Nenormalna analiza in obdelava preskusne napetosti GIS 550 kV
Plinska izolirana kovinska zaprta preklopnika (GIS) je preklapljalna naprava sestavljena iz preklopnih naprav, kot so preklopniki (GCB), ločilniki (DS), niziščevalniki (ES) ter enot, kot so pretvorbniki napetosti, pretvorbniki toka, zaščitne naprave in zaprte vodilne trake. Visokonapetostne komponente so vse postavljene znotraj zemljenega zaprtog kovinskega štita, ki je poln s SF₆ plinom z odličnimi izolacijskimi in ugasnitvenimi lastnostmi kot izolacijsko sredstvo. GIS se zlikuje z gosto strukturo, majhnim površinskim obsegom, nizkimi zahtevami po vzdrževanju, enostavno namestitvijo, dobro preklopno zmogljivostjo in brez motenj, ter se vse bolj pogosto uporablja v električnih sistemih.
550 kV GIS v 500 kV napredni transformatorni postaji določene družbe uporablja dvojno matično vezano strukturo z 2 glavnimi transformatorskima vhodoma, 1 zagonskim in rezervnim transformatorskim vhodom, 2 izhodi, in 1 matičnim povezovalnikom, skupaj 6 preklopniki. Vsaka od 1M in 2M je opremljena z 1 PT enoto. Izdelana je bila 28. oktobra 2022, in na mesti je bila sestavljena 10. decembra 2022. Med prejemskim testom trpljivosti je podporni izolator doživel nenormalno propad.
Analize so bile izvedene glede lokacije anomalije, kakovosti sestavljanja na mesti, skladnosti materiala, zgodovine proizvodnje v tovarni, rentgenske kontrole, raztopine prahu in simulacije električnega polja. Ugotovljena je bila vzročna okoliščina loma podpornega izolatorja, in predlagane so bile priporočila za okrepitev nadzora in kakovostnega nadzora med procesom proizvodnje GIS. Smernice za prejemski test trpljivosti in izolacije plinsko izoliranih kovinskih zaprtih preklopnikov, ter odobreni testni načrt.Smernice za prejemski test trpljivosti in izolacije plinsko izoliranih kovinskih zaprtih preklopnikov, ter odobreni testni načrt.
Testna Napetost
Vzeta je 80 % imenske kratkotrajne prenosne napetosti 740 kV, določene od proizvajalca, kar je 592 kV, z trajanjem 1 minuta.
Pogoji, ki jih mora izpolnjevati preverjeno opremo
Metoda in merila preverjanja
Testna napetost preverjanega GIS najprej narašča od 0 V do 318 kV, zadržana 5 minut, nato povišana na 473 kV in zadržana 3 minute. Nazadnje je testna napetost povišana na imensko trpljivost 592 kV in zadržana 1 minuta. Če ne pride do propada, se smatra, da je uspešen.
Iskanje in obravnava anomalij
Pregled anomalije propada
11. decembra 2022 ob 14:03 je bil izveden prejemski test trpljivosti izolacije glavnega kruga 550 kV GIS v napredni transformatorni postaji na gradbišču. Ko so teste faze B in C povišali na 318 kV in zadržali 5 minut, je test uspel. Ko je napetost povišana na 473 kV in zadržana 2 minute, je prišlo do propada. Napetost je nenadoma spadla na 0 V, in v postaji je bilo slišano pomembno nenormalno zvocanje, ki je prekinilo test. Po sprejetju varnostnih ukrepov je bila meritve izolacijske upornosti na zemljo glavnega kruga 1M - C faza 400 MΩ, ostale dele pa 200 GΩ. Ugotovljeno je bilo, da je v določeni napravi, ki jo nosi 1M - C faza, bil defekt. Povezava za testiranje trpljivosti in abnormalna območja so prikazana na Sliki 1. Mrkljavo obarvano območje na sliki označuje obseg napajanja.
Iz Slike 1 je videti, da obseg napajanja vključuje: 6 preklopnikov, ki jih nosi matična vrsta 1M, 6 matičnih ločilnikov, 2 ločilnika stranskega vodnika, 5 setov zračnih čevljev, 1 matični ločilnik PT, ki ga nosi 1M, in 6 matičnih ločilnikov 2M. Točka napajanja je bila postavljena na vzpon vnosa Glavnega transformatorja št. 2 zunaj.
Postopek iskanja anomalij
GIS ima popolnoma zaprto strukturo, sestavljeno iz več samostojnih komponent, ki tvorijo enotno celoto. Oprema, povezana z 1M, ima 83 samostojnih plinskih celic, kar težko omogoča določanje abnormalnih točk. Po raziskavi je bil uporabljen metoda postopnega eliminiranja za omejitev obsega abnormalne opreme.
Zaradi popolnoma zaprte strukture GIS, se izolacija lahko meri le na izpostavljenih delih, in točke merjenja izolacije so vsem 15 metrovnih visokih vzponskih sedežih zunaj. Pri merjenju izolacije obstaja veliko omejujočih dejavnikov. Na primer, osebje potrebuje jevro za vstop in izstop, za stik so potrebni komunikacijski pripomočki, in med merjenjem je potrebno stalno menjati merne vodiče. Analiza je pokazala, da bi bilo zelo ugodno uporabiti PT kot točko merjenja izolacije, če bi bil zaprt ločilnik, povezan z 1M, in odstranjen sekundarni zemeljski vodnik PT, kar bi omogočilo, da preiskovalci v realnem času komunicirajo, brez da bi se spolnili na komunikacijske pripomočke.
Vsi ločilniki, povezani z GIS 1M, so bili odprti, in vsi preklopniki so bili zaprti. Nato, začeli z intervalom na točki napajanja, so bili zaprti ločilniki, povezani z 1M (razen 1M VT ločilnika), in vsakič, ko je bil zaprt ločilnik, je bila merjena izolacija. Končno, v izhodnem intervalu 5W11 1M - C bus, je bila izolacija glavnega kruga merjena 400 MΩ. Nadaljnji odpiralnik tega intervala, je bil določen, da je abnormalna točka v območju od stranskega ločilnika tega preklopnika do zunanjega GIS čevlja.
Abnormalno območje na Sliki 1 je bilo izolirano, in druga napajanja je bila izvedena na neabnormalnih delih glede na glavni postopek preverjanja trpljivosti izolacije. Rezultati so pokazali skladnost. Testi trpljivosti na valovno frekvenco so bili izvedeni na preostali opremi, vse so uspešno prešli.
Obravnava abnormalnih točk
V abnormalnem območju je bilo 5 samostojnih plinskih celic. Za točno določitev abnormalne točke je bilo potrebno, da bi se vsaka plinska cela zaporedoma odprla za preverjanje.Ker je SF₆ plin znotraj GIS postal strupen po testu, 12. decembra 2022, po vračanju plina in razbiralnem pregledu opreme, je bilo ugotovljeno, da je podporni izolator tričlenega busa v spodnjem odseku navpičnega busa v celici 02-5 1M-C bus bil loman. Bus vodnik, omara in sosednji izolatorji so vse izpolnjevali tehnične zahteve proizvoda.
Proizvajalec je 13. decembra zamenjal abnormalni izolator, ponovno namestil bus, izvedel plinsko obdelavo, kontrola utrki, meritev vlage in meritev upornosti glavnega kruga. Po tem, ko so rezultati bili ugotovljeni, 14. decembra je bil ponovno izveden test trpljivosti na valovno frekvenco z zgornjo omenjeno testno povezavo in sledil glavnemu postopku preverjanja trpljivosti izolacije. Rezultati so bili ustreznosti (592 kV, ohranjenih 1 minuta).
Analiza vzrokov loma podpornega izolatorja
V GIS je skupaj 145 podpornih izolatorjev. Vprašanje, ali je loman podporni izolator izolirani primer ali del širše probleme, je ključnega pomena za varno in zanesljivo komisijo napredne transformatorne postaje. Zato, da bi se identificirala osnovna vzročna okoliščina loma defektne izolatorja, so raziskave izvedene z naslednjih vidikov.
Preverjanje kakovosti montaže busa na mesti
Bus CX1-1C (tovarni številka, isto spodaj) je bil sestavljen na mesti 3. decembra 2022. Tovarni predstavnik je med montažo preveril vsak element glede na "Operativno kartico za potrditev združevanja na mesti". Lastnik in nadzornik so skupaj bili priča postopku, in montaža se je lahko izvajala le po dokončanju podpisnih formalnosti vseh treh strank. Po zaključku montaže so bili izvedeni na mesti preveritveni testi, kot so vsebnost vlage plina, kontrola utrki in upornost zanke. To v bistvu izključuje možnost, da je lom izolatorja povzročen zaradi kakovosti montaže, procesa in drugih faktorjev na mesti.
Preverjanje skladnosti materiala podpornih izolatorjev za bus
Loman podporni izolator ima tovarni številko Z220704-1G1, ki je bil izdelan leta 2022 julija v podružnici proizvajalca. Pred odhodom iz tovarne je ta podporni izolator prešel preglede in teste, vključno z vizualnim pregledom, meritvijo dimenzij, testom temperature vitrifikacije, rentgensko kontrolom in električnim testom, vse so bili skladni.
Poročila o pregledih ob odhodu iz tovarne in zapisniki o pregledu pri vhodu izolatorjev kažejo, da so rezultati ob odhodu iz tovarne in pri vhodu v skladu s standardi.
Preverjanje zgodovine proizvodnje busa
Raziskava zgodovine sestavljanja enote busa CX1-1C kaže, da je proizvajalec začel proizvodnjo in sestavljanje 20. septembra 2022, in zaključil delo 12. oktobra 2022. Zapisniki o zgodovini sestavljanja kažejo, da so notranji in zunanji postopki sestavljanja izpolnjevali tehnične zahteve in standardne postopke, določene v risbah, brez ugotovljenih nepravilnosti. Torej se lahko izključi, da so postopki, navedeni v tabeli zgodovine proizvodnje, povzročili lom podpornega izolatorja.
Preverjanje tovarnih testov busa
Bus CX1-1C je 6. oktobra 2022 v tovarni proizvajalca prešel teste s hudo impulzno napetostjo, test trpljivosti na valovno frekvenco in test delnih razbojk, vse so bili prvič uspešni, in rezultati so bili skladni. To kaže, da so bus in izolatorji bili normalni ob odhodu iz tovarne.
Preverjanje abnormalnih podpornih izolatorjev
Preverjanja so izvedena glede narave odpovedi abnormalnih podpornih izolatorjev in verifikacijskih testov (vključno z meritvijo dimenzij, kontrolom defektov, analizo materialov itd.).
Narava odpovedi
Analiza površinskega puta razbojka tega izolatorja kaže, da je prisoten prohodni poškodovanje med visokonapetostnim in nizkonapetostnim elektrodama. Splošno, prohodni poškodovanje izolatorja nastane zaradi prisotnosti določenih defektov znotraj izolacijskega dela, ali dodatnega mehaničnega napona, ki povzroči razroke znotraj izolacijskega dela, in nato prohodni razbojek po teh razrokah.
Verifikacijski testi
Ponovno preverjanje dimenzij. Ponovno preverjanje dimenzij abnormalnega podpornega izolatorja je bilo skladen. Rezultati ponovnega preverjanja so prikazani v Tabeli 1.
Rentgenska kontrola. Rentgenska kontrola abnormalnega podpornega izolatorja ni odkrila nobenih zunanje defektov, razen razrokov pri lomu. Ponovno preverjanje materiale resin. Od vzorcev abnormalnih primerov so bile vzeti probe za ponovno preverjanje gostote, vsebnosti napolnila in temperature preloma stekla, rezultati so bili skladen. Rezultati preverjanja materiala resin so prikazani v Tabeli 2.
Ponovno preverjanje spoja resina-elektroda. Neizvršen del izolatorja je bil odrezan, in površina spoja resina-metal izolatorja je bila barvana za kontrolu defektov. Razen lokalnega malenkostnega prodora barvila na mestu loma, ostalo območje je bilo normalno, kar dokazuje, da ni bilo defektov znotraj resine in da je bila dobro povezana z elektrodami. Ponovno preverjanje taljenja resin. Po tem, ko je bila resin abnormalnega podpornega izolatorja taljena na visoko temperaturi, je bil ponovno preverjen elektrod. Na luknastem površju visokonapetostnega elektroda je bil prisoten lokalni neobičajen deformacija na mestu izvirne točke razbojka. Sklepi, med procesom proizvodnje podpornega izolatorja, je neustrezen postopek operaterjev povzročil neobičajno deformacijo luknastega površja visokonapetostnega elektroda. Ker je bila deformacija majhna, operaterji niso včasih ugotovili, da so defektni komponenti prešli v naslednji postopek in končno došli do livanja izolatorja. Ta odpoved je bila povzročena zaradi nestandardnega operiranja operaterjev, ki je povzročil neobičajno deformacijo elektrode in kasneje lom izolatorja. Struktura tega podpornega izolatorja je izolacijska struktura, ki jo proizvajalec uporablja. Od leta 2003 je bilo izdelanih več kot 36.000 izolatorjev, ki delujejo zanesljivo v polju. Torej, lom tega podpornega izolatorja je izoliran primer.
Simulacijska preverjanja
Zaradi varnosti so bila izvedena simulacijska preverjanja na busu s to strukturo izolatorja. Napajanje: Centralni vodil in visokonapetostni elektrod izolatorja so na 1675 kV, medtem ko je omara, podpora in nizkonapetostni elektrod izolatorja na 0 potencial. Merila ocenjevanja: Pri minimalnem funkcijskem plinskem tlaku 0,45 MPa, naj ne preseže površinska flashover električno polje izolatorja 12 kV/mm, in električno polje visokonapetostnega elektroda izolatorja 50 kV/mm. Simulacijski rezultati kažejo, da je maksimalno površinsko flashover električno polje izolatorja 10,5 kV/mm, kar je manj kot 12 kV/mm, in rezultat je skladen. Maksimalno električno polje na površju visokonapetostnega elektroda je 21,2 kV/mm. Pretvorjeno na pogoj valovne frekvence 318 kV, je maksimalno električno polje 40,2 kV/cm, kar je manj kot 50 kV/cm, in rezultat je tudi skladen. 550 kV GIS 500 kV napredne transformatorne postaje je 28. decembra 2022 uspešno prvič napajan. Enota 2 je 29. novembra 2023 prvič povezana na omrežje. Vsa oprema v postaji je pretrpela testni tlak in deluje normalno.
Zaključek
Za pomembno visokonapetostno opremo 110 kV in višje je potrebno strogo slediti relevantnim zahtevam DL/T 586–2008 "Tehnični smernice za nadzor proizvodnje električne opreme", da se okrepita tovarniški nadzor opreme in nadzor kakovosti proizvodnje opreme iz viru. Proizvajalci GIS morajo okrepiti svojo zavest o kakovosti, celovito pregledati tveganja, povezana s kakovostjo, na vsaki postaji, in izboljšati dokumente, kot so operativni standardi, operativni standardi in operativni postopki za sestavljanje produktov na vseh nivojih napetosti. Celovit nadzor mora biti izveden nad povezavami, kot so nakup komponent, dizajn produkta, tehnologija obdelave komponent, pregled pri vhodu, sestavljanje produkta, testiranje in namestitev na mesti, da se zagotovi varnost, stabilnost in zanesljivost produktov.
