Avviksanalys och hantering av 550 kV GIS spänningsuthållighetstest
Gas - isolerad metallomsluten växelapparat (GIS) är en växlingsenhet bestående av växlingsapparater som strömbrytare (GCB), kopplingar (DS), jordningskopplingar (ES), samt enheter som spänningsomvandlare, strömomvandlare, överbelastningsbegränsare och omslutna busbar. Högspänningselement placeras alla inuti en jordad omsluten metallhölje, som fylls med SF₆-gas med utmärkta isolerande och bågningsstoppande egenskaper som isolerande medium. GIS har en kompakt struktur, liten yta, låga underhållskrav, enkel installation, bra avbrottsprestanda, inget störande ljud och används alltmer i energisystem.
550 kV GIS i en 500 kV upptransformatorstation för en viss företag använder en dubbel busbar-uppsättning, med 2 huvudtransformatorinlopp, 1 start- och reservtransformatorinlopp, 2 utlopp, och 1 busbarförbindelse, totalt 6 strömbrytare. Var och en av 1M och 2M är utrustad med 1 PT-bay. Den tillverkades den 28 oktober 2022, och monteringen på plats slutfördes den 10 december 2022. Under överlämningsmotståndstestet upplevde en stödjande isolator ett ovanligt genombrott.
Analys genomfördes från aspekter såsom genombrottets plats, monteringskvalitet på plats, materialkonformitet, tillverkningshistorik i fabrik, röntgenkontroll, lösningsmedelupplösning, och elektrisk fältsimulering. Orsaken till stödjande isolatorns spricka identifierades, och förslag om att förstärka övervakning och kvalitetskontroll under GIS-tillverkningsprocessen framkom.Riktlinjer för motståndstest och isolationsprov på gasisolerade metallomslutna växelapparater, samt den godkända testplanen.
Testspänning
80% av den specificerade nominella korttidsnätspänningssäkerheten vid 740 kV av tillverkaren tas, vilket är 592 kV, med en varaktighet av 1 minut.
Villkor som det provade utrustningen bör uppfylla
Testmetod och kriterier
Testspänningen för den provade GIS bör ökas från 0 V till 318 kV först, hållas i 5 minuter, sedan ökas till 473 kV och hållas i 3 minuter. Slutligen ökas testspänningen till den nominella motståndsvarde på 592 kV och hålls i 1 minut. Om det inte inträffar något genombrott anses det vara godkänt.
Sökning efter och hantering av avvikande punkter
Översikt över genombrottets avvikande
Den 11 december 2022 kl. 14:03 genomfördes ett isolationsmotståndstest av huvudkretsen på 550 kV GIS i transformatorstationen på byggplatsen. När faserna B och C testades ökades spänningen till 318 kV och hölls i 5 minuter, och testet passerades. När spänningen ökades till 473 kV och hölls i 2 minuter inträffade ett genombrott. Spänningen sjönk plötsligt till 0 V, och ett ganska högt ovanligt ljud hördes i transformatorstationen, vilket avbröt testet. Efter att säkerhetsåtgärder hade vidtagits mättes isolationsmotståndet till mark för 1M - C-fas huvudkrets till 400 MΩ, och resten till 200 GΩ. Det fastställdes att det fanns ett fel i en viss enhet som bärs av 1M - C-fas. Kopplingen för motståndstestet och det avvikande området visas i figur 1. Den mörkmarkerade delen i figuren indikerar spänningsapplikationsområdet.
Det kan ses från figur 1 att spänningsapplikationsområdet inkluderar: 6 strömbrytare som bärs av bus 1M, 6 buskopplingar, 2 linjesidig koppling, 5 uppsättningar luftbushingar, 1 buskoppling av PT som bärs av 1M, och 6 buskopplingar av 2M. Spänningsapplikationspunkten sattes vid risören för inloppet till Huvudtransformator No. 2 utomhus.
Process för sökning av avvikande punkter
GIS har en fullständigt omsluten struktur, med flera oberoende komponenter som bildar en integrerad helhet. Utrustningen associerad med 1M har 83 oberoende gasrum, vilket gör det ganska utmanande att lokalisera avvikande punkter. Efter forskning antogs en punkt-för-punkt elimineringmetod för att minska omfattningen av den avvikande utrustningen.
På grund av GIS:s fullständigt omslutna struktur kan endast isolering mätas vid exponerade delar, och isoleringsmätningarna sker alla på 15 meter höga risörssäten utomhus. När isolering mäts finns det många begränsande faktorer. Till exempel behöver personal använda en kran för att gå på och av, kommunikationsverktyg krävs för kontakt, och provledningar måste konstant ändras under mätningen. Genom analys visade det sig att det skulle vara mycket bekvämt att använda PT som isoleringsmätningpunkt genom att stänga PT-kopplingen som är associerad med 1M och ta bort PT:s sekundära jordningsledning, vilket skulle tillåta inspektörer att kommunicera i realtid utan att behöva lita på kommunikationsverktyg.
Alla kopplingar anslutna till GIS 1M öppnades, och alla strömbrytare stängdes. Sedan, börjande från intervallet vid spänningsapplikationspunkten, stängdes kopplingarna anslutna till 1M (exklusive 1M VT-koppling) en efter en, och isolering mättes varje gång en koppling stängdes. Till slut, i utloppsintervallet 5W11 av 1M - C-bus, mättes huvudkretsens isolering till 400 MΩ. Genom att ytterligare öppna intervallets strömbrytare fastställdes det slutliga avvikande punkten i området från denna strömbrytares linjesida koppling till utomhus GIS bushing.
Det avvikande området i figur 1 isolerades, och en andra spänningsapplikation utfördes på de icke-avvikande delarna enligt huvudisolationsmotståndstestproceduren. Resultaten visade compliance. Nätspänningstester genomfördes på återstående utrustning, vilka alla gick igenom smidigt.
Hantering av avvikande punkter
Det fanns 5 oberoende gasrum i det avvikande området. För att exakt lokalisera den avvikande punkten var det nödvändigt att öppna varje gasrum en efter en för inspektion.Eftersom SF₆-gasen inuti GIS blev giftig efter testet, den 12 december 2022, efter att gasen hade återvinns och utrustningen demontérades för inspektion, upptäcktes att stödjande isolatorn i trevägsbusbar vid nedre delen av vertikal busbar i 02-5 gasrummet av 1M-C busbar var sprucken. Busbarledaren, behållaren, och närliggande isolatorer uppfyllde alla produkttekniska krav.
Tillverkaren ersatte den avvikande isolatorn den 13 december, monterade om busbaren, och slutförde gasbehandling, läckagekontroll, fuktighetsmätning, och huvudkretsens resistansmätning. När resultaten visade sig vara godkända, den 14 december, genomfördes ett nytt nätspänningstest med ovan nämnda testkoppling och i enlighet med huvudkretsens isolationsmotståndstestprocedur. Testresultaten var godkända (592 kV hållits i 1 minut).
Analys av orsakerna till stödjande isolatorns spricka
Det finns totalt 145 stödjande isolatorer i GIS. Oavsett om den spruckna stödjande isolatorn är ett enskilt fall eller en del av ett batchproblem är det av stor betydelse för den säkra och pålitliga driftsättningen av upptransformatorstationen. Därför för att identifiera den underliggande orsaken till den defekta isolatorns spricka, genomförs undersökningar från följande aspekter.
Inspektion av busbars monteringskvalitet på plats
CX1-1C (fabriksnummer, samma nedan) busbar monterades på plats den 3 december 2022. Under monteringsprocessen verifierade tillverkarens representant på plats varje punkt mot "Platsbaserad Docking Bekräftelse Operationskort". Ägaren och tillsynen bevittnade processen gemensamt, och montering kunde fortsätta först efter att de tre parterna hade slutfört signeringsformaliteterna. Efter att monteringen var slutförd, genomfördes platsbaserade verifikationstester som gasfuktighet, läckagekontroll, och slinga-resistans. Detta utesluter i princip möjligheten att isolatorns spricka orsakades av monteringskvalitet, process, och andra faktorer på plats.
Inspektion av materialkonformitet för stödjande busbarisolatorer
Den spruckna stödjande isolatorn har ett fabriksutgångsnummer Z220704-1G1, som tillverkades av en dotterföretag till tillverkaren i juli 2022. Innan den lämnade fabriken genomgick denna stödjande isolator inspektioner och tester inklusive visuell inspektion, dimensionsmätning, glaseringstemperaturtest, röntgenkontroll, och elektriska tester, vilka alla visade compliance.
Fabriksutgångsinspektionrapporter och inkommande-inspektioner av isolatorerna visar att både fabriksutgångs- och inkommande-inspektionerna uppfyller kraven.
Inspektion av busbarstillverkningshistorik
En utredning av CX1-1C busbarenhets sammansättningshistorik visar att tillverkaren startade produktion och sammansättning den 20 september 2022, och slutförde arbetet den 12 oktober 2022. Posterna i sammansättningshistoriktabellen visar att både interna och externa sammansättningsprocesser uppfyllde tekniska krav och processstandarder som specificerades i ritningarna, utan några avvikelser. Därför kan det uteslutas att processerna i tillverkningshistoriktabellen orsakade den stödjande isolatorns spricka.
Inspektion av busbarfabriksutgångstester
CX1-1C busbar genomgick blixtimpuls, nätspänningssäkerhet, och partiell utsläppstester i tillverkarens fabrik den 6 oktober 2022, vilka alla passerades vid första försöket, och testresultaten var godkända. Detta indikerar att busbaren och isolatorerna var normala när de lämnade fabriken.
Inspektion av avvikande stödjande isolatorer
Inspektioner genomförs från aspekter som felnaturen hos de avvikande stödjande isolatorerna och verifieringstester (inklusive dimensionsinspektion, röntgenkontroll, materialanalys, etc.).
Felnaturen
Analys av den här isolatorns yttre utsläppsväg visar att det finns ett genomskinligt skadat område i den isolerande delen mellan högspänningselectroden och lågspänningselectroden. I allmänhet uppstår ett genomskinligt skadat område i en isolator på grund av vissa brister inuti den isolerande delen, eller p.g.a. ytterligare mekaniska belastningar, vilket leder till sprickor inuti den isolerande delen, och sedan genomskinligt genombrott längs sprickorna.
Verifieringstester
Omfattande dimensionsinspektion. Dimensionsinspektionen av den avvikande stödjande isolatorn var godkänd. Inspektionresultaten visas i tabell 1.
Röntgenkontroll. Röntgenkontroll utfördes på den avvikande stödjande isolatorn, och inga externa brister utom sprickor upptäcktes.Resinmaterial re-inspektion. Prover togs från de avvikande exemplaren för re-inspektion av densitet, fyllnadshalt, och glastransitionstemperatur, och resultaten var godkända. Resinmaterial kontrolleresultaten visas i tabell 2.
Re-inspektion av resintill-electrodgränssnittet. Den icke-utsläppt delen av isolatorn skars, och resintill-metallgränssnittet av isolatorn färgades för felkontroll. Förutom den lokala lindriga penetreringen av färgämnet vid sprickan var resten av området normal, vilket bevisar att det inte fanns några brister inuti resin, och att resinen var väl fäst vid electrod.
Re-inspektion av resin smältning. Efter att resin av den avvikande stödjande isolatorn smälts vid hög temperatur, re-inspekterades electrod. Det fanns lokal abnorm deformation vid utsläppspunkten på den högspänningselectrodens bågningsyta. Sammanfattningsvis, under tillverkningsprocessen av stödjande isolatorn, ledde ogentlig operation till abnorm deformation av den högspänningselectrodens bågningsyta. Eftersom deformationen var lindrig misslyckades operatörerna med att upptäcka den i tid, vilket gjorde att defekta komponenter gick in i nästa process och slutligen ledde till att isolatorn gots.
Detta fel orsakades av icke-standardiserad operation av operatörerna, vilket ledde till abnorm deformation av electrod och därefter spricka i isolatorn. Strukturen av denna stödjande isolator är en isolerande struktur som tillverkaren har använt. Sedan 2003 har mer än 36 000 isolatorer tillverkats och fungerar pålitligt i fält. Därför är sprickan i denna stödjande isolator ett enskilt fall.
Simuleringsverifiering
Av säkerhetsskäl genomfördes simuleringsverifiering på busbaren med denna isolatorstruktur.Spänningsapplikation: Centraleledaren och den högspänningselectrod av isolatorn är vid 1675 kV, medan behållaren, stödbasen, och den lågspänningselectrod av isolatorn är vid 0 potential.
Bedömningskriterier: Vid minimal funktionsgastryck på 0,45 MPa, bör isolatorns yttre utsläppselektrodstyrka inte överstiga 12 kV/mm, och högspänningselectrodens elektrodstyrka av isolatorn bör inte överstiga 50 kV/mm.
Simuleringsresultaten visar att den maximala yttre utsläppselektrodstyrkan för isolatorn är 10,5 kV/mm, vilket är mindre än 12 kV/mm, och resultatet är godkänt. Den maximala elektrodstyrkan på högspänningselectrodens yta är 21,2 kV/mm. Konverterat till ett nätspänningstest på 318 kV, är den maximala elektrodstyrkan 40,2 kV/cm, vilket är mindre än 50 kV/cm, och resultatet är också godkänt.
550 kV GIS i 500 kV upptransformatorstation aktiverades för första gången den 28 december 2022. Enhets 2 anslöts för första gången till nätet den 29 november 2023. All utrustning i transformatorstationen har klarat trycktest och fungerar normalt.
Slutsats
För viktiga högspänningsekipement av 110 kV och över, är det nödvändigt att strikt följa de relevanta kraven i DL/T 586—2008 "Tekniska riktlinjer för övervakning av elutrustningstillverkning" för att förstärka fabriksbaserad övervakning av utrustning och kontrollera utrustningstillverkningens kvalitet från källan. GIS-tillverkare måste förstärka sin kvalitetskontrollmedvetenhet, genomföra en fullständig granskning av kvalitetsrelaterade riskpunkter på varje post, och förbättra dokument som operationsmanualer, operationsstandarder, och operationsprocedurer för produktsammansättning på alla spänningssnivåer. En omfattande kontroll ska utföras över länkar som komponentinköp, produktdesign, komponentbearbetningsteknik, inkommande-inspektion, produktsammansättning, test, och platsinstallation för att säkerställa produkternas säkerhet, stabilitet, och pålitlighet.
