Analiza i obrada nepravilnosti pri ispitivanju otpornosti na napon od 550 kV GIS
Gazno izolirano metalno zatvoreno prekidačko uređajstvo (GIS) je prekidački uređaj sastavljen od prekidačkih aparata poput gasnih prekidača (GCB), razdjelnika (DS), zemljača (ES) te jedinica poput naponskih transformatora, strujnih transformatora, zaštita od prenapona i zatvorenih busova. Visokopotencijalni komponenti su sve smješteni unutar zemljenog zatvorenog metalnog omotača, ispunjenog SF₆ plinom koji ima odlične izolacijske i ugaseće svojstva kao izolacijsko sredstvo. GIS ima kompaktnu strukturu, mali prostorni zahtjev, niske održavajuće potrebe, laku instalaciju, dobru prekidnu sposobnost, bez interferencije, te se sve više široko koristi u elektroenergetskim sustavima.
550 kV GIS u 500 kV pretvarnom postrojenju neke tvrtke koristi dvostruku busovu shemu, sa 2 glavnih transformatora, 1 početnim i rezervnim transformatorom, 2 izlazna voda i 1 bus spojnica, ukupno 6 prekidača. Svaki od 1M i 2M opremljen je s 1 PT intervalom. Izrađen je 28. listopada 2022., a montiran na terenu 10. prosinca 2022. Tijekom prijemnog testa otpornosti na napon, podložna izolatora doživjela je anormalnu probiju.
Analize su provedene s aspekta lokacije anomalije, kvalitete montaže na terenu, usklađenosti materijala, povijesti proizvodnje u fabrici, rентгеновог прегледа за откриће дефеката, растворивања смоле и симулације електричног поља. Утврђена је узрок разбијања подршне изолаторе, а дате су препоруке за јачи надзор и контролу квалитета током процеса производње GIS-а.Smjernice za prijemni test otpornosti na napon i izolaciju gazno izoliranog metalno zatvorenog prekidačkog uređajstva, te odobreni plan testiranja.
Testni napon
Uzima se 80% vrijednosti naponske frekvencijske otpornosti na kratko vrijeme od 740 kV koju navodi proizvođač, što iznosi 592 kV, s trajanjem 1 minuta.
Uslovi koje treba ispuniti ispitivano opremu
Metoda i kriteriji testiranja
Napon ispitivanog GIS-a treba povećati s 0 V na 318 kV, držati 5 minuta, zatim povećati na 473 kV i držati 3 minute. Konačno, testni napon povećava se do nominirane vrijednosti otpornosti na napon od 592 kV i drži 1 minutu. Ako ne dođe do probije, smatra se da je ispitivanje uspješno.
Pronalaženje i obrada anormalnih točaka
Pregled anormalnosti probije
11. prosinca 2022. godine u 14:03 sati, na terenu izvršen je test prijemne izolacijske otpornosti na napon glavnog kruga 550 kV GIS-a u postrojenju. Tijekom testiranja faza B i C, napon je povećan na 318 kV i držan 5 minuta, prolazeći test. Kada je napon povećan na 473 kV i držan 2 minute, dogodila se probija. Napon je iznenada pao na 0 V, a u postrojenju je čula se relativno glasna anormalna zvuk, prekinuvši test. Nakon što su sprovedene sigurnosne mjere, merena je izolacijska otpornost na zemlju glavnog kruga 1M - C faze i iznosila 400 MΩ, dok je ostatak imao 200 GΩ. Ustanovljeno je da postoji greška u određenom uređaju nosaču 1M - C faze. Shema vezivanja za testiranje otpornosti na napon i anormalna zona prikazana su na slici 1. Crna boja na slici označava područje primjene napona.
Iz slike 1 može se vidjeti da područje primjene napona uključuje: 6 prekidača nosača 1M, 6 bus razdjelnika, 2 linijni razdjelnika, 5 sklopova zračnih bušnjaka, 1 bus razdjelnik nosača 1M, i 6 bus razdjelnika 2M. Točka primjene napona postavljena je na izrast ulaznog voda Glavnog transformatora broj 2 vani.
Proces traženja anormalnih točaka
GIS ima potpuno zatvorenu strukturu, s više nezavisnih komponenti koje formiraju cjelinu. Oprema vezana za 1M ima 83 nezavisna plinska odjeljka, što čini lociranje anormalnih točaka prilično izazovnim. Nakon istraživanja, usvojena je metoda postepenog eliminiranja kako bi se suzilo područje anormalne opreme.
Zbog potpuno zatvorene strukture GIS-a, izolacija se može mjeriti samo na izloženim dijelovima, a točke mjerenja izolacije su sve na 15-metarskim izrastima vani. Tijekom mjerenja izolacije, postoje mnogi ograničavajući faktori. Na primjer, osoblje mora koristiti grue za ulazak i izlazak, potrebni su komunikacijski alati za veze, a provode za testiranje moraju se stalno mijenjati tijekom mjerenja. Analizom utvrđeno je da zatvaranjem PT razdjelnika vezanog za 1M i uklanjanjem sekundarnog zemljača PT-a, vrlo je praktično koristiti PT kao točku mjerenja izolacije, omogućujući inspektorima stvarno-vrijemensku komunikaciju bez ovisnosti o komunikacijskim alatima.
Svi razdjelnici vezani za GIS 1M su otvoreni, a svi prekidači su zatvoreni. Zatim, počevši od intervala u točki primjene napona, razdjelnici vezani za 1M (osim 1M VT razdjelnika) su zatvarani jedan po jedan, a izolacija se mjeri svaki put kad se zatvori razdjelnik. Konačno, u izlaznom intervalu 5W11 1M - C busa, izolacija glavnog kruga izmjerena je na 400 MΩ. Dalje otvaranjem prekidača tog intervala, anormalna točka konačno je utvrđena u području od linijne strane ovog prekidača do vanjskog GIS bušnjaka.
Anormalno područje na slici 1 bilo je izolirano, a druga primjena napona provedena je na ne-anomalnim dijelovima prema proceduri glavnog testa izolacijske otpornosti na napon. Rezultati pokazali su usklađenost. Testovi otpornosti na napon na ostatku opreme provedeni su, a svi su prošli uspješno.
Obrada anormalnih točaka
U anormalnom području bilo je 5 nezavisnih plinskih odjeljka. Za precizno lociranje anormalne točke, svaki plinski odjeljak morao je biti otvoren redom za pregled.Budući je SF₆ plin unutar GIS-a postao otrovan nakon testa, 12. prosinca 2022. godine, nakon vraćanja plina i demontaže opreme, utvrđeno je da je podložna izolatora triputnog busa u donjem dijelu vertikalnog busa u 02-5 plinskom odjeljku 1M-C busa bila razbita. Bus vodnik, oklop i susjedne izolatora su ispunjavale tehničke specifikacije proizvoda.
Proizvođač je zamijenio anormalnu izolatoru 13. prosinca, ponovno instalirao bus, i dovršio tretman plina, testiranje curenja, mjerenje vlage i mjerenje otpornosti glavnog kruga. Nakon što su se rezultati pokazali usklađenima, 14. prosinca proveden je novi test otpornosti na napon koristeći gore navedenu shemu vezivanja i slijedeći proceduru testiranja izolacijske otpornosti na napon glavnog kruga. Rezultati testa bili su usklađeni (592 kV držano 1 minutu).
Analiza uzroka razbijanja podložne izolatora
U GIS-u ukupno ima 145 podložnih izolatora. Važno je utvrditi je li razbita podložna izolatora izolirani slučaj ili dio problema šireg opsega, što je ključno za siguran i pouzdan pogon pretvarnog postrojenja. Stoga, kako bi se identificirao temeljni uzrok razbijanja neispravne izolatora, istraživanja su provedena s sljedećih aspekata.
Pregled kvalitete montaže busa na terenu
Bus CX1-1C (fabrični broj, isto niže) montiran je na terenu 3. prosinca 2022. godine. Tijekom procesa montaže, predstavnik proizvođača na terenu provjerio je svaki stavak prema "Kartici za potvrdu operacija na terenu". Vlasnik i nadzornik zajedno su svjedočili procesu, a montaža je mogla nastaviti tek nakon što su sve tri strane dovršile formalnosti potpisa. Nakon završetka montaže, provedeni su na-terenski testovi poput sadržaja vlažnosti plina, testiranja curenja i otpornosti petlje. Time se uglavnom isključuje mogućnost da je razbijanje izolatora uzrokovano kvalitetom, postupkom i drugim faktorima montaže na terenu.
Pregled usklađenosti materijala podložnih izolatora za busove
Razbita podložna izolatora ima fabrični broj Z220704-1G1, proizvedena je od strane podružnice proizvođača u lipnju 2022. godine. Prije napuštanja fabrike, ova podložna izolatora podvrgnuta je pregledima i testiranjima uključujući vizualni pregled, mjerne dimenzije, testiranje temperature vitrifikacije, rentgensko detektiranje defekata i električno testiranje, svi su pokazali usklađenost.
Izvještaji o izvodenju iz fabrike i zapisi o dolasku izolatora pokazuju da su i rezultati izvoda iz fabrike i dolaska u skladu s zahtjevima.
Pregled povijesti proizvodnje busa
Upit o povijesti montaže jedinice busa CX1-1C pokazao je da je proizvođač započeo proizvodnju i montažu 20. rujna 2022. godine, a dovršio rad 12. listopada 2022. godine. Zapisi u tablici povijesti montaže pokazuju da su i unutarnji i vanjski postupci montaže bili u skladu s tehničkim zahtjevima i standardima postupka navedenim u crtežima, bez otkrivenih anomalija. Stoga se može isključiti da su postupci navedeni u tablici povijesti proizvodnje uzrokovali razbijanje podložne izolatora.
Pregled testiranja busa pri napuštanju fabrike
Bus CX1-1C prošao je testiranje udarnog impulsa, testiranje otpornosti na napon frekvencijskog struja i testiranje parcijalnog ispuštanja u fabrici proizvođača 6. listopada 2022. godine, svi su prošli na prvom pokušaju, a rezultati testiranja bili su usklađeni. To upućuje na to da su bus i izolatori bili normalni pri napuštanju fabrike.
Pregled anormalnih podložnih izolatora
Pregledi su provedeni s aspekta prirode neispravnosti anormalnih podložnih izolatora i verifikacijskih testiranja (uključujući mjerne dimenzije, detektiranje defekata, analizu materijala itd.).
Priroda neispravnosti
Analiza putanje površinskog ispuštanja na ovom izolatoru pokazuje da postoji pojava propusnosti u izolativnom dijelu između visokonaponskog i niskonaponskog elektroda. Općenito, propusnost izolatora događa se zbog prisustva određenih defekata unutar izolativnog dijela, ili zbog dodatnog mehaničkog opterećenja, što dovodi do pojave pukotina unutar izolativnog dijela, a zatim propusnost duž pukotina.
Verifikacijska testiranja
Ponovno provođenje mjerila dimenzija. Ponovno provođenje mjerila dimenzija anormalnog podložnog izolatora bilo je usklađeno. Rezultati ponovnog provođenja mjerila prikazani su u tablici 1.
Rentgensko detektiranje defekata. Rentgensko detektiranje defekata provedeno je na anormalnom podložnom izolatoru, a ne otkriveni su vanjski defekti osim pukotine od razbijanja.Ponovno provođenje mjerila smole. Uzorci su uzeti iz anormalnih uzoraka za ponovno provođenje mjerila gustoće, sadržaja punilaca i temperature prelaska u stanje stakla, a rezultati bili su usklađeni. Rezultati detektiranja smole prikazani su u tablici 2.
Ponovno provođenje mjerila sučelja spajanja smole i elektroda. Nedisipirani dio izolatora presecan je, a sučelje spajanja smole i metala izolatora obojeno je za detektiranje defekata. Osim lokalne malo penetracije boje na mjestu pukotine, ostalo područje bilo je normalno, što dokazuje da unutar smole nema defekata i da je smola dobro spojena s elektrodama.
Ponovno provođenje mjerila taloženja smole. Nakon sto je smola anormalnog podložnog izolatora taložena na visoku temperaturu, elektrod ponovno je provođen. Postojala je lokalna anormalna deformacija na lukastoj površini visokonaponskog elektroda na mjestu točke disipiranja. Zaključno, tokom procesa proizvodnje podložnog izolatora, nepravilan rad operatora doveo je do anormalne deformacije lukaste površine visokonaponskog elektroda. Budući da je deformacija bila manja, operatori nisu uspjeli vremenski otkriti tu grešku, dopuštajući defektne komponente da prodju sljedeći proces i konačno dovesti do ljevanja izolatora.
Ova neispravnost uzrokovana je nepropisnim radom operatora, što je dovelo do anormalne deformacije elektroda i kasnije razbijanja izolatora. Struktura ovog podložnog izolatora je izolativna struktura koju proizvođač koristi. Od 2003. godine, proizvedeno je više od 36.000 izolatora i oni pouzdano funkcioniraju u polju. Stoga, razbijanje ovog podložnog izolatora predstavlja izolirani slučaj.
Simulacijska verifikacija
Iz sigurnosnih razloga, simulacijska verifikacija provedena je na busu s ovom strukturom izolatora.Primjena napona: Centralni vodnik i visokonaponski elektrod izolatora nalaze se na 1675 kV, dok su oklop, nosač i niskonaponski elektrod izolatora na 0 potencijalu.
Kriteriji ocjene: Pod minimalnim funkcionalnim tlakom plina od 0,45 MPa, jakost električnog polja površinskog ispuštanja izolatora ne bi smjela premašiti 12 kV/mm, a jakost električnog polja visokonaponskog elektroda izolatora ne bi smjela premašiti 50 kV/mm.
Rezultati simulacije pokazuju da je maksimalna jakost električnog polja površinskog ispuštanja izolatora 10,5 kV/mm, što je manje od 12 kV/mm, a rezultat je usklađen. Maksimalna jakost električnog polja na površini visokonaponskog elektroda iznosi 21,2 kV/mm. Pretvoreno na uvjeti frekvencijskog napona od 318 kV, maksimalna jakost električnog polja iznosi 40,2 kV/cm, što je manje od 50 kV/cm, a rezultat je također usklađen.
550 kV GIS u 500 kV pretvarnom postrojenju uspješno je energirao prvi put 28. prosinca 2022. godine. Jedinka 2 prvi put je spojena na mrežu 29. studenog 2023. godine. Sve opreme u postrojenju su prošle testiranje otpornosti i normalno funkcioniraju.
Zaključak
Za važnu visokonaponsku opremu od 110 kV i više, potrebno je strogo pridržavati relevantnih zahtjeva DL/T 586—2008 "Tehnički smjernice za nadzor proizvodnje elektroenergetske opreme" kako bi se jačao nadzor nad opremom u fabrici i kontrolirala kvaliteta proizvodnje opreme izvorom. Proizvođači GIS-a moraju jačati svjest o kontroli kvalitete, kompletno sortirati rizikne točke vezane uz kvalitetu na svakom radnom mjestu, i poboljšati dokumente poput uputa za rad, standarda rada i postupaka za montažu proizvoda na svim nivoima napona. Kompleksna kontrola treba se provođenja nad elementima poput nabave komponenata, dizajna proizvoda, tehnologije obrade komponenata, dolaska, montaže proizvoda, testiranja i montaže na terenu kako bi se osigurala sigurnost, stabilnost i pouzdanost proizvoda.
