Аналіз та усунення неполадок при випробуванні на стійкість до напруги 550 кВ ГІС
Газоізольоване металеве укрите комутаційне обладнання (GIS) — це комутаційний пристрій, складений з таких пристроїв, як вимикачі (GCB), роз'єднувачі (DS), заземлювачі (ES), а також блоки, такі як напругові трансформатори, струмові трансформатори, грозозахисні пристрої та укриті шини. Високопотенціальні компоненти розташовані всередині заземленого металевого корпусу, заповненого газом SF₆, який має відмінні ізоляційні та дугогасні властивості, що дозволяє використовувати його як ізоляційну середу. GIS характеризується компактною конструкцією, невеликою площею, низькими вимогами до обслуговування, легкістю монтажу, добрею переривальною здатністю, відсутністю інтерференції та все більш широко використовується в енергетичних системах.
550 кВ GIS в підвищувальній підстанції 500 кВ певної компанії використовує двобусову схему, з 2 лініями входу головного трансформатора, 1 лінією входу пускового та резервного трансформатора, 2 вихідними лініями та 1 лінією з'єднання між бусами, загалом 6 вимикачів. Кожен з 1M та 2M оснащений 1 PT-байком. Виробництво було завершене 28 жовтня 2022 року, а на місці монтаж було завершено 10 грудня 2022 року. Під час тесту на витривалість при передачі було зафіксовано аномальне пробоювання опорного ізолятора.
Аналіз проводився з таких аспектів, як місце аномалії, якість монтажу на місці, відповідність матеріалів, історія виробництва на заводі, контроль дефектів радіографічним методом, розчинення смоли та моделювання електричного поля. Була встановлена причина розбиття опорного ізолятора, а також були висунуті пропозиції щодо посилення контролю та управління якістю під час процесу виробництва GIS. Також були надані керівництва з витривалості та ізоляції для газоізольованого металевого укритого комутаційного обладнання та затверджений план випробувань.Параметри випробування
Напруга випробування
Взято 80% від номінального значення короткочасної витривалості до частотної напруги 740 кВ, вказаного виробником, що становить 592 кВ, тривалістю 1 хвилина.
Умови, яким повинне відповідати випробуване обладнання
Метод та критерії випробування
Напруга випробування для випробуваного GIS спочатку повинна бути підвищена з 0 В до 318 кВ, триматися 5 хвилин, потім підвищена до 473 кВ та триматися 3 хвилини. Нарешті, напруга випробування підвищується до номінального значення витривалості 592 кВ та тримається 1 хвилину. Якщо не відбувається пробоювання, то вважається, що випробування пройдено.
Пошук та усунення аномальних точок
Огляд аномального пробоювання
11 грудня 2022 року о 14:03 було проведено випробування на витривалість основного контуру 550 кВ GIS на будівничому майданчику підстанції. При випробуванні фаз B та C напруга була підвищена до 318 кВ та трималася 5 хвилин, пройшовши випробування. Коли напруга була підвищена до 473 кВ та трималася 2 хвилини, сталася пробоювання. Напруга раптово спала до 0 В, а в підстанції було почуто гучний аномальний звук, що перервав випробування. Після застосування заходів безпеки було виміряно опір ізоляції до землі основного контуру 1M-C, який становив 400 МΩ, а решта частини — 200 ГΩ. Було встановлено, що в одному з пристроїв, що знаходиться на 1M-C, є дефект. Схема підключення для випробування на витривалість та аномальна область показані на рисунку 1. Чорна частина на рисунку вказує на діапазон прикладення напруги.
З рисунка 1 можна побачити, що діапазон прикладення напруги включає: 6 вимикачів, що знаходяться на бусі 1M, 6 роз'єднувачів бусу, 2 роз'єднувачі сторони лінії, 5 наборів повітряних вставок, 1 роз'єднувач PT, що знаходиться на 1M, та 6 роз'єднувачів бусу 2M. Точка прикладення напруги була встановлена на підйомній частині входу головного трансформатора №2 на вулиці.
Процес пошуку аномальних точок
GIS має повністю закриту конструкцію, з численними незалежними компонентами, що формують ціле. Обладнання, пов'язане з 1M, має 83 незалежних газових камери, що робить досить складним локалізацію аномальних точок. Після дослідження було прийнято метод послідовного виключення, щоб скоротити область аномального обладнання.
Завдяки повністю закритій конструкції GIS, ізоляцію можна вимірювати лише на видимих частин, а точки вимірювання ізоляції знаходяться на 15-метрових підйомніх частин на вулиці. При вимірюванні ізоляції є численні обмеження. Наприклад, особи повинні використовувати кран, щоб піднятися та спуститися, потрібні засоби зв'язку для зв'язку, а провода випробування потребують постійної зміни. Через аналіз було виявлено, що закриття роз'єднувача PT, пов'язаного з 1M, та знімання другарної заземлюючої жили PT дозволяє зручно використовувати PT як точку вимірювання ізоляції, що дозволяє інспекторам спілкуватися в реальному часі без використання засобів зв'язку.
Були відкриті всі роз'єднувачі, пов'язані з GIS 1M, а всі вимикачі були закриті. Потім, починаючи з інтервалу в точці прикладення напруги, роз'єднувачі, пов'язані з 1M (за винятком роз'єднувача VT 1M), були послідовно закриті, а кожен раз після закриття роз'єднувача вимірювали ізоляцію. Остаточно, в інтервалі виходу 5W11 бусу 1M-C, ізоляція основного контуру була виміряна 400 МΩ. Далі, відкриваючи вимикач цього інтервалу, було визначено, що аномальна точка знаходиться в області від роз'єднувача сторони лінії цього вимикача до вставки GIS на вулиці.
Аномальна область на рисунку 1 була ізольована, а повторне прикладення напруги було проведено на неаномальних частинах згідно з процедурою випробування основної ізоляції. Результати показали відповідність. Були проведено випробування на витривалість до частотної напруги на решті обладнання, всі які пройшли успішно.
Обробка аномальних точок
В аномальній області було 5 незалежних газових камер. Для точного визначення аномальної точки було необхідно послідовно відкрити кожну газову камеру для перевірки.Оскільки газ SF₆ всередині GIS став токсичним після випробування, 12 грудня 2022 року, після відновлення газу та розбору обладнання, було виявлено, що опорний ізолятор трьохпрохідної шини нижнього розділу вертикальної шини в камері 02-5 бусу 1M-C був розбитий. Шина, корпус та суміжні ізолятори відповідали технічним вимогам продукту.
Виробник замінив аномальний ізолятор 13 грудня, переустановив шину та завершив обробку газу, контроль течій, вимірювання вологи та опору основного контуру. Після отримання відповідних результатів, 14 грудня, було проведено повторне випробування на витривалість до частотної напруги за допомогою вищезазначеного способу підключення та згідно з процедурою випробування основної ізоляції. Результати випробування були відповідними (592 кВ, тривалістю 1 хвилина).
Аналіз причин розбиття опорного ізолятора
У GIS є всього 145 опорних ізоляторів. Чи є розбитий опорний ізолятор окремим випадком чи частиною масової проблеми, має критичне значення для безпечного та надійного введення підвищувальної підстанції в експлуатацію. Тому, щоб визначити кореневу причину розбиття дефектного ізолятора, дослідження проводяться з таких аспектів.
Перевірка якості монтажу шин на місці
Шина CX1-1C (заводський номер, нижче те саме) була змонтована на місці 3 грудня 2022 року. Під час процесу монтажу представник виробника на місці перевірив кожен пункт за карткою підтвердження операцій на місці. Власник та надзорець спільно свідчили процес, і монтаж міг продовжуватися тільки після завершення формальностей з підписом усіма трьома сторонами. Після завершення монтажу були проведено перевірки на місці, такі як вміст вологи в газі, контроль течій та опір контуру. Це практично виключає можливість, що розбиття ізолятора було спричинено якістю, процесом монтажу на місці та іншими факторами.
Перевірка відповідності матеріалів опорних ізоляторів шин
Розбитий опорний ізолятор має заводський номер Z220704-1G1, який був виготовлений дочірнім підприємством виробника у липні 2022 року. Перед виходом з заводу цей опорний ізолятор пройшов перевірки та випробування, включаючи візуальний осмотр, вимірювання розмірів, випробування температури витривалості, контроль дефектів радіографічним методом та електричні випробування, всі які показали відповідність.
Заводські звіти про випуск та записи про входячі випробування ізоляторів показують, що результати випуску з заводу та входячі випробування відповідають вимогам.
Перевірка історії виробництва шин
Запит до історії зборки блоку CX1-1C показав, що виробник розпочав виробництво та зборку 20 вересня 2022 року, а завершив 12 жовтня 2022 року. Записи в таблиці історії зборки показують, що внутрішні та зовнішні процеси зборки відповідали технічним вимогам та стандартам процесів, зображенім на чертежах, без виявлених аномалій. Тому можна виключити, що процеси, зазначені в таблиці історії виробництва, спричинили розбиття опорного ізолятора.
Перевірка випробувань на виході з заводу шин
Шина CX1-1C пройшла випробування на витривалість до удару молокою, витривалість до частотної напруги та часткові випробування на виході з заводу 6 жовтня 2022 року, всі які були пройдені з першої спроби, а результати випробувань були відповідними. Це свідчить про те, що шина та ізолятори були нормальні при виході з заводу.
Перевірка аномальних опорних ізоляторів
Перевірки проводяться з таких аспектів, як характер відмови аномальних опорних ізоляторів та перевірки підтвердження (включаючи вимірювання розмірів, контроль дефектів, аналіз матеріалів тощо).
Характер відмови
Аналіз шляху розряду на поверхні цього ізолятора показує, що є прояв проходження ушкодження в ізоляційній частині між високовольтним та низьковольтним електродами. Зазвичай, проходження ушкодження ізолятора відбувається через наявність певних дефектів всередині ізоляційної частини або через додаткові механічні напруження, що призводять до тріщин всередині ізоляційної частини, а потім проходження розряду відбувається вздовж цих тріщин.
Перевірки підтвердження
Перевірка розмірів. Перевірка розмірів аномального опорного ізолятора була відповідною. Результати перевірки показані в таблиці 1.
Контроль дефектів радіографічним методом. На аномальному опорному ізоляторі було проведено контроль дефектів радіографічним методом, і не було виявлено зовнішніх дефектів, окрім тріщин розбиття.Перевірка матеріалу смоли. З аномальних зразків були взяті зразки для перевірки густини, вмісту наповнювача та температури скління, і результати були відповідними. Результати виявлення матеріалу смоли показані в таблиці 2.
Перевірка поверхні з'єднання смоли з електродом. Непровідна частина ізолятора була зрізана, а поверхня з'єднання смоли з металом ізолятора була забарвлена для виявлення дефектів. За винятком локального слабкого проникнення забарвлювача в місці розбиття, решта області була нормальною, що доводить, що всередині смоли немає дефектів, а смола добре з'єднана з електродом.
Перевірка розплавлення смоли. Після розплавлення смоли аномального опорного ізолятора при високій температурі, електрод був перевірений повторно. Було виявлено локальну аномальну деформацію на дуговій поверхні високовольтного електрода в місці розряду.Отже, під час процесу виробництва опорного ізолятора, некоректна операція призвела до аномальної деформації дугової поверхні високовольтного електрода. Оскільки деформація була незначною, оператори не змогли вчасно її виявити, що призвело до того, що дефектні деталі потрапили до наступного процесу та, врешті-решт, до заливки ізолятора.
Ця відмова була спричинена некоректною операцією операторів, що призвело до аномальної деформації електрода та подальшого розбиття ізолятора. Конструкція цього опорного ізолятора є ізоляційною конструкцією, яку виробник використовує з 2003 року. Більше 36 000 ізоляторів було виготовлено та надійно працює в полі. Тому, розбиття цього опорного ізолятора є окремим випадком.
Симуляційне підтвердження
З метою безпеки було проведено симуляційне підтвердження на шині з цією конструкцією ізолятора.Прикладення напруги: центральний провідник та високовольтний електрод ізолятора знаходяться на 1675 кВ, тоді як корпус, опорна база та низьковольтний електрод ізолятора знаходяться на потенціалі 0.
Критерії оцінки: при мінімальному функціональному тиску газу 0,45 МПа, напружність електричного поля поверхневого розряду ізолятора не повинна перевищувати 12 кВ/мм, а напружність електричного поля на поверхні високовольтного електрода ізолятора не повинна перевищувати 50 кВ/мм.
Результати симуляції показують, що максимальна напружність електричного поля поверхневого розряду ізолятора становить 10,5 кВ/мм,
