550 kV GIS Dayanıklılık Testi Anormal Analizi ve İşlemi
Gaz yalıtımlı metal kaplı anahtarlama cihazı (GIS), devre kesicileri (GCB), ayracalar (DS), topraklayıcı anahtarlar (ES) gibi anahtarlama cihazları ve gerilim dönüştürücüler, akım dönüştürücüler, aşırı gerilim koruyucular ve kapalı otobüs çubukları gibi birimlerden oluşan bir anahtarlama cihazıdır. Yüksek potansiyelli bileşenler, mükemmel yalıtım ve kemer söndürme özelliklerine sahip olan SF₆ gazıyla doldurulmuş, toprağa bağlı kapalı metal kabın içinde yer alır. GIS, kompakt yapı, küçük yere kaplama alanı, düşük bakım gereksinimi, kolay montaj, iyi kesme performansı ve interferans olmaması özellikleri ile güç sistemlerinde giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bir şirketin 500 kV yükseltme alt istasyonundaki 550 kV GIS, çift otobüs çubuğu düzeni yapısını benimsemiştir. İki ana dönüşüm giriş hatası, bir başlangıç ve bekleme dönüşüm giriş hatası, iki çıkış hatası ve bir otobüs bağlayıcısı, toplamda 6 devre kesici bulunur. Her 1M ve 2M'de 1 PT aralığı bulunmaktadır. Bu, 28 Ekim 2022 tarihinde üretilmiş ve 10 Aralık 2022 tarihinde yerinde montajı tamamlanmıştır. Teslimat dayanıklılık testi sırasında destekleyici bir yalıtıcı anormal bir kemerle karşılaştı.
Anomalinin konumu, yerinde montaj kalitesi, malzeme uyumluluğu, fabrika üretim geçmişi, X-ışını enkizi, reçin çözülmesi ve elektrik alan simülasyonu gibi yönlerden analizler yapıldı. Destekleyici yalıtıcının kırılmasının nedeni belirlendi ve GIS üretim sürecinde denetimin ve kalite kontrolünün güçlendirilmesi önerileri ortaya kondu.Gaz yalıtımlı metal kaplı anahtarlama cihazları için yerinde dayanıklılık ve yalıtım test yönergeleri ve onaylanmış test planı.
Test Gerilimi
Üreticinin belirttiği 740 kV adi zamanlı güç frekansı dayanıklılık gerilimi değerin %80'ü, yani 592 kV, 1 dakika süreyle alınır.
Test Edilen Ekipmanların Sağlamalı Koşulları
Test Yöntemi ve Kriterleri
Test edilen GIS için test gerilimi, önce 0 V'den 318 kV'ye artırılır, 5 dakika boyunca tutulur, sonra 473 kV'ye artırılır ve 3 dakika boyunca tutulur. Son olarak, test gerilimi 592 kV'ye artırılır ve 1 dakika boyunca tutulur. Eğer kemer oluşmazsa, geçerli kabul edilir.
Anormal Noktaların Aranması ve İşlenmesi
Anormal Kemer Durumuna Genel Bakış
11 Aralık 2022 tarihinde saat 14:03'te, inşaat alanındaki alt istasyondaki 550 kV GIS üzerinde ana devrenin yalıtım teslimat dayanıklılık testi yapılmıştır. B ve C fazı test edildiğinde, gerilim 318 kV'ye artırıldı ve 5 dakika boyunca tutuldu, test geçti. Gerilim 473 kV'ye artırıldığında ve 2 dakika boyunca tutulduğunda, bir kemer meydana geldi. Gerilim ani bir şekilde 0 V'ye düştü ve alt istasyon içerisinde oldukça yüksek bir anormal ses duyuldu, test durduruldu. Güvenlik önlemleri alındıktan sonra, 1M - C faz ana devresinin toprağa olan yalıtım direnci 400 MΩ olarak ölçüldü, kalan kısmın ise 200 GΩ olarak ölçüldü. 1M - C faz tarafından taşınan belirli bir cihazda bir arızanın olduğu belirlendi. Dayanıklılık testi için bağlantı ve anormal bölge Şekil 1'de gösterilmiştir. Şekilde kararmış bölüm, gerilim uygulama aralığını gösterir.
Şekil 1'den, gerilim uygulama aralığının 1M otobüsü tarafından taşınan 6 devre kesici, 6 otobüs ayracı, 2 hat tarafı ayracı, 5 set hava bushing, 1M tarafından taşınan PT'nin 1 otobüs ayracı ve 2M'nin 6 otobüs ayracı olduğunu görebilirsiniz. Gerilim uygulama noktası, Dış Hat No. 2'nin girişi üzerinde ayarlandı.
Anormal Noktaların Aranması Süreci
GIS, çok sayıda bağımsız bileşenden oluşan bir bütün haline gelen tamamen kapalı bir yapıya sahiptir. 1M ile ilgili ekipmanın 83 bağımsız gaz bölümleri vardır, bu nedenle anormal noktaların bulunması oldukça zordur. Araştırma sonucunda, anormal ekipmanın kapsamını daraltmak için nokta bazında eleme yöntemi benimsendi.
GIS'in tamamen kapalı yapısı nedeniyle, yalıtım sadece dışarıya çıkan kısımlarda ölçülabilir ve yalıtım ölçüm noktaları tümüyle dışarıda 15 metre yüksekliğindeki yükseltilmiş koltuklarda yer alır. Yalıtımı ölçerken birçok kısıtlama faktörü vardır. Örneğin, personelin bir vinç yardımıyla aşağı yukarı gitmesi, iletişim araçlarıyla iletişime geçmesi ve ölçüm sırasında sürekli test kablolarının değiştirilmesi gerekmektedir. Analiz sonucunda, 1M ile ilgili PT ayracının kapatılması ve PT'nin ikincil toprak kablosunun çıkarılması, PT'nin yalıtım ölçüm noktası olarak kullanılmasını ve gözlemcilerin iletişim araçlarına ihtiyaç duymadan gerçek zamanlı iletişim kurmasını sağlayacak şekilde çok uygun olduğu tespit edilmiştir.
GIS 1M'ye bağlı tüm ayracalar açıldı ve tüm devre kesiciler kapatıldı. Daha sonra, gerilim uygulama noktasından itibaren, 1M'e bağlı ayracalar (1M VT ayracını hariç tutarak) sırayla kapatıldı ve her bir ayracın kapatılmasından sonra yalıtım ölçüldü. Sonuç olarak, 1M - C otobüsü çıkış hat aralığı 5W11'de ana devrenin yalıtımı 400 MΩ olarak ölçüldü. Bu aralığın devre kesicisinin açılmasıyla, anormal noktanın bu devre kesicinin hat tarafı ayracından dışarıdaki GIS bushing'ine kadar olan bölgeye indirildi.
Şekil 1'deki anormal bölge izole edildi ve ana yalıtım dayanıklılık test prosedürüne göre anormal olmayan kısımlara ikinci bir gerilim uygulandı. Sonuçlar uygun bulundu. Kalan ekipmanlara güç frekansı dayanıklılık testleri yapıldı ve hepsi sorunsuz bir şekilde geçti.
Anormal Noktaların İşlenmesi
Anormal bölgesinde 5 bağımsız gaz bölümü vardı. Anormal noktayı doğru bir şekilde belirlemek için, her bir gaz bölümünü teker teker açıp incelemek gerekliydi.Test sonrasında GIS içindeki SF₆ gazı zehirli hale geldi. 12 Aralık 2022 tarihinde, gaz toplanıp ekipman parçalara ayrıldıktan sonra, 1M - C otobüsü 02-5 gaz bölümünde dikey otobüs çubuğun alt kısmındaki üç yönlü otobüs çubuğun destekleyici yalıtıcısının kırıldığı tespit edildi. Otobüs iletkeni, kasnak ve komşu yalıtıcılar ürün teknik gerekliliklerini karşılıyordu.
Üretici, 13 Aralık'ta anormal yalıtıcıyı değiştirdi, otobüsü yeniden monte etti ve gaz işleme, sızıntı tespiti, nem ölçümü ve ana devre direnç ölçümünü tamamladı. Sonuçlar uygun bulunduktan sonra, 14 Aralık'ta yukarıda belirtilen test bağlantı yöntemini kullanarak ve ana devre yalıtım dayanıklılık test prosedürünü takip ederek, tekrar güç frekansı dayanıklılık testi yapıldı. Test sonuçları uygun bulundu (592 kV 1 dakika).
Destekleyici Yalıtıcı Kırılmasının Nedenlerinin Analizi
GIS'te toplam 145 destekleyici yalıtıcı bulunmaktadır. Kırılan destekleyici yalıtıcının tek başına bir vak'a mı yoksa toplu bir sorunun parçası mı olduğunun belirlenmesi, yükseltme alt istasyonunun güvenli ve güvenilir bir şekilde faaliyete geçirilmesi açısından kritik önem taşımaktadır. Bu nedenle, sorunlu yalıtıcının kırılmasının kök nedenini belirlemek amacıyla aşağıdaki yönlerden araştırmalar yapılmıştır.
Otobüsün Yerinde Montaj Kalitesi Kontrolü
CX1 - 1C (fabrika numarası, aşağıdaki aynı) otobüsü, 3 Aralık 2022 tarihinde yerinde monte edilmiştir. Montaj sürecinde, üreticinin yerinde temsilcisi "Yerinde Bağlantı Onaylama İşlem Kartı"na göre her bir öğeyi doğrulamıştır. Sahip ve gözetmen süreçte beraber tanık olmuşlardır ve üç tarafın imza formalitelerini tamamlaması sonrasında montaj işlemine devam edilebilmiştir. Montaj tamamlandıktan sonra, gaz nem içeriği, sızıntı tespiti ve döngü direnci gibi yerinde doğrulama testleri gerçekleştirilmiştir. Bu, genellikle yerinde montaj kalitesi, süreç ve diğer faktörlerin yalıtıcı kırılmasına neden olmadığını dışlamaktadır.
Otobüs İçi Destekleyici Yalıtıcıların Malzeme Uyumluluğu Kontrolü
Kırılan destekleyici yalıtıcının fabrika çıkış numarası Z220704 - 1G1'dir ve bu, üreticinin bir yan kuruluşu tarafından Temmuz 2022'de üretilmiştir. Fabrikadan çıkmadan önce, bu destekleyici yalıtıcı, görsel inceleme, boyut ölçümü, camlaşma sıcaklığı testi, X-ışını enkizi ve elektriksel testler dahil olmak üzere kontroller ve testler geçmiştir, tüm bu işlemler uygun bulmuştur.
Yalıtıcıların fabrika çıkış kontrol raporları ve gelen kontrol kayıtları, hem fabrika çıkış hem de gelen kontrol sonuçlarının gereklilikleri karşıladığını göstermektedir.
Otobüs Üretim Geçmişi Kontrolü
CX1 - 1C otobüsü biriminin montaj geçmişi incelendiğinde, üreticinin 20 Eylül 2022 tarihinde üretim ve montajına başladığı ve 12 Ekim 2022 tarihinde tamamladığı görülmüştür. Montaj geçmişi tablosundaki kayıtlar, hem iç hem de dış montaj süreçlerinin çizimlerde belirtilen teknik gereklilikler ve süreç standartlarına uyduğunu, herhangi bir anormallik olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, üretim geçmişi tablosunda listelenen süreçlerin destekleyici yalıtıcının kırılmasına neden olmadığını dışlamak mümkündür.
Otobüs Fabrika Çıkış Testleri Kontrolü
CX1 - 1C otobüsü, 6 Ekim 2022 tarihinde üreticinin fabrikasında yıldırım darbesi, güç frekansı dayanıklılık ve kısmi salma testlerinden geçmiştir, tüm bu testler ilk denemede geçilmiştir ve test sonuçları uygun bulmuştur. Bu, otobüs ve yalıtıcıların fabrikadan çıktığında normal olduğunu göstermektedir.
Anormal Destekleyici Yalıtıcıların Kontrolü
Anormal destekleyici yalıtıcıların başarısızlık niteliği ve doğrulama testleri (boyut incelemesi, enkizi, malzeme analizi vb.) açısından incelemeler yapılmıştır.
Başarısızlık Niteliği
Bu yalıtıcının yüzey salma yolunun analizi, yüksek gerilim elektrotu ile düşük gerilim elektrotu arasındaki yalıtıcı kısmında bir delik oluşumunu göstermektedir. Genellikle, bir yalıtıcıda delik oluşumu, yalıtıcı kısmının içinde belirli bir defekt varlığı veya ek mekanik stres nedeniyle oluşur, bu da yalıtıcı kısmında çatlaklar oluşturur ve ardından bu çatlaklar boyunca delik oluşumu meydana gelir.
Doğrulama Testleri
Boyut tekrar incelemesi. Anormal destekleyici yalıtıcının boyut tekrar incelemesi uygun bulmuştur. Tekrar inceleme sonuçları Tablo 1'de gösterilmiştir.
X-ışını enkizi. Anormal destekleyici yalıtıcı üzerinde X-ışını enkizi yapılmış ve kırılma çatlağı dışında herhangi bir dış defekt bulunamamıştır.Reçin malzemesi tekrar incelemesi. Anormal örneklerden örnek alınarak yoğunluk, doldurma oranı ve camlaşma sıcaklığı tekrar incelenmiştir ve sonuçlar uygun bulunmuştur. Reçin malzemesi tespit sonuçları Tablo 2'de gösterilmiştir.
Reçin-elektrot bağlama arayüzü tekrar incelemesi. Yalıtıcıdan salınmayan kısmı kesilerek, yalıtıcının reçin-metal bağlama yüzeyi boyanarak enkizi yapılmıştır. Sadece kırılma noktasında lokal olarak boya maddesinin slight penetration'i dışında, diğer tüm alan normal bulunmuştur, bu da reçin içinde herhangi bir defekt olmadığı ve reçin elektrot ile iyi bir şekilde bağlandığı kanıtlamıştır.
Reçin eritme tekrar incelemesi. Anormal destekleyici yalıtıcının reçini yüksek sıcaklıkta eritildikten sonra, elektrot tekrar incelenmiştir. Yüksek gerilim elektrotun yay şeklindeki yüzeyinde salınma noktasında lokal anormal deformasyon olmuştur. Sonuç olarak, destekleyici yalıtıcının üretim sürecinde, operatörlerin yanlış işlemesi nedeniyle yüksek gerilim elektrotun yay şeklindeki yüzeyinde anormal deformasyon oluşmuştur. Deformasyon küçük olduğundan, operatörler zamanında tespit edemedi ve defolu parçalar bir sonraki işleme girerek sonunda yalıtıcı dökülmesine yol açmıştır.
Bu başarısızlık, operatörlerin standart dışı işlemleri nedeniyle, elektrotta anormal deformasyon ve随之而来的是支持绝缘子的断裂。该支撑绝缘子的结构是制造商一直在使用的绝缘结构。自2003年以来，已制造了超过36,000个绝缘子，并在现场可靠运行。因此，这个支撑绝缘子的断裂是一个孤立事件。 **模拟验证** 出于安全考虑，对该具有此绝缘子结构的母线进行了模拟验证。 - 施加电压：绝缘子的中心导体和高压电极处于1675 kV，而外壳、支撑底座和低压电极处于0电位。 - 判断标准：在最小功能气压为0.45 MPa的情况下，绝缘子的表面闪络电场强度不应超过12 kV/mm，绝缘子高压电极的电场强度不应超过50 kV/mm。 模拟结果显示，绝缘子的最大表面闪络电场强度为10.5 kV/mm，小于12 kV/mm，结果合格。高压电极表面的最大电场强度为21.2 kV/mm。换算成工频电压318 kV时，最大电场强度为40.2 kV/cm，小于50 kV/cm，结果也合格。 500 kV升压站的550 kV GIS于2022年12月28日首次成功带电。2号机组于2023年11月29日首次并网。变电站内的所有设备都经受住了压力测试，运行正常。 **结论** 对于110 kV及以上的重要高压设备，必须严格按照DL/T 586—2008《电力设备监造技术导则》的相关要求，加强设备出厂前的监督，从源头上控制设备制造质量。GIS制造商必须增强质量控制意识，全面梳理各岗位的质量风险点，完善各级电压产品的装配操作规程、操作标准和操作程序。对零部件采购、产品设计、零部件加工工艺、进厂检验、产品装配、试验及现场安装等环节进行全面控制，确保产品的安全性、稳定性和可靠性。
