Analisis dan penanganan abnormal uji tegangan tahan 550 kV GIS
Perangkat pemutus sirkuit logam tertutup gas (GIS) adalah perangkat pemutus yang terdiri dari peralatan pemutus seperti pemutus sirkuit (GCB), pemisah (DS), saklar tanah (ES), serta unit seperti transformator tegangan, transformator arus, penahan lonjakan, dan busbar tertutup. Komponen-komponen berpotensial tinggi semuanya ditempatkan di dalam cangkang logam tertutup yang terhubung ke tanah, yang diisi dengan gas SF₆ dengan sifat isolasi dan pemadam busur yang sangat baik sebagai medium isolasi. GIS memiliki struktur padat, area lantai kecil, persyaratan pemeliharaan rendah, mudah dipasang, kinerja pemutusan yang baik, dan tidak ada gangguan, dan semakin luas digunakan dalam sistem tenaga listrik.
GIS 550 kV di substasi pengubah tegangan 500 kV suatu perusahaan mengadopsi struktur pengaturan rangkaian dua busbar, dengan 2 jalur masuk trafo utama, 1 jalur masuk trafo start dan cadangan, 2 jalur keluar, dan 1 bus-tie, total 6 pemutus sirkuit. Setiap 1M dan 2M dilengkapi dengan 1 bay PT. Dibuat pada 28 Oktober 2022, dan pemasangan di tempat selesai pada 10 Desember 2022. Selama uji tahanan tegangan serah, insulator pendukung mengalami keruntuhan abnormal.
Analisis dilakukan dari aspek-aspek seperti lokasi anomali, kualitas pemasangan di tempat, kepatuhan material, sejarah manufaktur pabrik, deteksi cacat sinar-X, pelarutan resin, dan simulasi medan listrik. Penyebab keruntuhan insulator pendukung telah diidentifikasi, dan saran untuk memperkuat pengawasan dan kontrol kualitas selama proses manufaktur GIS diajukan.Pedoman uji tahanan tegangan dan isolasi di tempat untuk perangkat pemutus sirkuit logam tertutup gas, dan rencana uji yang disetujui.
Tegangan Uji
Diambil 80% dari nilai tahanan tegangan frekuensi daya jangka pendek yang ditentukan oleh pabrik sebesar 740 kV, yaitu 592 kV, dengan durasi 1 menit.
Kondisi yang Harus Dipenuhi oleh Peralatan yang Diuji
Metode dan Kriteria Uji
Tegangan uji GIS yang diuji harus dinaikkan dari 0 V menjadi 318 kV terlebih dahulu, dipegang selama 5 menit, kemudian dinaikkan menjadi 473 kV dan dipegang selama 3 menit. Akhirnya, tegangan uji dinaikkan menjadi nilai tahanan tegangan nominal 592 kV dan dipegang selama 1 menit. Jika tidak ada keruntuhan, maka dianggap memenuhi syarat.
Pencarian dan Penanganan Titik Anomali
Ikhtisar Keruntuhan Anomali
Pada pukul 14:03 tanggal 11 Desember 2022, uji tahanan tegangan isolasi serah sirkuit utama dilakukan pada GIS 550 kV di substasi konstruksi. Saat menguji fase B dan C, tegangan dinaikkan menjadi 318 kV dan dipegang selama 5 menit, lulus uji. Ketika tegangan dinaikkan menjadi 473 kV dan dipegang selama 2 menit, terjadi keruntuhan. Tegangan tiba-tiba turun menjadi 0 V, dan terdengar suara aneh yang relatif keras di substasi, menghentikan uji. Setelah langkah-langkah keselamatan diambil, resistansi isolasi ke tanah sirkuit utama 1M-C diukur sebesar 400 MΩ, dan bagian sisanya sebesar 200 GΩ. Ditetapkan bahwa ada kerusakan pada perangkat tertentu yang dibawa oleh 1M-C. Rangkaian uji tahanan tegangan dan area anomali ditunjukkan pada Gambar 1. Bagian yang hitam dalam gambar menunjukkan rentang aplikasi tegangan.
Dapat dilihat dari Gambar 1 bahwa rentang aplikasi tegangan mencakup: 6 pemutus sirkuit yang dibawa oleh bus 1M, 6 pemisah bus, 2 pemisah sisi jalur, 5 set bushing udara, 1 pemisah bus PT yang dibawa oleh 1M, dan 6 pemisah bus 2M. Titik aplikasi tegangan ditetapkan di riser jalur masuk Trafo Utama No. 2 di luar ruangan.
Proses Pencarian Titik Anomali
GIS memiliki struktur tertutup penuh, dengan komponen-komponen independen yang membentuk satu kesatuan. Peralatan yang terkait dengan 1M memiliki 83 kompartemen gas independen, sehingga cukup menantang untuk menemukan titik anomali. Setelah penelitian, metode eliminasi titik demi titik diadopsi untuk menyempitkan lingkup peralatan anomali.
Karena struktur tertutup penuh GIS, isolasi hanya dapat diukur di bagian-bagian yang terpapar, dan titik pengukuran isolasi semuanya berada di bangku riser setinggi 15 meter di luar ruangan. Saat mengukur isolasi, ada banyak faktor pembatas. Misalnya, personel perlu menggunakan derek untuk naik turun, alat komunikasi diperlukan untuk koordinasi, dan kabel uji perlu diubah secara konstan selama pengukuran. Melalui analisis, ditemukan bahwa menutup saklar pemisah PT yang terkait dengan 1M dan melepaskan kabel tanah sekunder PT akan membuat sangat mudah untuk menggunakan PT sebagai titik pengukuran isolasi, memungkinkan inspektur berkomunikasi secara real-time tanpa bergantung pada alat komunikasi.
Semua saklar pemisah yang terhubung ke GIS 1M dibuka, dan semua pemutus sirkuit ditutup. Kemudian, mulai dari interval di titik aplikasi tegangan, saklar pemisah yang terhubung ke 1M (kecuali saklar pemisah VT 1M) ditutup satu per satu, dan isolasi diukur setiap kali saklar pemisah ditutup. Akhirnya, di interval jalur keluar 5W11 dari bus 1M-C, isolasi sirkuit utama diukur sebesar 400 MΩ. Lebih lanjut, dengan membuka pemutus sirkuit interval ini, titik anomali akhirnya ditentukan berada di area dari saklar pemisah sisi jalur pemutus sirkuit ini hingga bushing GIS luar ruangan.
Area anomali pada Gambar 1 dipisahkan, dan aplikasi tegangan kedua dilakukan pada bagian non-anomali sesuai dengan prosedur uji tahanan isolasi utama. Hasilnya menunjukkan memenuhi syarat. Uji tahanan tegangan frekuensi daya dilakukan pada peralatan sisa, semuanya lulus dengan lancar.
Penanganan Titik Anomali
Ada 5 kompartemen gas independen di area anomali. Untuk menemukan titik anomali dengan tepat, diperlukan untuk membuka setiap kompartemen gas satu per satu untuk pemeriksaan.Karena gas SF₆ di dalam GIS menjadi beracun setelah uji, pada 12 Desember 2022, setelah gas dipulihkan dan peralatan dibongkar untuk pemeriksaan, ditemukan bahwa insulator pendukung busbar tiga arah di bagian bawah busbar vertikal di kompartemen gas 02-5 bus 1M-C retak. Konduktor busbar, casing, dan insulator sekitarnya semuanya memenuhi persyaratan teknis produk.
Pabrikan mengganti insulator anomali pada 13 Desember, memasang ulang busbar, dan menyelesaikan pengolahan gas, deteksi kebocoran, pengukuran kelembaban, dan pengukuran resistansi sirkuit utama. Setelah hasilnya ditemukan memenuhi syarat, pada 14 Desember, uji tahanan tegangan frekuensi daya dilakukan lagi menggunakan metode pengkabelan uji yang disebutkan di atas dan mengikuti prosedur uji tahanan isolasi sirkuit utama. Hasil uji memenuhi syarat (592 kV dipegang selama 1 menit).
Analisis Penyebab Retak Insulator Pendukung
Total ada 145 insulator pendukung di GIS. Apakah insulator pendukung yang retak merupakan kasus terisolasi atau bagian dari masalah batch-wide sangat penting untuk pengoperasian yang aman dan andal dari substasi pengubah tegangan. Oleh karena itu, untuk mengidentifikasi penyebab dasar retak insulator yang rusak, investigasi dilakukan dari aspek-aspek berikut.
Pemeriksaan Kualitas Pemasangan Busbar di Tempat
Busbar CX1-1C (nomor pabrik, sama di bawah ini) dipasang di tempat pada 3 Desember 2022. Selama proses pemasangan, perwakilan pabrik di tempat memverifikasi setiap item terhadap "Kartu Operasi Konfirmasi Docking di Tempat". Pemilik dan pengawas bersama-sama menyaksikan proses tersebut, dan pemasangan baru dapat dilanjutkan setelah ketiga pihak menyelesaikan formalitas penandatanganan. Setelah pemasangan selesai, uji verifikasi di tempat seperti kandungan kelembaban gas, deteksi kebocoran, dan resistansi loop dilakukan. Ini pada dasarnya menghilangkan kemungkinan bahwa retak insulator disebabkan oleh kualitas pemasangan, proses, dan faktor-faktor lain di tempat.
Pemeriksaan Kepatuhan Material Insulator Pendukung Busbar
Insulator pendukung yang retak memiliki nomor keluar pabrik Z220704-1G1, yang diproduksi oleh anak perusahaan pabrik pada Juli 2022. Sebelum keluar pabrik, insulator pendukung ini menjalani pemeriksaan dan uji termasuk pemeriksaan visual, pengukuran dimensi, pengujian suhu vitrifikasi, deteksi cacat sinar-X, dan uji listrik, semuanya menunjukkan memenuhi syarat.
Laporan pemeriksaan keluar pabrik dan catatan pemeriksaan masuk insulator menunjukkan bahwa hasil keluar pabrik dan pemeriksaan masuk memenuhi persyaratan.
Pemeriksaan Sejarah Manufaktur Busbar
Penyelidikan tentang sejarah perakitan unit busbar CX1-1C menunjukkan bahwa pabrikan mulai produksi dan perakitan pada 20 September 2022, dan menyelesaikan pekerjaan pada 12 Oktober 2022. Catatan dalam tabel sejarah perakitan menunjukkan bahwa proses internal dan eksternal memenuhi persyaratan teknis dan standar proses yang ditentukan dalam gambar, tanpa ditemukan anomali. Oleh karena itu, dapat dikecualikan bahwa proses yang terdaftar dalam tabel sejarah manufaktur menyebabkan retak insulator pendukung.
Pemeriksaan Uji Keluar Pabrik Busbar
Busbar CX1-1C menjalani uji impuls petir, tahanan tegangan frekuensi daya, dan uji lepasan parsial di pabrik pabrikan pada 6 Oktober 2022, semuanya lulus pada percobaan pertama, dan hasil uji memenuhi syarat. Ini menunjukkan bahwa busbar dan insulator normal saat keluar pabrik.
Pemeriksaan Insulator Pendukung Anomali
Pemeriksaan dilakukan dari aspek-aspek seperti sifat kegagalan insulator pendukung anomali dan uji verifikasi (termasuk pemeriksaan dimensi, deteksi cacat, analisis material, dll.).
Sifat Kegagalan
Analisis jalur pelepasan permukaan insulator ini menunjukkan adanya kerusakan melintasi bagian isolasi antara elektroda tegangan tinggi dan elektroda tegangan rendah. Secara umum, kerusakan melintasi insulator terjadi karena adanya cacat tertentu di dalam bagian isolasi, atau karena adanya stres mekanis tambahan, yang menyebabkan retak di dalam bagian isolasi, dan kemudian terjadi keruntuhan melintasi retak tersebut.
Uji Verifikasi
Pemeriksaan ulang dimensi. Pemeriksaan ulang dimensi insulator pendukung anomali memenuhi syarat. Hasil pemeriksaan ulang ditunjukkan pada Tabel 1.
Deteksi cacat sinar-X. Deteksi cacat sinar-X dilakukan pada insulator pendukung anomali, dan tidak ditemukan cacat eksternal selain retak keruntuhan.Pemeriksaan ulang material resin. Sampel diambil dari spesimen anomali untuk pemeriksaan ulang densitas, tingkat konten pengisi, dan suhu transisi gelas, dan hasilnya memenuhi syarat. Hasil deteksi material resin ditunjukkan pada Tabel 2.
Pemeriksaan ulang antarmuka ikatan resin-elektroda. Area non-pelepasan insulator dipotong, dan permukaan ikatan resin-logam insulator dicelup untuk deteksi cacat. Kecuali untuk penetrasi warna agen pewarna lokal di retak, area sisanya normal, membuktikan tidak adanya cacat di dalam resin dan resin terikat dengan baik ke elektroda.
Pemeriksaan ulang pelarutan resin. Setelah resin insulator pendukung anomali dilelehkan pada suhu tinggi, elektroda diperiksa ulang. Ada deformasi abnormal lokal pada posisi titik pelepasan pada permukaan melengkung elektroda tegangan tinggi. Secara kesimpulan, selama proses manufaktur insulator pendukung, operasi yang tidak tepat menyebabkan deformasi abnormal permukaan melengkung elektroda tegangan tinggi. Karena deformasi tersebut kecil, operator gagal mendeteksinya secara tepat waktu, memungkinkan komponen cacat masuk ke proses berikutnya dan akhirnya menghasilkan pengecoran insulator.
Kegagalan ini disebabkan oleh operasi yang tidak standar oleh operator, yang menyebabkan deformasi elektroda dan keruntuhan insulator. Struktur insulator pendukung ini adalah struktur isolasi yang telah digunakan oleh pabrikan. Sejak 2003, lebih dari 36.000 insulator telah diproduksi dan beroperasi dengan andal di lapangan. Oleh karena itu, keruntuhan insulator pendukung ini adalah kasus terisolasi.
Verifikasi Simulasi
Untuk alasan keselamatan, verifikasi simulasi dilakukan pada busbar dengan struktur insulator ini.Aplikasi tegangan: Konduktor pusat dan elektroda tegangan tinggi insulator berada pada 1675 kV, sementara casing, dasar dukungan, dan elektroda tegangan rendah insulator berada pada potensial 0.
Kriteria penilaian: Pada tekanan gas fungsional minimum 0,45 MPa, kekuatan medan listrik pelepasan permukaan insulator tidak boleh melebihi 12 kV/mm, dan kekuatan medan listrik elektroda tegangan tinggi insulator tidak boleh melebihi 50 kV/mm.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa kekuatan medan listrik pelepasan permukaan maksimum insulator adalah 10,5 kV/mm, yang kurang dari 12 kV/mm, dan hasilnya memenuhi syarat. Kekuatan medan listrik maksimum pada permukaan elektroda tegangan tinggi adalah 21,2 kV/mm. Dikonversi ke kondisi tegangan frekuensi daya 318 kV, kekuatan medan listrik maksimum adalah 40,2 kV/cm, yang kurang dari 50 kV/cm, dan hasilnya juga memenuhi syarat.
GIS 550 kV dari substasi pengubah tegangan 500 kV berhasil dialiri listrik untuk pertama kalinya pada 28 Desember 2022. Unit 2 terhubung ke jaringan untuk pertama kalinya pada 29 November 2023. Semua peralatan di substasi telah menahan uji tekanan dan beroperasi normal.
Kesimpulan
Untuk peralatan tegangan tinggi penting 110 kV dan di atasnya, perlu untuk secara ketat mengikuti persyaratan terkait DL/T 586—2008 "Pedoman Teknis Pengawasan Manufaktur Peralatan Listrik" untuk memperkuat pengawasan pabrik peralatan dan mengontrol kualitas manufaktur peralatan dari sumber. Produsen GIS harus meningkatkan kesadaran kontrol kualitas, menyortir secara komprehensif titik-titik risiko berkualitas di setiap pos, dan meningkatkan dokumen-dokumen seperti spesifikasi operasi, standar operasi, dan prosedur operasi untuk perakitan produk di semua tingkat tegangan. Kontrol komprehensif harus dilakukan pada tautan-tautan seperti pembelian komponen, desain produk, teknologi pemrosesan komponen, pemeriksaan masuk, perakitan produk, pengujian, dan pemasangan di tempat untuk memastikan keamanan, stabilitas, dan keandalan produk.
