การวิเคราะห์และจัดการความผิดปกติของการทดสอบทนแรงดัน 550 kV GIS
สวิตช์เกียร์ที่มีโลหะปิดและฉนวนก๊าซ (GIS) เป็นอุปกรณ์ควบคุมที่ประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมเช่น ตัวตัดวงจร (GCB) ตัวแยกวงจร (DS) ตัวต่อพื้น (ES) รวมถึงหน่วยงานอย่างตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า ตัวแปลงกระแสไฟฟ้า ตัวป้องกันฟ้าผ่า และบัสบาร์ปิด องค์ประกอบที่มีศักย์สูงทั้งหมดถูกวางไว้ภายในเปลือกโลหะปิดที่มีการต่อพื้น ซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซ SF₆ ที่มีคุณสมบัติฉนวนและดับอาร์คที่ยอดเยี่ยมเป็นสื่อฉนวน GIS มีโครงสร้างที่กะทัดรัด พื้นที่ใช้งานน้อย ความต้องการบำรุงรักษาน้อย การติดตั้งง่าย ประสิทธิภาพในการตัดวงจรดี และไม่มีการรบกวน และได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้า
GIS 550 kV ในสถานีไฟฟ้าแรงดันสูง 500 kV ของบริษัทแห่งหนึ่งใช้วิธีการจัดเรียงสายไฟแบบสองบัสบาร์ โดยมีสายไฟหลักเข้ามา 2 เส้น สายไฟสำรองเข้ามา 1 เส้น สายไฟออก 2 เส้น และบัสบาร์เชื่อมโยง 1 เส้น รวมทั้งหมด 6 ตัวตัดวงจร แต่ละ 1M และ 2M ได้รับการติดตั้ง PT bay 1 อัน ผลิตขึ้นเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม 2022 และการประกอบที่ไซต์เสร็จสิ้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2022 ระหว่างการทดสอบความทนทานในการส่งมอบ ตัวฉนวนรองรับเกิดการชำรุดผิดปกติ
ได้มีการวิเคราะห์จากหลายแง่มุม เช่น ตำแหน่งที่เกิดความผิดปกติ คุณภาพการประกอบที่ไซต์ การปฏิบัติตามมาตรฐานวัสดุ ประวัติการผลิตในโรงงาน การตรวจหาข้อบกพร่องด้วยเอ็กซ์เรย์ การละลายเรซิน และการจำลองสนามไฟฟ้า สาเหตุของการแตกของตัวฉนวนรองรับได้ถูกระบุ และมีข้อเสนอแนะในการเพิ่มการกำกับดูแลและการควบคุมคุณภาพในกระบวนการผลิต GISแนวทางการทดสอบความทนทานและความต้านทานฉนวนสำหรับสวิตช์เกียร์ที่มีโลหะปิดและฉนวนก๊าซ และแผนการทดสอบที่ได้รับอนุมัติ
แรงดันทดสอบ
ใช้ 80% ของค่าแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงที่กำหนดโดยผู้ผลิต 740 kV ซึ่งเท่ากับ 592 kV ระยะเวลา 1 นาที
เงื่อนไขที่อุปกรณ์ที่ทดสอบควรปฏิบัติตาม
วิธีการทดสอบและเกณฑ์
แรงดันทดสอบสำหรับ GIS ที่ทดสอบควรเพิ่มจาก 0 V ไปยัง 318 kV ก่อน คงที่เป็นเวลา 5 นาที แล้วเพิ่มไปยัง 473 kV และคงที่เป็นเวลา 3 นาที สุดท้าย แรงดันทดสอบจะเพิ่มไปยังค่าความทนทานที่กำหนด 592 kV และคงที่เป็นเวลา 1 นาที หากไม่มีการชำรุด จะถือว่าผ่านการทดสอบ
การค้นหาและจัดการจุดผิดปกติ
ภาพรวมของความผิดปกติจากการชำรุด
เมื่อวันที่ 11 ธันวาคม 2022 เวลา 14:03 ได้มีการทดสอบความทนทานฉนวนไฟฟ้าของวงจรหลักใน GIS 550 kV ที่สถานีไฟฟ้า ในระหว่างการทดสอบเฟส B และ C แรงดันถูกเพิ่มขึ้นไปยัง 318 kV และคงที่เป็นเวลา 5 นาที ผ่านการทดสอบ แต่เมื่อแรงดันถูกเพิ่มขึ้นไปยัง 473 kV และคงที่เป็นเวลา 2 นาที ได้เกิดการชำรุด แรงดันลดลงอย่างฉับพลันเป็น 0 V และได้ยินเสียงผิดปกติที่ค่อนข้างดังในสถานีไฟฟ้า ทำให้การทดสอบหยุดชะงัก หลังจากดำเนินมาตรการความปลอดภัย ได้วัดความต้านทานฉนวนต่อพื้นของวงจรหลักเฟส C ของ 1M พบว่ามีค่า 400 MΩ และส่วนที่เหลือมีค่า 200 GΩ สรุปว่ามีความผิดปกติในอุปกรณ์ที่ติดตั้งในเฟส C ของ 1M รูปภาพแสดงการทดสอบความทนทานและพื้นที่ผิดปกติในรูปที่ 1 จุดที่มืดในรูปหมายถึงขอบเขตการประยุกต์ใช้แรงดัน
จากรูปที่ 1 สามารถเห็นว่าขอบเขตการประยุกต์ใช้แรงดันรวมถึง: ตัวตัดวงจร 6 ตัวที่ติดตั้งบนบัสบาร์ 1M ตัวแยกวงจร 6 ตัว ตัวแยกวงจรทางสาย 2 ตัว ปลั๊กไฟอากาศ 5 ชุด ตัวแยกวงจรของ PT ที่ติดตั้งบน 1M 1 ตัว และตัวแยกวงจรของ 2M 6 ตัว จุดประยุกต์ใช้แรงดันถูกตั้งไว้ที่ riser ของสายไฟขาเข้าของ Main Transformer No. 2 ภายนอกอาคาร
กระบวนการค้นหาจุดผิดปกติ
GIS มีโครงสร้างปิดสนิท ประกอบด้วยส่วนประกอบอิสระหลายส่วนที่รวมเป็นหน่วยเดียว อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ 1M มีช่องก๊าซอิสระ 83 ช่อง ทำให้ยากต่อการค้นหาจุดผิดปกติ หลังจากการวิจัย ได้ใช้วิธีการคัดเลือกจุดต่อจุดเพื่อลดขอบเขตของอุปกรณ์ที่ผิดปกติ
เนื่องจาก GIS มีโครงสร้างปิดสนิท ฉนวนสามารถวัดได้เฉพาะที่ส่วนที่เปิดเผย และจุดวัดฉนวนอยู่ที่ riser ภายนอกอาคารที่สูง 15 เมตร ในการวัดฉนวนมีข้อจำกัดมากมาย ตัวอย่างเช่น บุคลากรต้องใช้เครนในการขึ้นลง ต้องใช้เครื่องมือสื่อสารในการติดต่อ และต้องเปลี่ยนสายทดสอบอย่างต่อเนื่องในการวัด ผ่านการวิเคราะห์ พบว่าการปิดตัวแยกวงจร PT ที่เกี่ยวข้องกับ 1M และการถอดสายต่อพื้นที่สองของ PT จะทำให้สะดวกในการใช้ PT เป็นจุดวัดฉนวน ทำให้ตรวจสอบได้ในเวลาจริงโดยไม่ต้องพึ่งพาเครื่องมือสื่อสาร
ตัวแยกวงจรทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับ GIS 1M ถูกเปิด และตัวตัดวงจรทั้งหมดถูกปิด จากนั้นเริ่มต้นที่ช่วงที่ประยุกต์ใช้แรงดัน ตัวแยกวงจรที่เชื่อมต่อกับ 1M (ยกเว้นตัวแยกวงจร VT ของ 1M) ถูกปิดทีละตัว และวัดฉนวนทุกครั้งที่ตัวแยกวงจรถูกปิด ท้ายที่สุด ในช่วงสายไฟขาออก 5W11 ของบัสบาร์ 1M - C วัดได้ว่าฉนวนของวงจรหลักมีค่า 400 MΩ หลังจากนั้น ทำการเปิดตัวตัดวงจรของช่วงนี้ จุดผิดปกติได้ถูกกำหนดว่าอยู่ในพื้นที่จากตัวแยกวงจรทางสายของตัวตัดวงจรนี้ไปยังปลั๊กไฟ GIS ภายนอกอาคาร
พื้นที่ผิดปกติในรูปที่ 1 ถูกแยกออก และทำการประยุกต์ใช้แรงดันครั้งที่สองในส่วนที่ไม่ผิดปกติตามขั้นตอนการทดสอบความทนทานฉนวนหลัก ผลลัพธ์แสดงว่าผ่านการทดสอบ การทดสอบความทนทานแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงได้ดำเนินการในอุปกรณ์ที่เหลือ และทั้งหมดผ่านการทดสอบอย่างราบรื่น
การจัดการจุดผิดปกติ
มีช่องก๊าซอิสระ 5 ช่องในพื้นที่ผิดปกติ เพื่อระบุจุดผิดปกติอย่างแม่นยำ จำเป็นต้องเปิดช่องก๊าซทีละช่องเพื่อตรวจสอบเนื่องจากก๊าซ SF₆ ภายใน GIS กลายเป็นพิษหลังจากการทดสอบ ในวันที่ 12 ธันวาคม 2022 หลังจากก๊าซถูกคืนกลับและอุปกรณ์ถูกถอดออกเพื่อตรวจสอบ พบว่าตัวฉนวนรองรับของบัสบาร์สามทางที่ส่วนล่างของบัสบาร์แนวตั้งในช่องก๊าซ 02-5 ของ 1M - C ได้แตก คอนดักเตอร์บัสบาร์ โครงกระบอก และตัวฉนวนใกล้เคียงทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์
ผู้ผลิตได้เปลี่ยนตัวฉนวนที่ผิดปกติในวันที่ 13 ธันวาคม ติดตั้งบัสบาร์ใหม่ และดำเนินการจัดการก๊าซ การตรวจรั่ว การวัดความชื้น และการวัดความต้านทานวงจรหลัก หลังจากผลลัพธ์พบว่าผ่านการทดสอบ ในวันที่ 14 ธันวาคม ได้ทำการทดสอบความทนทานแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงอีกครั้งโดยใช้วิธีการทดสอบที่กล่าวถึงข้างต้น และปฏิบัติตามขั้นตอนการทดสอบความทนทานฉนวนวงจรหลัก ผลทดสอบพบว่าผ่านการทดสอบ (592 kV คงที่เป็นเวลา 1 นาที)
การวิเคราะห์สาเหตุของการแตกของตัวฉนวนรองรับ
มีตัวฉนวนรองรับทั้งหมด 145 ตัวใน GIS ว่าตัวฉนวนรองรับที่แตกเป็นกรณีโดดเดี่ยวหรือเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาที่เกิดขึ้นในล็อตทั้งหมดมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการส่งมอบสถานีไฟฟ้าแรงดันสูงอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ ดังนั้น เพื่อระบุสาเหตุที่แท้จริงของการแตกของตัวฉนวนที่ผิดพลาด ได้มีการตรวจสอบจากด้านต่างๆ ดังนี้
การตรวจสอบคุณภาพการประกอบบัสบาร์ที่ไซต์
บัสบาร์ CX1-1C (หมายเลขโรงงาน, ต่อไปนี้เช่นกัน) ถูกประกอบที่ไซต์เมื่อวันที่ 3 ธันวาคม 2022 ระหว่างการประกอบ ตัวแทนของผู้ผลิตที่ไซต์ได้ตรวจสอบรายการทุกอย่างตาม "การยืนยันการเชื่อมต่อที่ไซต์" ผู้ครอบครองและผู้ควบคุมได้ร่วมกันเป็นพยาน และการประกอบสามารถดำเนินการต่อได้หลังจากทั้งสามฝ่ายเซ็นชื่อเรียบร้อย หลังจากประกอบเสร็จสิ้น ได้มีการทดสอบการตรวจสอบที่ไซต์ เช่น การวัดความชื้นของก๊าซ การตรวจรั่ว และการวัดความต้านทานวงจร ซึ่งสามารถขจัดความเป็นไปได้ว่าการแตกของตัวฉนวนเกิดจากคุณภาพการประกอบที่ไซต์ กระบวนการ และปัจจัยอื่นๆ
การตรวจสอบการปฏิบัติตามมาตรฐานของวัสดุตัวฉนวนรองรับบัสบาร์
ตัวฉนวนรองรับที่แตกมีหมายเลขออกจากโรงงาน Z220704-1G1 ซึ่งผลิตโดยบริษัทย่อยของผู้ผลิตในเดือนกรกฎาคม 2022 ก่อนออกจากโรงงาน ตัวฉนวนรองรับนี้ได้ผ่านการตรวจสอบและทดสอบ รวมถึงการตรวจสอบด้วยสายตา การวัดขนาด การทดสอบอุณหภูมิการแก้ว การตรวจหาข้อบกพร่องด้วยเอ็กซ์เรย์ และการทดสอบไฟฟ้า ซึ่งทั้งหมดพบว่าผ่านการทดสอบ
รายงานการตรวจสอบออกจากโรงงานและการบันทึกการตรวจสอบเข้าของตัวฉนวนแสดงว่าผลการตรวจสอบทั้งออกจากโรงงานและเข้าโรงงานตรงตามข้อกำหนด
การตรวจสอบประวัติการผลิตบัสบาร์
จากการสอบถามประวัติการประกอบของหน่วยบัสบาร์ CX1-1C ปรากฏว่าผู้ผลิตเริ่มการผลิตและการประกอบเมื่อวันที่ 20 กันยายน 2022 และเสร็จสิ้นในวันที่ 12 ตุลาคม 2022 บันทึกในตารางประวัติการประกอบระบุว่าทั้งกระบวนการประกอบภายในและภายนอกตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคและมาตรฐานกระบวนการที่ระบุในแบบแปลน ไม่พบความผิดปกติ ดังนั้น สามารถขจัดความเป็นไปได้ว่ากระบวนการที่ระบุในตารางประวัติการผลิตทำให้ตัวฉนวนรองรับแตก
การตรวจสอบการทดสอบออกจากโรงงานของบัสบาร์
บัสบาร์ CX1-1C ได้ผ่านการทดสอบแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง การทดสอบความทนทานแรงดันไฟฟ้า และการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนในโรงงานของผู้ผลิตเมื่อวันที่ 6 ตุลาคม 2022 ทั้งหมดผ่านการทดสอบครั้งแรก และผลทดสอบพบว่าผ่านการทดสอบ ซึ่งแสดงว่าบัสบาร์และตัวฉนวนอยู่ในสภาพปกติเมื่อออกจากโรงงาน
การตรวจสอบตัวฉนวนรองรับที่ผิดปกติ
การตรวจสอบดำเนินการในด้านต่างๆ เช่น ลักษณะความผิดพลาดของตัวฉนวนรองรับที่ผิดปกติและการทดสอบการตรวจสอบ (รวมถึงการตรวจสอบขนาด การตรวจหาข้อบกพร่อง การวิเคราะห์วัสดุ เป็นต้น)
ลักษณะความผิดพลาด
จากการวิเคราะห์ทางผ่านการปล่อยประจุบนพื้นผิวนี้ของตัวฉนวน ปรากฏว่ามีการชำรุดผ่านในส่วนฉนวนระหว่างขั้วไฟฟ้าแรงดันสูงและขั้วไฟฟ้าแรงดันต่ำ โดยทั่วไป การชำรุดผ่านของตัวฉนวนเกิดจากความบกพร่องภายในส่วนฉนวน หรือเกิดจากแรงกลเพิ่มเติม ซึ่งทำให้เกิดรอยแตกภายในส่วนฉนวน และจากนั้นเกิดการชำรุดผ่านตามรอยแตก
การทดสอบการตรวจสอบ
การตรวจสอบขนาดใหม่ การตรวจสอบขนาดใหม่ของตัวฉนวนรองรับที่ผิดปกติพบว่าผ่านการทดสอบ ผลการตรวจสอบใหม่แสดงในตาราง 1
การตรวจหาข้อบกพร่องด้วยเอ็กซ์เรย์ การตรวจหาข้อบกพร่องด้วยเอ็กซ์เรย์ได้ดำเนินการในตัวฉนวนรองรับที่ผิดปกติ และไม่พบข้อบกพร่องภายนอกนอกจากรอยแตกการตรวจสอบวัสดุเรซินใหม่ ได้ทำการตรวจสอบความหนาแน่น อัตราส่วนของสารเติมเต็ม และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้วในตัวอย่างที่ผิดปกติ และผลการตรวจสอบพบว่าผ่านการทดสอบ ผลการตรวจสอบวัสดุเรซินแสดงในตาราง 2
การตรวจสอบใหม่ของชั้นต่อระหว่างเรซินและขั้วไฟฟ้า ได้ตัดส่วนที่ไม่ได้ปล่อยประจุของตัวฉนวน และทำการย้อมสีเพื่อตรวจหาข้อบกพร่องที่ชั้นต่อระหว่างเรซินและโลหะของตัวฉนวน นอกเหนือจากส่วนที่มีการเจาะทะลุของสีย้อมที่รอยแตก ส่วนที่เหลือพบว่าปกติ ซึ่งแสดงว่าไม่มีข้อบกพร่องภายในเรซิน และเรซินต่อเชื่อมกับขั้วไฟฟ้าได้ดี
การตรวจสอบใหม่ของการหลอมเรซิน หลังจากเรซินของตัวฉนวนรองรับที่ผิดปกติถูกหลอมที่อุณหภูมิสูง ได้ทำการตรวจสอบขั้วไฟฟ้าอีกครั้ง พบว่ามีการเปลี่ยนรูปร่างที่ผิดปกติที่จุดปล่อยประจุบนพื้นผิวโค้งของขั้วไฟฟ้าแรงดันสูงสรุปได้ว่า ในกระบวนการผลิตตัวฉนวนรองรับ การทำงานที่ไม่เหมาะสมทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่างที่ผิดปกติของพื้นผิวโค้งของขั้วไฟฟ้าแรงดันสูง เนื่องจากความเปลี่ยนรูปร่างนี้น้อย ผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถตรวจพบได้ทันท่วงที ทำให้ส่วนประกอบที่มีข้อบกพร่องเข้าสู่กระบวนการถัดไปและสุดท้ายนำไปสู่การหล่อตัวฉนวน
ความผิดพลาดนี้เกิดจากการทำงานที่ไม่มาตรฐานของผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่างที่ผิดปกติของขั้วไฟฟ้าและส่งผลให้ตัวฉนวนแตก โครงสร้างของตัวฉนวนรองรับนี้เป็นโครงสร้างฉนวนที่ผู้ผลิตได้ใช้มาตั้งแต่ปี 2003 มากกว่า 36,000 ตัวฉนวนได้ถูกผลิตและทำงานอย่างเชื่อถือได้ในภาคสนาม ดังนั้น การแตกของตัวฉนวนรองรับนี้เป็นกรณีโดดเดี่ยว
การตรวจสอบด้วยการจำลอง
เพื่อความปลอดภัย ได้ดำเนินการตรวจสอบด้วยการจำลองในบัสบาร์ที่มีโครงสร้างตัวฉนวนนี้การประยุกต์ใช้แรงดัน: คอนดักเตอร์กลางและขั้วไฟฟ้าแรงดันสูงของตัวฉนวนอยู่ที่ 1675 kV ในขณะที่โครงกระบอก ฐานรองรับ และขั้วไฟฟ้าแรงดันต่ำของตัวฉนวนอยู่ที่ศักย์ 0
เกณฑ์การตัดสิน: ภายใต้แรงดันการทำงานขั้นต่ำของก๊าซ 0.45 MPa ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดการแฟลชผิวของตัวฉนวนไม่ควรเกิน 12 kV/mm และความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าแรงดันสูงของตัวฉนวนไม่ควรเกิน 50 kV/mm
ผลการจำลองแสดงว่าความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดการแฟลชผิวของตัวฉนวนสูงสุดคือ 10.5 kV/mm ซึ่งน้อยกว่า 12 kV/mm และผลการทดสอบผ่าน ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวขั้วไฟฟ้าแรงดันสูงสูงสุดคือ 21.2 kV/mm แปลงเป็นเงื่อนไขของแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง 318 kV ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าสูงสุดคือ 40.2 kV/cm ซึ่งน้อยกว่า 50 kV/cm และผลการทดสอบผ่านเช่นกัน
GIS 550 kV ของสถานีไฟฟ้าแรงดันสูง 500 kV ได้รับการจ่ายไฟครั้งแรกอย่างสำเร็จเมื่อวันที่ 28 ธันวาคม 2022 หน่วยที่ 2 ได้เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าครั้งแรกเมื่อวันที่ 29 พฤศจิกายน 2023 อุปกรณ์ทั้งหมดในสถานีไฟฟ้าได้ผ่านการทดสอบความทนทานและทำงานอย่างปกติ
สรุป
สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูงที่สำคัญ 110 kV ขึ้นไป จำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องของ DL/T 586-2008 "แนวทางการกำกับดูแลการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า" เพื่อเพิ่มการกำกับดูแลในโรงงานและการควบคุมคุณภาพการผลิตอุปกรณ์ตั้งแต่ต้นทาง ผู้ผลิต GIS ต้องเพิ่มความตระหนักรู้ในการควบคุมคุณภาพ ตรวจสอบจุดเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับคุณภาพในแต่ละตำแหน่ง และปรับปรุงเอกสาร เช่น คู่มือการปฏิบัติงาน มาตรฐานการปฏิบัติงาน และขั้นตอนการประกอบผลิตภัณฑ์ทุกระดับแรงดัน การควบคุมอย่างครอบคลุมต้องดำเนินการในขั้นตอนต่างๆ เช่น การจัดซื้อส่วนประกอบ การออกแบบผลิตภัณฑ์ การประมวลผลส่วนประกอบ การตรวจสอบเข้า การประกอบผลิตภัณฑ์ การทดสอบ และการติดตั้งที่ไซต
