimen murtumisen syyanalyysi

GIS:ssä on yhteensä 145 tukevaa eristintä. Onko murtunut tukeva eristin eristävä tapaus vai osa laajempaa ongelmaa on ratkaisevan tärkeää nostosublaitoksen turvalliselle ja luotettavalle toiminnalle. Siksi on tärkeää selvittää epäonnistuneen eristimen murtumisen perussyitä tutkimalla seuraavilta osin.

Bussin paikan päällä olevan kokoonpanon laadun tarkastus

CX1 - 1C (tehdaskoodi, sama alla) bussi kokoonpantiin paikan päällä 3. joulukuuta 2022. Kokoonpanoprosessissa valmistajan paikan päällä oleva edustaja tarkisti jokaisen kohdan "Paikan päällä dokkauksen vahvistamisen toimintakortilla". Omistaja ja valvonta todistivat prosessia yhdessä, ja kokoonpano voitiin aloittaa vasta, kun kolme osapuolta oli allekirjoittanut asiakirjat. Kokoonpanon jälkeen suoritettiin paikan päällä vahvistustestejä, kuten kaasun kosteus, levinnyttö ja silmukkaresistanssi. Tämä sulkee pois mahdollisuuden, että eristimen murtuminen johtui paikan päällä olevan kokoonpanon laadusta, prosesseista tai muista tekijöistä.

Bussin tukevien eristinten materiaalin vastaavuuden tarkastus

Murtunut tukeva eristin on tehdaskoodilla Z220704 - 1G1, joka valmistettiin valmistajan tytäryhtiössä heinäkuussa 2022. Ennen lähtöä tehtaasta tälle tukevalle eristimelle tehtiin tarkastuksia ja testeihin, kuten ulkonäön tarkastus, mittojen mittaaminen, lasittumislämpötilan testaus, X-puolen säteilydefektointi ja sähkötestit, jotka osoittivat vastaavuuden.

Eristinten tehdaskoodit ja saapumistarkastusraportit osoittavat, että molemmat tehdaskoodit ja saapumistarkastustulokset täyttävät vaatimukset.

Bussin valmistushistorian tarkastus

CX1 - 1C bussiyksikön kokoonpanohistorian tarkastus osoittaa, että valmistaja aloitti tuotannon ja kokoonpanon 20. syyskuuta 2022 ja suoritti työt 12. lokakuuta 2022. Kokoonpanohistoriatiedot osoittavat, että sekä sisäiset että ulkomaiset kokoonpanoprosessit täyttivät tekniset vaatimukset ja prosessinormit, jotka on määritelty piirroksissa, eikä havaittu poikkeamia. Siksi voidaan sulkea pois, että valmistushistoriatiedostossa mainitut prosessit aiheuttivat tukevan eristimen murtumisen.

Bussin tehdaskoodien tarkastus

CX1 - 1C bussi käy läpi salaman impulssin, sähköjännitetestin ja osittaisen sähköjännitetestin valmistajan tehtaassa 6. lokakuuta 2022, joka menestyi ensimmäisellä kerralla, ja testitulokset olivat hyväksyttäviä. Tämä osoittaa, että bussi ja eristimet olivat normaalit, kun ne lähtivät tehtaasta.

Poikkeamien tukevien eristinten tarkastus

Tarkastukset tehdään poikkeamien tukevien eristinten epäonnistumisluonteesta ja vahvistustesteistä (mukaan lukien mittojen tarkastus, defektointi, materiaalianalyysi jne.).

Epäonnistumisluonne

Tämän eristimen pinnan sähköjännitetien polkua analysoimalla havaittiin, että korkean jännitteen elektrodiin ja matalan jännitteen elektrodiin välillä olevassa eristävässä osassa on läpimurto. Yleensä eristimen läpimurto johtuu tietyistä puutteista eristävän osan sisällä tai lisämekaanisesta stressistä, joka aiheuttaa rakoja eristävän osan sisällä, ja sitten läpimurto tapahtuu rakojen pitkin.

Vahvistustestit

Mittojen uudelleentarkastus. Poikkeaman tukevan eristimen mittojen uudelleentarkastus oli hyväksyttävää. Uudelleentarkastustulokset näkyvät taulukossa 1.

X-puolen säteilydefektointi. Poikkeaman tukevalle eristimelle tehtiin X-puolen säteilydefektointi, ja ei löydetty muita ulkoisia puutteita kuin murtumarakojen.Resiinin materiaalin uudelleentarkastus. Poikkeaman näyteistä otettiin näytteitä resiinin tiheyden, täyteaineen sisältöprosentin ja lasinvaihtotemperatuurin uudelleentarkastusta varten, ja tulokset olivat hyväksyttäviä. Resiinin materiaalin testitulokset näkyvät taulukossa 2.

Resiinin ja elektrodin välisen liitoskohdan uudelleentarkastus. Erityisesti ei-discharge-osasta eristintä leikattiin, ja eristimen resiini-metalli-liitospinta väritettiin defektointia varten. Paitsi paikallinen väriaineen lievä penetrointi murtumapaikassa, muu alue oli normaali, mikä osoitti, ettei resiinin sisällä ollut puutteita ja että resiini oli hyvin sidottu elektrodiin.

Resiinin sulamisen uudelleentarkastus. Kun poikkeaman tukevan eristimen resiini sulattiin korkeassa lämpötilassa, elektrodi tarkastettiin uudelleen. Korkean jännitteen elektrodin kaarevaan pintaan oli paikallinen epänormaali muoto sähköjännitteen purkupaikassa. Yhteenvetona voidaan sanoa, että tukevan eristimen valmistusprosessissa epäasianmukainen käyttö aiheutti korkean jännitteen elektrodin kaarevan pinnan epänormaalin muodon. Koska muutos oli pieni, operaattorit eivät huomanneet sitä ajoissa, ja viallinen komponentti siirtyi seuraavaan prosessiin ja lopulta eristimeen.

Tämä epäonnistuminen johtui operaattoreiden epäasianmukaisesta käytöstä, mikä aiheutti elektrodin epänormaalin muodon ja sen jälkeen eristimen murtumisen. Tämän tukevan eristimen rakenne on valmistajan käyttämä eristysrakenne. Vuodesta 2003 lähtien on valmistettu yli 36 000 eristintä, jotka toimivat luotettavasti kentässä. Siksi tämän tukevan eristimen murtuminen on eristävä tapaus.

Simulointivarmenne

Turvallisuussyistä simulointivarmenne suoritettiin bussiin tämän eristimen rakenteella.Sähköjännitteen soveltaminen: Keskitaso ja korkean jännitteen elektrodi eristimessä on 1675 kV, kun taas kotelot, tuen perusta ja matalan jännitteen elektrodi eristimessä ovat 0 potentiaalissa.
Arviointiperusteet: Minimitoimintakaasupaineen 0,45 MPa olosuhteissa eristimen pintasähkökentän voimakkuus ei saa ylittää 12 kV/mm, ja eristimen korkean jännitteen elektrodin sähkökentän voimakkuus ei saa ylittää 50 kV/mm.

Simuloinnin tulokset osoittivat, että eristimen maksimipintasähkökentän voimakkuus on 10,5 kV/mm, mikä on alle 12 kV/mm, ja tulokset ovat hyväksyttäviä. Korkean jännitteen elektrodin pinnan maksimisähkökentän voimakkuus on 21,2 kV/mm. Muunnettuna 318 kV:n sähköjännitteeseen, maksimisähkökentän voimakkuus on 40,2 kV/cm, mikä on alle 50 kV/cm, ja tulokset ovat myös hyväksyttäviä.

500 kV nostosublaitoksen 550 kV GIS:n ensimmäinen energiantuonti onnistui 28. joulukuuta 2022. Yksikkö 2 yhdistettiin verkostoon ensimmäisen kerran 29. marraskuuta 2023. Kaikki sublaitoksen laitteet ovat kestäneet painetestin ja toimivat normaalisti.

Johtopäätös

110 kV:n ja yläpuolella oleville tärkeille korkeajännitevarusteille on noudatettava DL/T 586—2008 "Valvontatekniset ohjeet sähkövarusteen valmistukselle" mukaisia vaatimuksia vahvistaa laitteiden valmistustehdasvalvontaa ja hallita laitteiden valmistuslaatua lähteestä. GIS-valmistajien on parannettava laadunvalvontatietoisuuttaan, laajasti sortattava laadunriskipisteitä jokaisella työpaikalla ja parannettava dokumentteja, kuten toimintasäännökset, toimintaperiaatteet ja toimintamenetelmät kaikilla jänniteasteilla. Pitää toteuttaa kattava valvonta osien hankinnan, tuotteen suunnittelun, osien käsittelytekniikan, saapumistarkastuksen, tuotteen kokoonpanon, testauksen ja paikan päällä olevan asennuksen yhteydessä, jotta varmistetaan tuotteiden turvallisuus, vakaus ja luotettavuus.