Abnormale analyse en afhandeling van 550 kV GIS spanningstest
Gasgeïsoleerde metalen schakelkast (GIS) is een schakelapparaat dat bestaat uit schakeltoestellen zoals luchtbrekers (GCB), afbrekers (DS), aardingsschakelaars (ES), en eenheden zoals spanningstransformatoren, stroomtransformatoren, overvoltagebeveiligingen en geïsoleerde busleiders. Hoogspanningscomponenten zijn allemaal geplaatst in een aangesloten gesloten metalen behuizing, die gevuld is met SF₆-gas met uitstekende isolerende en boogdovende eigenschappen als isolatiemiddel. GIS kenmerkt zich door een compacte constructie, een kleine voetafdruk, weinig onderhoudsbehoeften, eenvoudige installatie, goede onderbrekingseigenschappen en geen storing, en wordt steeds breder toegepast in elektriciteitsnetwerken.
De 550 kV GIS in een 500 kV opwaartse transformatorpost van een bepaald bedrijf maakt gebruik van een dubbelbuskoppelingstructuur, met 2 hoofdtransformator-invoerlijnen, 1 start- en reserve-transformator-invoerlijn, 2 uitgangslijnen en 1 buskoppeling, in totaal 6 luchtbrekers. Elke 1M en 2M is uitgerust met 1 PT-baai. Het werd vervaardigd op 28 oktober 2022, en de ter plaatse assemblage was voltooid op 10 december 2022. Tijdens de overname spanninghoudbaarheidstest ervoer een dragende isolator een abnormale doorbraak.
Er werden analyses uitgevoerd vanuit verschillende aspecten zoals de locatie van de anomalie, de kwaliteit van de ter plaatse assemblage, materiaalovereenstemming, fabrieksgeschiedenis, röntgeninspectie, harsoplossing en elektrisch veldsimulatie. De oorzaak van de breuk van de dragende isolator werd vastgesteld, en er werden suggesties gedaan voor het versterken van toezicht en kwaliteitscontrole tijdens het productieproces van de GIS.De richtlijnen voor de ter plaatse spanninghoudbaarheids- en isolatietests voor gasgeïsoleerde metalen schakelkasten, en het goedgekeurde testplan.
Testspanning
80% van de nominale kortstondige netfrequentie spanninghoudbaarheidswaarde van 740 kV zoals gespecificeerd door de fabrikant wordt genomen, wat 592 kV is, met een duur van 1 minuut.
Voorwaarden die de geteste apparatuur moet voldoen
Testmethode en criteria
De testspanning voor de geteste GIS moet eerst van 0 V naar 318 kV worden verhoogd, 5 minuten gehouden, vervolgens naar 473 kV verhoogd en 3 minuten gehouden. Ten slotte wordt de testspanning verhoogd naar de nominale spanninghoudbaarheidswaarde van 592 kV en 1 minuut gehouden. Als er geen doorbraak optreedt, wordt het beschouwd als voldoende.
Zoeken naar en afhandelen van anomalieën
Overzicht van de doorbraakanomalie
Op 11 december 2022 om 14:03 uur werd een isolatie-overdrachtspanninghoudbaarheidstest van het hoofdcircuit uitgevoerd op de 550 kV GIS in de transformatorpost op de bouwplaats. Tijdens het testen van fase B en C werd de spanning verhoogd naar 318 kV en 5 minuten gehouden, waarmee de test werd doorstaan. Toen de spanning werd verhoogd naar 473 kV en 2 minuten gehouden, trad een doorbraak op. De spanning daalde plotseling naar 0 V, en er werd een relatief luide abnormale geluid in de transformatorpost gehoord, waardoor de test werd onderbroken. Na het nemen van veiligheidsmaatregelen werd de isolatieweerstand tegen de grond van het 1M - C fase hoofdcircuit gemeten op 400 MΩ, en die van de overige delen op 200 GΩ. Er werd geconcludeerd dat er een fout was in een bepaald apparaat gedragen door de 1M - C fase. De bedrading voor de spanninghoudbaarheidstest en het abnormale gebied staan aangegeven in figuur 1. Het verzwarte deel in de figuur geeft het spanningsaanbrengingsbereik aan.
Uit figuur 1 blijkt dat het spanningsaanbrengingsbereik omvat: 6 luchtbrekers gedragen door bus 1M, 6 busafbrekers, 2 lijnafbrekers, 5 sets luchtbusbars, 1 busafbreker van de PT gedragen door 1M, en 6 busafbrekers van 2M. Het spanningsaanbrengingspunt werd ingesteld bij de riser van de invoerlijn van Hoofdtransformator No. 2 buiten.
Proces van het zoeken naar anomalieën
De GIS heeft een volledig gesloten structuur, met meerdere onafhankelijke componenten die een geheel vormen. Het apparaat verbonden met 1M heeft 83 onafhankelijke gascompartimenten, waardoor het vrij uitdagend is om anomaliepunten te lokaliseren. Na onderzoek werd een punt-per-punt eliminatiemethode aangenomen om het bereik van het abnormale apparaat te verkleinen.
Vanwege de volledig gesloten structuur van de GIS kan isolatie alleen worden gemeten op de blootgestelde delen, en de isolatiemeetpunten bevinden zich allemaal op de 15-meter-hoge risers buiten. Bij het meten van isolatie zijn er talrijke beperkende factoren. Bijvoorbeeld, personeel moet een kraan gebruiken om op en neer te gaan, communicatiemiddelen zijn nodig voor contact, en testleidingen moeten tijdens het meten constant worden gewisseld. Door analyse bleek dat het sluiten van de PT-afbreker verbonden met 1M en het verwijderen van de secundaire aarddraad van de PT het zeer gemakkelijk maakt om de PT als isolatiemeetpunt te gebruiken, waardoor inspecteurs in real-time kunnen communiceren zonder afhankelijk te zijn van communicatiemiddelen.
Alle afbrekers verbonden met GIS 1M werden geopend, en alle luchtbrekers werden gesloten. Vervolgens, beginnend bij de interval bij het spanningsaanbrengingspunt, werden de afbrekers verbonden met 1M (met uitzondering van de 1M VT-afbreker) één voor één gesloten, en elke keer dat een afbreker werd gesloten, werd isolatie gemeten. Uiteindelijk, in de uitgaande lijninterval 5W11 van de 1M - C bus, werd de isolatie van het hoofdcircuit gemeten op 400 MΩ. Door de luchtbreker van deze interval verder te openen, werd het abnormale punt uiteindelijk bepaald in het gebied van de lijnafbreker van deze luchtbreker tot de buitengis bushing.
Het abnormale gebied in figuur 1 werd geïsoleerd, en een tweede spanningaanbrenging werd uitgevoerd op de niet-abnormale delen volgens het hoofd isolatie spanninghoudbaarheidstestprocedé. De resultaten toonden overeenstemming. Netfrequentie spanninghoudbaarheidstests werden uitgevoerd op de overige apparatuur, die allemaal soepel werden doorstaan.
Afhandeling van anomaliepunten
Er waren 5 onafhankelijke gascompartimenten in het abnormale gebied. Om het abnormale punt nauwkeurig te lokaliseren, was het nodig om elk gascompartiment één voor één te openen voor inspectie.Aangezien het SF₆-gas binnen de GIS na de test giftig werd, werd op 12 december 2022, nadat het gas was gerecupereerd en de apparatuur was gedemonteerd voor inspectie, ontdekt dat de dragende isolator van de drieweg busbar in het onderste gedeelte van de verticale busbar in het 02-5 gascompartiment van de 1M - C busbar was gebroken. De busbar geleider, behuizing en aangrenzende isolatoren voldeden allemaal aan de technische vereisten van het product.
De fabrikant verving de abnormale isolator op 13 december, herinstalleerde de busbar, en voltooide gasbehandeling, lekdetectie, vochtmeting en hoofdcircuitweerstandsmeting. Nadat de resultaten voldoende bleken, werd op 14 december een netfrequentie spanninghoudbaarheidstest opnieuw uitgevoerd met de hierboven genoemde testbedrading en volgens het hoofdcircuit isolatie spanninghoudbaarheidstestprocedé. De testresultaten waren voldoende (592 kV gehouden voor 1 minuut).
Analyse van de oorzaken van de breuk van de dragende isolator
Er zijn in totaal 145 dragende isolatoren in de GIS. Of de gebroken dragende isolator een geïsoleerd geval is of deel uitmaakt van een algemeen probleem is cruciaal voor de veilige en betrouwbare inzet van de opwaartse transformatorpost. Daarom worden er onderzoeken uitgevoerd vanuit de volgende aspecten om de worteloorzaak van de breuk van de defecte isolator te identificeren.
Inspectie van de kwaliteit van de ter plaatse assemblage van de busbar
De CX1-1C (fabrieksnummer, hetzelfde hieronder) busbar werd ter plaatse geassembleerd op 3 december 2022. Tijdens het assemblageproces controleerde de fabrikantsterrepresentant elke item tegen de "Ter plaatse Docking Bevestigingsoperatie Itemkaart". De eigenaar en de supervisor getuigden gezamenlijk van het proces, en de assemblage kon pas doorgaan nadat de drie partijen de ondertekeningsformaliteiten hadden voltooid. Na het voltooien van de assemblage werden ter plaatse verificatietests uitgevoerd, zoals gasvochtinhoud, lekdetectie en lusweerstand. Dit sluit in grote mate de mogelijkheid uit dat de breuk van de isolator werd veroorzaakt door de kwaliteit, het proces en andere factoren van de ter plaatse assemblage.
Inspectie van de materialenovereenstemming van de dragende isolatoren voor busbars
De gebroken dragende isolator heeft een fabrieksnummer Z220704-1G1, die in juli 2022 werd vervaardigd door een dochteronderneming van de fabrikant. Voordat deze dragende isolator de fabriek verliet, onderging hij inspecties en tests, waaronder visuele inspectie, afmetingsmeting, verglazingstemperatuurtest, röntgeninspectie en elektrische tests, die allemaal voldeden.
De fabrieksinspectierapporten en inkomende inspectieregisters van de isolatoren geven aan dat zowel de fabrieks- als inkomende inspectieresultaten voldoen aan de eisen.
Inspectie van de fabricagegeschiedenis van de busbar
Een onderzoek naar de assemblagegeschiedenis van de CX1-1C busbar-eenheid laat zien dat de fabrikant de productie en assemblage begon op 20 september 2022, en het werk voltooide op 12 oktober 2022. De records in de assemblagegeschiedenistabel geven aan dat zowel de interne als externe assemblageprocessen voldeden aan de technische vereisten en processen zoals gespecificeerd in de tekeningen, zonder afwijkingen. Daarom kan worden uitgesloten dat de processen in de fabricagegeschiedenistabel de breuk van de dragende isolator hebben veroorzaakt.
Inspectie van de fabrieksuitgangstests van de busbar
De CX1-1C busbar onderging bliksemimpuls, netfrequentie spanninghoudbaarheid en gedeeltelijke emissietests in de fabriek van de fabrikant op 6 oktober 2022, die allemaal in één keer werden doorstaan, en de testresultaten waren voldoende. Dit wijst erop dat de busbar en isolatoren normaal waren toen ze de fabriek verlieten.
Inspectie van abnormale dragende isolatoren
Inspecties worden uitgevoerd vanuit aspecten zoals de aard van de storing van de abnormale dragende isolatoren en verificatietests (inclusief afmetingsinspectie, röntgeninspectie, materiaalanalyse, enz.).
Aard van de storing
Analyse van het oppervlakteontladingspad van deze isolator toont aan dat er een verschijnsel van doorbraak is in het isolerende gedeelte tussen de hoogspanningselectrode en de laagspanningselectrode. Over het algemeen komt de doorbraak van een isolator voor door de aanwezigheid van bepaalde defecten in het isolerende gedeelte, of door extra mechanische spanning, waardoor scheuren in het isolerende gedeelte ontstaan, en vervolgens treedt er doorbraak op langs de scheuren.
Verificatietests
Herinspectie van de afmetingen. De herinspectie van de afmetingen van de abnormale dragende isolator was voldoende. De herinspectieresultaten staan weergegeven in tabel 1.
Röntgeninspectie. Röntgeninspectie werd uitgevoerd op de abnormale dragende isolator, en er werden geen externe defecten gevonden, behalve de breukcracks.Hersamenvoering van het harsmateriaal. Monsters werden genomen van de abnormale monsters voor herinspectie van dichtheid, vulmiddel inhoudsgraad en glastranstempartituur, en de resultaten waren voldoende. De harsmateriaaldetectieresultaten staan weergegeven in tabel 2.
Herinspectie van de hars-naar-electrode bindingssnede. Het niet-ontladen gebied van de isolator werd gesneden, en de hars-naar-metaal bindende oppervlakte van de isolator werd gekleurd voor defectdetectie. Behalve de lokale lichte penetratie van de kleurstof op de breuk, was de rest van het gebied normaal, wat bewijst dat er geen defecten in de hars waren en dat de hars goed verbonden was met de electrode.
Herinspectie van hars smelten. Na het smelten van de hars van de abnormale dragende isolator bij hoge temperatuur, werd de electrode opnieuw geïnspecteerd. Er was een lokale abnormale vervorming op de positie van het ontlaadpunt op de bogenoppervlakte van de hoogspanningselectrode. Tot slot, tijdens het productieproces van de dragende isolator, veroorzaakte onjuiste operatie abnormale vervorming van de bogenoppervlakte van de hoogspanningselectrode. Aangezien de vervorming miniem was, slaagden de operators er niet in om dit op tijd te detecteren, waardoor defecte componenten het volgende proces binnenkwamen en uiteindelijk de inschenking van de isolator tot gevolg had.
Deze storing werd veroorzaakt door niet-standaard operatie van de operators, wat leidde tot abnormale vervorming van de electrode en vervolgens de breuk van de isolator. De structuur van deze dragende isolator is een isolatieconstructie die de fabrikant al gebruikt sinds 2003. Meer dan 36.000 isolatoren zijn vervaardigd en werken betrouwbaar in het veld. Daarom is de breuk van deze dragende isolator een geïsoleerd geval.
Simulatieverificatie
Om veiligheidsredenen werd simulatieverificatie uitgevoerd op de busbar met deze isolatorstructuur.Spanningsaanbrenging: De centrale geleider en de hoogspanningselectrode van de isolator staan op 1675 kV, terwijl de behuizing, steunbasis en laagspanningselectrode van de isolator op 0 potentieel staan.
Oordeelscriteria: Bij de minimale functionele gasdruk van 0,45 MPa, mag de oppervlakteflitsoverslag elektrisch veldsterkte van de isolator niet meer dan 12 kV/mm bedragen, en de elektrisch veldsterkte van de hoogspanningselectrode van de isolator mag niet meer dan 50 kV/mm bedragen.
De simulatieresultaten tonen aan dat de maximale oppervlakteflitsoverslag elektrisch veldsterkte van de isolator 10,5 kV/mm is, wat minder is dan 12 kV/mm, en het resultaat is voldoende. De maximale elektrisch veldsterkte op de oppervlakte van de hoogspanningselectrode is 21,2 kV/mm. Omgezet naar de conditie van een netfrequente spanning van 318 kV, is de maximale elektrisch veldsterkte 40,2 kV/cm, wat minder is dan 50 kV/cm, en het resultaat is ook voldoende.
De 550 kV GIS van de 500 kV opwaartse transformatorpost werd voor het eerst succesvol ingeschakeld op 28 december 2022. Eenheid 2 werd voor het eerst aangesloten op het netwerk op 29 november 2023. Alle apparatuur in de transformatorpost heeft de druktest doorstaan en werkt normaal.
Conclusie
Voor belangrijk hoogspanningsapparatuur van 110 kV en hoger, is het noodzakelijk om strikt de relevante eisen van DL/T 586-2008 "Technische Richtlijnen voor Toezicht op de Fabricage van Elektriciteitsapparatuur" te volgen om de fabrieksbased toezicht op apparatuur te versterken en de fabricagekwaliteit van apparatuur van de bron te controleren. GIS-fabrikanten moeten hun kwaliteitsbewustzijn versterken, de kwaliteitsgerelateerde risicopunten op elk post sorteren, en documenten verbeteren zoals bedrijfsvoorschriften, bedrijfsnormen en bedrijfsprocedures voor productassemblage op alle spanningniveaus. Er moet een alomvattende controle worden uitgevoerd over links zoals componenteninkoop, productontwerp, componentenverwerkings technologie, inkomende inspectie, productassemblage, testen en ter plaatse installatie om de veiligheid, stabiliteit en betrouwbaarheid van producten te waarborgen.
