Pagsusuri at Pagproseso ng Anomalya sa 550 kV GIS Withstand Voltage Test
Ang Gas - insulated metal - enclosed switchgear (GIS) ay isang switching device na binubuo ng mga switching appliances tulad ng circuit breakers (GCB), disconnectors (DS), earthing switches (ES), pati na rin ang mga yunit tulad ng voltage transformers, current transformers, surge arresters, at enclosed busbars. Ang mga high - potential components ay lahat nasa loob ng isang grounded enclosed metal shell, na puno ng SF₆ gas na may mahusay na insulating at arc - extinguishing properties bilang insulating medium. Ang GIS ay may kompaktong struktura, maliit na footprint, mababang pangangailangan sa maintenance, madaling pagkakainstalo, mahusay na interrupting performance, at walang interference, at lalong lubos na malaganap na ginagamit sa mga power system.
Ang 550 kV GIS sa isang 500 kV step - up substation ng isang kompanya ay gumagamit ng double - busbar wiring arrangement structure, na may 2 main transformer incoming lines, 1 starting and standby transformer incoming line, 2 outgoing lines, at 1 bus - tie, kabuuang 6 circuit breakers. Bawat isa sa 1M at 2M ay may 1 PT bay. Ito ay gawa noong ika-28 ng Oktubre 2022, at natapos ang on - site assembly noong ika-10 ng Disyembre 2022. Sa panahon ng handover withstand voltage test, isang supporting insulator ang nagkaroon ng abnormal breakdown.
Nagawa ang mga analisis mula sa mga aspeto tulad ng lokasyon ng anomaly, kalidad ng on - site assembly, pagsunod ng materyal, kasaysayan ng factory manufacturing, X - ray flaw detection, resin dissolution, at electric field simulation. Natukoy ang sanhi ng pagkakasira ng supporting insulator, at ibinigay ang mga rekomendasyon para sa pagpapatibay ng supervision at quality control sa proseso ng paggawa ng GIS.Ang on - site withstand voltage at insulation test guidelines para sa gas - insulated metal - enclosed switchgear, at ang approved test plan.
Test Voltage
Kinuha ang 80% ng rated short - time power - frequency withstand voltage value ng 740 kV na inilalarawan ng manufacturer, na 592 kV, na may duration ng 1 minuto.
Conditions that the Tested Equipment Should Meet
Test Method and Criteria
Ang test voltage para sa pinagsubok na GIS ay dapat itataas mula 0 V hanggang 318 kV una, na hahawakan ng 5 minuto, pagkatapos ay itataas hanggang 473 kV at hahawakan ng 3 minuto. Sa huli, itataas ang test voltage hanggang sa rated withstand voltage value ng 592 kV at hahawakan ng 1 minuto. Kung walang breakdown, ito ay ituturing na qualified.
Searching for and Handling of Abnormal Points
Overview of the Breakdown Abnormality
Noong ika-11 ng Disyembre 2022, sa 14:03, isinagawa ang isang insulation handover withstand voltage test ng main circuit sa 550 kV GIS sa substation sa construction site. Kapag tinest ang phases B at C, itinaas ang voltage hanggang 318 kV at hinala ng 5 minuto, na lumampas sa test. Kapag itinaas ang voltage hanggang 473 kV at hinala ng 2 minuto, nangyari ang isang breakdown. Bigla na lang bumaba ang voltage hanggang 0 V, at narinig ang isang medyo malaking abnormal sound sa substation, na nagresulta sa pagkakansela ng test. Pagkatapos magkaroon ng mga safety measures, iminasure ang insulation resistance to ground ng 1M - C phase main circuit na 400 MΩ, at ang natitirang bahagi ay 200 GΩ. Natukoy na mayroong fault sa isang device na dinala ng 1M - C phase. Ang wirings para sa withstand voltage test at ang abnormal area ay ipinapakita sa Figure 1. Ang blackened part sa larawan ay naghahayag ng voltage - applying range.
Makikita mula sa Figure 1 na ang voltage - applying range ay kinabibilangan ng: 6 circuit breakers na dinala ng bus 1M, 6 bus disconnectors, 2 line - side disconnectors, 5 sets ng air bushings, 1 bus disconnector ng PT na dinala ng 1M, at 6 bus disconnectors ng 2M. Ang voltage - applying point ay itinakda sa riser ng incoming line ng Main Transformer No. 2 sa labas.
Process of Searching for Abnormal Points
Ang GIS ay may fully - enclosed structure, na may maraming independent components na bumubuo ng isang integrated whole. Ang equipment na may kaugnayan sa 1M ay may 83 independent gas compartments, na nagbibigay ng mahirap na lokasyon ng abnormal points. Matapos ang pag-aaral, isinagawa ang isang point - by - point elimination method upang mapalitid ang saklaw ng abnormal equipment.
Dahil sa fully - enclosed structure ng GIS, ang insulation ay maaaring sukatin lamang sa mga exposed parts, at ang mga insulation measurement points ay lahat nasa 15 - meter - high riser seats sa labas. Kapag sukat ang insulation, maraming restrictive factors. Halimbawa, ang mga tao ay kailangang gumamit ng crane upang makapasok at makalabas, ang communication tools ay kailangan para sa liaison, at ang mga test leads ay kailangang palitan tuwing sukat. Sa pamamagitan ng pag - analyze, natuklasan na ang pag - close ng PT disconnecting switch na may kaugnayan sa 1M at pag - remove ng secondary ground wire ng PT ay magbibigay ng napakadaling paggamit ng PT bilang isang insulation measurement point, na nagbibigay ng kakayahan sa mga inspector na mag - communicate sa real - time nang hindi umaasa sa communication tools.
Ang lahat ng disconnecting switches na konektado sa GIS 1M ay binuksan, at ang lahat ng circuit breakers ay isinara. Pagkatapos, mula sa interval sa voltage - applying point, ang mga disconnecting switches na konektado sa 1M (maliban sa 1M VT disconnecting switch) ay isinasara isa - isa, at sukat ang insulation bawat isang disconnecting switch na isinasara. Sa wakas, sa outgoing line interval 5W11 ng 1M - C bus, ang insulation ng main circuit ay sukat na 400 M&Ω. Pagkatapos ito ay buksan ang circuit breaker ng interval na ito, natukoy na ang abnormal point ay nasa lugar mula sa line - side disconnecting switch ng circuit breaker na ito hanggang sa outdoor GIS bushing.
Ang abnormal area sa Figure 1 ay inisolate, at isinagawa ang pangalawang voltage application sa non - abnormal parts ayon sa main insulation withstand voltage test procedure. Ang resulta ay nagpakita ng compliance. Isinagawa ang power - frequency withstand voltage tests sa natitirang equipment, lahat ay lumampas nang maayos.
Handling of Abnormal Points
Mayroong 5 independent gas compartments sa abnormal area. Upang ma - locate nang wasto ang abnormal point, kinakailangang buksan ang bawat gas compartment isa - isa para sa inspection.Dahil ang SF₆ gas sa loob ng GIS ay naging toxic pagkatapos ng test, noong ika-12 ng Disyembre 2022, pagkatapos ng recovery ng gas at pag - disassemble ng equipment para sa inspection, natuklasan na ang supporting insulator ng three - way busbar sa ilalim na bahagi ng vertical busbar sa 02 - 5 gas compartment ng 1M - C busbar ay nasira. Ang busbar conductor, casing, at adjacent insulators ay lahat sumunod sa teknikal na requirements ng produkto.
Ang manufacturer ay pinalitan ang abnormal insulator noong ika-13 ng Disyembre, na reinstall ang busbar, at natapos ang gas treatment, leak detection, moisture measurement, at main - circuit resistance measurement. Pagkatapos ng resulta na lumampas, noong ika-14 ng Disyembre, isinagawa muli ang power - frequency withstand voltage test gamit ang nabanggit na test wiring method at sumunod sa main - circuit insulation withstand voltage test procedure. Ang resulta ng test ay lumampas (592 kV na hinala ng 1 minuto).
Analysis of the Causes of Supporting Insulator Fracture
Mayroong kabuuang 145 supporting insulators sa GIS. Kung ang nasirang supporting insulator ay isang isolated case o bahagi ng isang batch - wide problem, ito ay napakahalaga para sa safe at reliable commissioning ng step - up substation. Kaya, upang matukoy ang root cause ng pagkakasira ng fault insulator, isinagawa ang mga pag - aaral mula sa mga sumusunod na aspekto.
Inspection of Busbar On - site Assembly Quality
Ang CX1 - 1C (factory number, pareho sa ibaba) busbar ay inasemble sa site noong ika-3 ng Disyembre 2022. Sa panahon ng proseso ng assembly, ang on - site representative ng manufacturer ay veripiko ang bawat item batay sa "On - site Docking Confirmation Operation Item Card". Ang owner at supervisor ay saksi sa proseso, at ang assembly ay maaaring magpatuloy lamang pagkatapos ng tatlong partido ang nagtapos ng signing formalities. Pagkatapos ng matapos ang assembly, isinagawa ang on - site verification tests tulad ng gas moisture content, leak detection, at loop resistance. Ito ay halos nakakawala ng posibilidad na ang pagkakasira ng insulator ay dahil sa kalidad ng on - site assembly, proseso, at iba pang factors.
Inspection of the Material Compliance of Supporting Insulators for Busbars
Ang nasirang supporting insulator ay may factory - out number na Z220704 - 1G1, na gawa ng isang subsidiary company ng manufacturer noong Hulyo 2022. Bago lumabas ng factory, ang supporting insulator na ito ay dumaan sa mga inspections at tests tulad ng visual inspection, dimensional measurement, vitrification temperature testing, X - ray flaw detection, at electrical testing, lahat ay sumunod sa compliance.
Ang factory - out inspection reports at incoming - inspection records ng mga insulators ay nagpapakita na ang factory - out at incoming - inspection results ay sumunod sa mga requirements.
Inspection of Busbar Manufacturing History
Isinagawa ang inquiry sa assembly history ng CX1 - 1C busbar unit, na nagsimula ang manufacturer ng production at assembly noong ika-20 ng Setyembre 2022, at natapos ang trabaho noong ika-12 ng Oktubre 2022. Ang mga record sa assembly history table ay nagpapakita na ang internal at external assembly processes ay sumunod sa teknikal na requirements at process standards na inilalarawan sa mga drawing, na walang anumang abnormality. Kaya, maaaring i - exclude na ang mga proseso na inilista sa manufacturing history table ang nagdulot ng pagkakasira ng supporting insulator.
Inspection of Busbar Factory - out Tests
Ang CX1 - 1C busbar ay dumaan sa lightning impulse, power - frequency withstand voltage, at partial discharge tests sa factory ng manufacturer noong ika-6 ng Oktubre 2022, lahat ay lumampas sa unang attempt, at ang resulta ng test ay sumunod sa compliance. Ito ay nagpapakita na normal ang busbar at insulators nang lumabas sila ng factory.
Inspection of Abnormal Supporting Insulators
Isinagawa ang mga inspections mula sa mga aspeto tulad ng failure nature ng abnormal supporting insulators at verification tests (kasama ang dimensional inspection, flaw detection, material analysis, atbp.).
Failure Nature
Ang analisis ng surface discharge path ng insulator na ito ay nagpapakita na may appearance ng through - damage sa insulating part sa pagitan ng high - voltage electrode at low - voltage electrode. Karaniwan, ang through - damage ng insulator ay nangyayari dahil sa presence ng ilang defects sa loob ng insulating part, o dahil sa additional mechanical stress, na nagdudulot ng mga cracks sa loob ng insulating part, at pagkatapos ay nangyayari ang through - breakdown along the cracks.
Verification Tests
Dimensional re - inspection. Ang dimensional re - inspection ng abnormal supporting insulator ay sumunod sa compliance. Ang resulta ng re - inspection ay ipinapakita sa Table 1.
X - ray flaw detection. Isinagawa ang X - ray flaw detection sa abnormal supporting insulator, at hindi natuklasan ang anumang external defects maliban sa fracture cracks.Resin material re - inspection. Kinuha ang mga samples mula sa abnormal specimens para sa re - inspection ng density, filler content rate, at glass transition temperature, at ang resulta ay sumunod sa compliance. Ang resulta ng resin material detection ay ipinapakita sa Table 2.
Re - inspection ng resin - to - electrode bonding interface. Ang hindi discharged area ng insulator ay ginupit, at ang resin - to - metal bonding surface ng insulator ay dyed para sa flaw detection. Maliban sa lokal na slight penetration ng coloring agent sa fracture, ang ibang area ay normal, na nagpapatunay na walang defects sa loob ng resin at ang resin ay maayos na bonded sa electrode.
Re - inspection ng resin melting. Pagkatapos ang resin ng abnormal supporting insulator ay melted sa mataas na temperatura, ang electrode ay isinagawa ng re - inspection. May lokal na abnormal deformation sa posisyon ng discharge point sa arc - shaped surface ng high - voltage electrode. Sa wakas, sa proseso ng paggawa ng supporting insulator, ang improper operation ay nagdulot ng abnormal deformation sa arc - shaped surface ng high - voltage electrode. Dahil ang deformation ay maliit, ang mga operator ay hindi nakadetect nito agad, na nagresulta sa pagpasok ng defective components sa susunod na proseso at sa huli ay nagresulta sa pouring ng insulator.
Ang pagkakasira na ito ay dulot ng non - standard operation ng mga operator, na nagdulot ng abnormal deformation ng electrode at pagkakasira ng insulator. Ang structure ng supporting insulator na ito ay isang insulation structure na ginagamit ng manufacturer. Simula noong 2003, mahigit 36,000 insulators ang na - manufacture at naka - operate nang maayos sa field. Kaya, ang pagkakasira ng supporting insulator na ito ay isang isolated case.
Simulation Verification
Para sa seguridad, isinagawa ang simulation verification sa busbar na may ganitong insulator structure.Voltage application: Ang central conductor at ang high - voltage electrode ng insulator ay nasa 1675 kV, habang ang casing, support base, at low - voltage electrode ng insulator ay nasa 0 potential.
Judgment criteria: Sa minimum functional gas pressure ng 0.45 MPa, ang surface - flashover electric field strength ng insulator ay hindi dapat lumampas sa 12 kV/mm, at ang electric field strength ng high - voltage electrode ng insulator ay hindi dapat lumampas sa 50 kV/mm.
Ang resulta ng simulation ay nagpapakita na ang maximum surface - flashover electric field strength ng insulator ay 10.5 kV/mm, na mas mababa sa 12 kV/mm, at ang resulta ay sumunod sa compliance. Ang maximum electric field strength sa surface ng high - voltage electrode ay 21.2 kV/mm. Konvertido sa kondisyong power - frequency voltage ng 318 kV, ang maximum electric field strength ay 40.2 kV/cm, na mas mababa sa 50 kV/cm, at ang resulta ay sumunod din sa compliance.
Ang 550 kV GIS ng 500 kV step - up substation ay matagumpay na energized sa unang pagkakataon noong ika-28 ng Disyembre 2022. Ang Unit 2 ay konektado sa grid sa unang pagkakataon noong ika-29 ng Nobyembre 2023. Ang lahat ng equipment sa substation ay naka - undergo ng pressure test at naka - operate nang maayos.
Conclusion
Para sa mahalagang high - voltage equipment ng 110 kV pataas, kinakailangang sumunod nang maigsi sa mga related requirements ng DL/T 586—2008 "Technical Guidelines for Supervision of Power Equipment Manufacturing" upang palakasin ang factory - based supervision ng equipment at kontrolin ang kalidad ng paggawa ng equipment mula sa pinagmulan. Ang mga GIS manufacturers ay kailangang palakasin ang kanilang quality control awareness, comprehensive na sortout ang mga quality - related risk points sa bawat post, at i - improve ang mga dokumento tulad ng operation specifications, operation standards, at operation procedures para sa product assembly sa lahat ng voltage levels. Dapat magkaroon ng comprehensive control sa mga link tulad ng component procurement, product design, component processing technology, incoming inspection, product assembly, testing, at on - site installation upang tiyakin ang seguridad, stability, at reliability ng mga produkto.
