Nestandardna analiza i rešavanje problema na ispitivanju otpornosti GIS 550 kV
Gas - insulated metal - enclosed switchgear (GIS) je prekidna oprema sastavljena od uređaja za prekid, kao što su prekidači (GCB), disjunktory (DS), zemljači (ES), kao i jedinica poput transformatora napona, transformatora struja, zaštitnih uređaja od naponskih talasa i zaključenih busbarova. Visokonaponske komponente su sve smještene unutar zemljenog zaključenog metalnog okvira, ispunjenog SF₆ plinom sa odličnim svojstvima izolacije i ugašanja lukova kao medijuma za izolaciju. GIS ima kompaktnu strukturu, mali prostorni zahtjev, niske potrebe za održavanjem, lako postavljanje, dobru performansu prekida i nema interferencija, te se sve više široko koristi u elektroenergetskim sistemima.
550 kV GIS u 500 kV step - up podstanici određene kompanije koristi dvostruku busbarsku shemu, sa 2 glavnim transformatorom ulazne linije, 1 početnom i rezervnom transformatorom ulazne linije, 2 izlazne linije i 1 bus - tie, ukupno 6 prekidača. Svaki od 1M i 2M je opremljen 1 PT bandom. Izrađen je 28. oktobra 2022. godine, a na mjestu je montiran 10. decembra 2022. godine. Tijekom testa izdržljivosti pri prenamjeni, dogodila se neobična propusnost nosača izolacije.
Analize su provedene s aspekta lokacije anomalije, kvalitete montaže na mjestu, usklađenosti materijala, povijesti proizvodnje u fabrici, detekcije grešaka rентгенским зрачењем, растворивања смоле и simulacije električnog polja. Utvrđena je uzročna propusnost nosača izolacije, te su predloženi savjeti za jačanje nadzora i kontrole kvalitete tijekom procesa proizvodnje GIS-a.Smjernice za testiranje izdržljivosti pri prenamjeni i izolacije gas-insulirane metalne zaključene prekidne opreme, kao i odobreni plan testiranja.
Testni napon
Uzima se 80% nominalne vrijednosti kratkotrajnog naponskog prenosnog nivoa čestotnog naponskog prenosnog nivoa od 740 kV koji je definisan od strane proizvođača, što iznosi 592 kV, sa trajanjem od 1 minuta.
Uslovi koje treba da ispuni ispitivano oprema
Metoda i kriterijumi testiranja
Testni napon za ispitivanje GIS-a treba da se poveća sa 0 V do 318 kV prvo, drži se 5 minuta, zatim se poveća do 473 kV i drži se 3 minute. Konačno, testni napon se povećava do nominalne vrijednosti naponskog prenosnog nivoa od 592 kV i drži se 1 minuta. Ako nema propusnosti, smatra se kvalitetnim.
Pretraživanje i obrada abnormalnih tačaka
Pregled anormalnosti propusnosti
Dana 11. decembra 2022. godine, u 14:03 sati, izveden je test izdržljivosti pri prenamjeni izolacije glavnog kruga 550 kV GIS-a na stajalištu gradnje. Tijekom testiranja faza B i C, napon je povećan do 318 kV i držao se 5 minuta, prošao test. Kada je napon povećan do 473 kV i držao se 2 minute, dogodila se propusnost. Napon je iznenada pao na 0 V, a u podstanici je čuo se relativno glasno anormalno zvuk, prekinuvši test. Nakon što su primijenjene sigurnosne mere, izmjerena je otpornost na zemlju glavnog kruga 1M - C faze 400 MΩ, a ostatak 200 G&Ω;. Ustanovljeno je da postoji greška u određenom uređaju koji se nalazi na 1M - C fazi. Shema za testiranje izdržljivosti pri prenamjeni i anormalna zona prikazani su na Slici 1. Crna boja na slici označava opseg primjene napona.
Iz Slike 1 može se vidjeti da opseg primjene napona uključuje: 6 prekidača nosača 1M, 6 bus disjunktora, 2 linearni disjunktora, 5 setova vazdušnih bushingova, 1 bus disjunktor PT-a nosača 1M i 6 bus disjunktora 2M. Tačka primjene napona je postavljena na riseru ulazne linije Glavnog transformatora broj 2 vani.
Proces pretraživanja anormalnih tačaka
GIS ima potpuno zaključenu strukturu, sastavljenu od mnogo nezavisnih komponenti koje čine cjelinu. Oprema vezana za 1M ima 83 nezavisne gasne sekcije, što čini lociranje anormalnih tačaka prilično izazovnim. Nakon istraživanja, usvojena je metoda eliminacije tačka-po-tačka kako bi se sužio opseg anormalne opreme.
Zbog potpuno zaključene strukture GIS-a, izolacija se može meriti samo na izloženim delovima, a tačke mjerenja izolacije su sve na riseru visokom 15 metara vani. Tijekom mjerenja izolacije, postoje mnogi ograničavajući faktori. Na primjer, osoblje mora koristiti terenski dizalo za dolazak i odlazak, potrebni su komunikacioni alati za veze, a vodiči za testiranje moraju se stalno menjati tokom mjerenja. Analizom je utvrđeno da zatvaranjem PT disjunktora vezanog za 1M i uklanjanjem sekundarnog zemljenog voda PT-a, postaje vrlo praktično koristiti PT kao tačku mjerenja izolacije, omogućujući inspektorima da komuniciraju u stvarnom vremenu bez ovisnosti o komunikacionim alatima.
Svi disjunktore povezani sa GIS 1M su otvoreni, a svi prekidači su zatvoreni. Zatim, počevši od intervala u tački primjene napona, disjunktore povezani sa 1M (osim 1M VT disjunktora) su zatvoreni jedan po jedan, a izolacija je merena svaki put kad je disjunktor zatvoren. Konačno, u intervalu izlazne linije 5W11 1M - C busa, izmerena je izolacija glavnog kruga 400 M&Ω;. Dalje otvaranjem prekidača tog intervala, anormalna tačka je konačno utvrđena u području od linearnog disjunktora ovog prekidača do vanjskog GIS bushinga.
Anormalna zona na Slici 1 je izolovana, a druga primjena napona je izvršena na ne-anormalnim delovima prema proceduri glavnog testa izdržljivosti pri prenamjeni izolacije. Rezultati su pokazali usklađenost. Testiranje izdržljivosti pri prenamjeni naponske frekvencije je izvršeno na preostaloj opremi, sva su prošla uspešno.
Obrada anormalnih tačaka
U anormalnoj zoni bilo je 5 nezavisnih gasnih sekcija. Da bi se precizno locirala anormalna tačka, bilo je potrebno otvoriti svaku gasnu sekciju jednu po jednu za inspekciju.Pošto je SF₆ plin unutar GIS-a postao otrovan nakon testa, 12. decembra 2022. godine, nakon povratka plina i demontaže opreme, utvrđeno je da je nosač izolacije tri-nosača busa u donjoj sekciji vertikalnog busa u 02 - 5 gas kompartmentu 1M - C busa bio razbit. Bus vodnik, kućište i susjedni nosači izolacije su ispunjavali tehničke zahteve proizvoda.
Proizvođač je zamenio anormalni nosač izolacije 13. decembra, ponovo instalirao bus, i završio tretman plina, detekciju curenja, merenje vlage i merenje otpora glavnog kruga. Nakon što su se rezultati pokazali kvalitetni, 14. decembra, izvršen je test izdržljivosti pri prenamjeni naponske frekvencije koristeći gore navedeni način spajanja za testiranje i slijedeći proceduru testiranja izdržljivosti pri prenamjeni izolacije glavnog kruga. Rezultati testa su bili kvalitetni (592 kV držao se 1 minuta).
Analiza uzroka razbijanja nosača izolacije
U GIS-u ukupno ima 145 nosača izolacije. Da li je razbijen nosač izolacije izolovani slučaj ili deo problema u seriji, od ključne važnosti je za sigurno i pouzdanu komisiju step - up podstanice. Stoga, kako bi se identifikovala temeljna uzročna razbijanja greškog nosača, istraživanja se provode sa sljedećih aspekata.
Inspekcija kvalitete montaže busa na mjestu
Bus CX1 - 1C (fabrični broj, isto i dalje) montiran je na mjestu 3. decembra 2022. godine. Tijekom procesa montaže, predstavnik proizvođača na mjestu verificirao je svaki stavak prema "Kartici operativnih stavaka za potvrdu na mjestu". Vlasnik i nadzor zajedno su svjedočili procesu, i montaža se mogla nastaviti tek nakon što su sva tri strane završile formalnosti potpisa. Nakon završetka montaže, izvršena su na mjestu verifikacijska testiranja, uključujući sadržaj vlage u plinu, detekciju curenja i otpor petlje. Ovo uglavnom isključuje mogućnost da je razbijanje nosača izolacije uzrokovano kvalitetom montaže, procesom i drugim faktorima na mjestu.
Inspekcija usklađenosti materijala nosača izolacije za busove
Razbijen nosač izolacije ima fabrični broj Z220704 - 1G1, proizveden u julu 2022. godine u potrošačkom društvu proizvođača. Prije izlaska iz fabrike, ovaj nosač izolacije prošao je inspekcije i testiranja uključujući vizualnu inspekciju, mjerenje dimenzija, testiranje temperature vitrifikacije, detekciju grešaka X-zracima i električna testiranja, svi su pokazali usklađenost.
Fabrični izvještaji o inspekciji i zapisi o prihvatu nosača izolacije pokazuju da su i fabrični i prihvatni rezultati ispunjavali zahteve.
Inspekcija povijesti proizvodnje busa
Upit o povijesti montaže jedinice busa CX1 - 1C pokazuje da je proizvođač započeo proizvodnju i montažu 20. septembra 2022. godine, a završio rad 12. oktobra 2022. godine. Zapisi u tablici povijesti montaže pokazuju da su i unutrašnji i vanjski procesi montaže ispunjavali tehničke zahteve i standardne procedure navedene u crtežima, bez anormalnosti. Stoga, može se isključiti da su procesi navedeni u tablici povijesti proizvodnje uzrokovali razbijanje nosača izolacije.
Inspekcija fabričnih testova busa
Bus CX1 - 1C prošao je testiranja impulsnog udara bijela munja, izdržljivosti pri prenamjeni naponske frekvencije i parcijalne emisije u fabričkoj proizvodnji 6. oktobra 2022. godine, svi su prošli na prvi put, a rezultati testiranja su bili kvalitetni. To pokazuje da su bus i nosači izolacije bili normalni kada su izlazili iz fabrike.
Inspekcija anormalnih nosača izolacije
Inspekcije se izvršavaju sa aspekata kao što su priroda neispravnosti anormalnih nosača izolacije i verifikaciona testiranja (uključujući inspekciju dimenzija, detekciju grešaka, analizu materijala itd.).
Priroda neispravnosti
Analiza površinskog puta ispraznjenja ovog nosača izolacije pokazuje da postoji izgled prolaznog oštećenja u izolacionom dijelu između visokonaponskog i niskonaponskog elektroda. Obično, prolazno oštećenje nosača izolacije događa se zbog prisutnosti određenih defekata unutar izolacionog dijela, ili zbog dodatnog mehaničkog stresa, koji dovodi do pukotina unutar izolacionog dijela, a zatim prolazno ispraznjenje po pukotinama.
Verifikaciona testiranja
Ponovna inspekcija dimenzija. Ponovna inspekcija dimenzija anormalnog nosača izolacije je bila uspešna. Rezultati ponovne inspekcije prikazani su u Tabeli 1.
Detekcija grešaka X-zracima. Detekcija grešaka X-zracima je izvršena na anormalnom nosaču izolacije, i nije pronađen nijedan vanjski defekt osim pukotine.Ponovna inspekcija materijala smole. Uzorci su uzeti iz anormalnih uzoraka za ponovnu inspekciju gustoće, sadržaja punjenja i temperature prelaska u stanje stakla, a rezultati su bili kvalitetni. Rezultati detekcije materijala smole prikazani su u Tabeli 2.
Ponovna inspekcija sučelja vezanja smole i elektroda. Ne-ispraznjeni dio nosača izolacije je isečen, a sučelje vezanja smole i metala nosača izolacije je obojeno za detekciju grešaka. Osim lokalnog blagog penetriranja boje na pukotini, ostatak područja je bio normalan, dokazujući da nema defekata unutar smole i da je smola dobro vezana na elektrod.
Ponovna inspekcija taloženja smole. Nakon što je smola anormalnog nosača izolacije taložena na visoku temperaturu, elektrod je ponovo inspektovan. Postojao je lokalni anormalni deformiranje na poziciji tačke ispraznjenja na lukastoj površini visokonaponskog elektroda. Zaključno, tijekom procesa proizvodnje nosača izolacije, nepravilna operacija dovodi do anormalnog deformiranja lukaste površine visokonaponskog elektroda. Budući da je deformiranje bilo malo, operatori nisu uspeli pravo vreme detektovati ga, dozvoljavajući defektne komponente da stupaju u sledeći proces i konačno dovode do taloženja nosača izolacije.
Ova neispravnost je uzrokovana nepravilnom operacijom operatora, koja je dovukla do anormalnog deformiranja elektroda i kasnije do razbijanja nosača izolacije. Struktura ovog nosača izolacije je izolaciona struktura koju proizvođač koristi. Od 2003. godine, proizvedeno je više od 36.000 nosača izolacije, koji pouzdano rade u polju. Stoga, razbijanje ovog nosača izolacije predstavlja izolovani slučaj.
Simulacija verifikacije
Zbog sigurnosnih razloga, simulacija verifikacije je izvršena na busu sa ovom strukturom nosača izolacije.Primjena napona: Centralni vodnik i visokonaponski elektrod nosača izolacije su na 1675 kV, dok su kućište, osnovna podloga i niskonaponski elektrod nosača izolacije na 0 potencijalu.
Kriterijumi ocjenjivanja: Pod minimalnim funkcionalnim tlakom plina od 0,45 MPa, jakost električnog polja površinskog ispraznjenja nosača izolacije ne bi trebala da premaši 12 kV/mm, a jakost električnog polja visokonaponskog elektroda nosača izolacije ne bi trebala da premaši 50 kV/mm.
Rezultati simulacije pokazuju da je maksimalna jakost električnog polja površinskog ispraznjenja nosača izolacije 10,5 kV/mm, što je manje od 12 kV/mm, a rezultat je kvalitetan. Maksimalna jakost električnog polja na površini visokonaponskog elektroda iznosi 21,2 kV/mm. Konvertovano na uslove naponske frekvencije od 318 kV, maksimalna jakost električnog polja iznosi 40,2 kV/cm, što je manje od 50 kV/cm, a rezultat je takođe kvalitetan.
550 kV GIS 500 kV step - up podstanice uspešno je energiziran prvi put 28. decembra 2022. godine. Jedinica 2 prvi put je povezana na mrežu 29. novembra 2023. godine. Sva oprema u podstanici izdržala je testiranje tlakom i radi normalno.
Zaključak
Za važnu visokonaponsku opremu od 110 kV i više, potrebno je strogo prati relevantne zahteve DL/T 586—2008 "Tehničke smernice za nadzor proizvodnje opreme za energetsku industriju" kako bi se jačao fabrični nadzor nad opremom i kontrolisao kvalitet proizvodnje opreme od izvora. Proizvođači GIS-a moraju poboljšati svjest o kontroli kvaliteta, kompleksno sortirati tačke rizika vezane za kvalitet na svakoj poziciji i poboljšati dokumente poput operativnih specifikacija, standarda operacija i procedura za montažu proizvoda na svim nivoima napona. Kompleksna kontrola treba da se izvrši nad elementima kao što su nabavka komponenti, dizajn proizvoda, tehnologija obrade komponenti, prihvatna inspekcija, montaža proizvoda, testiranje i montaža na mjestu kako bi se osigurala sigurnost, stabilnost i pouzdanost proizvoda.
