Anàlisi de l'error d'instal·lació que ha causat l'aturada de la barra de distribució de 35kV RMU

Aquest article introdueix un cas de falla d'aislament de la barra d'una unitat principal en anell de 35kV, analitza les causes de la falla i proposa solucions [3], proporcionant referència per a la construcció i operació de centrals d'energia renovable.

1 Resum de l'incident

El 17 de març de 2023, un projecte de control de desertització fotovoltaic va informar d'un accident de salto a terra en una unitat principal en anell de 35kV [4]. El fabricant de l'equipament va organitzar un equip d'experts tècnics per acudir al lloc per investigar la causa de la falla. Durant la inspecció, es va descobrir que el connectador de quatre vies a la part superior del quadre havia experimentat una falla a terra. La Figura 1 mostra l'estat de la barra de fase B al lloc de l'incident. Com es pot veure a la Figura 1, hi havia una substància polvorosa blanca a la barra de fase B, sospitada d'ésser vestigis deixats després d'una falla elèctrica de la barra. Aquest sistema només havia estat en funcionament energitzat durant 8 dies.

Segons les inspeccions i proves realitzades in situ, es va trobar que l'equip de construcció no havia seguit estrictament els requisits del manual d'instal·lació i operació de l'equipament per a l'instal·lació i inspecció, resultant en un contacte pobre del conductor i sobrecalentament, que posteriorment va desencadenar la falla d'aislament de la barra.

2 Proves i inspeccions in situ

2.1 Proves d'aislament

En primer lloc, es va desconectar l'aprovació externa per desenergitzar tota la subestació per localitzar la posició de la falla. El quadre de comandament es va ajustar a l'estat conductiu (interruptor de separació tancat, circuit breaker tancat, interruptor de terra obert). Es va mesurar la resistència d'aislament en les fases A, B i C respectivament als terminals de sortida de l'equipament. La prova va revelar que les lectures del megòmetre per a les fases A i C de l'equipament s'acostaven a l'infinit (bon aislament), mentre que la lectura del megòmetre per a la fase B era inferior a 5MΩ, indicant un rendiment d'aislament deficient en la fase B de l'equipament. Això va suggerir inicialment un problema d'aislament en algun lloc de la fase B de l'equipament.

2.2 Inspecció del registre de falla

El registre de falla in situ es mostra a la Figura 2. Com es pot veure a la Figura 2, en el moment de la falla, la tensió de les fases A i C a la barra de 35kV número 1 va augmentar a la tensió de línia, mentre que la tensió de la fase B era propera a zero.

2.3 Inspecció visual de l'equipament in situ

La barra seccional I té 9 quadres. A través de l'inspecció visual de l'equipament in situ, es va trobar una substància polvorosa blanca a la barra de fase B, sospitada d'ésser vestigis deixats després d'una falla elèctrica de la barra. Això va identificar que l'accident de falla d'aislament de la barra va ocorre al quadre 1AH8 de la barra seccional I.

2.4 Desmuntatge i inspecció de la ubicació de la falla

Després d'obrir la coberta d'aislament de la barra de fase B, es va trobar que el tapó d'aislament no estava ben fixat, com es mostra a la Figura 3, i els segments conductors de la teula de la barra no estaven ben apretats, com es mostra a la Figura 4.

2.5 Segon desmuntatge i inspecció de la barra d'aislament

Es va tallar el connectador de quatre vies de la barra deteriorada per a l'anàlisi. Es va trobar que l'estructura interna del connectador de quatre vies presentava una ablació de alta temperatura severa, com es mostra a la Figura 5. El tapó d'aislament proper a l'àrea del conductor també presentava una ablació de alta temperatura severa, com es mostra a la Figura 6.

2.6 Inspecció de les barras d'aislament de les fases A i C a la part superior del quadre

A través de l'inspecció de les restants barras d'aislament de les fases A i C, es va trobar que la seva feina d'instal·lació era correcta, sense observar cap canvi de color o ablació en les posicions de portada de corrent dels conductors de l'equipament.

3 Anàlisi de les causes de la falla d'aislament de la barra

3.1 Determinació de l'àmbit de la falla

Es van realitzar proves de resistència d'aislament a l'equipament in situ. Es va trobar que les fases A i C van superar la prova d'aislament, mentre que la fase B va fallar. A més, les dades del registre de falla in situ van mostrar que la barra de fase B havia experimentat un curtcircuït a terra. Quan va ocorre la falla, la tensió de les fases A i C a la barra de 35kV número 1 va augmentar a la tensió de línia, mentre que la tensió de la fase B es va acostar a zero. Això és característic d'una falla típica de curtcircuït metàl·lic a terra de fase única (falla d'aislament de la barra de fase B a terra). A través de l'investigació, la ubicació de la falla es va identificar al junta de la barra de fase B al quadre 1AH8.

3.2 Valors de corrent de seqüència zero i de la barra

419 mil·lisegons després de la falla, la protecció de sobrecorrent de seqüència zero del transformador de terra va funcionar 452 mil·lisegons després de la falla, i la corrent de falla va desaparèixer. Revisant el microordinador del transformador de terra, es va registrar una operació de protecció de corrent de seqüència zero, com es mostra a la Figura 7. El valor de funció va ser 0,552A (amb una relació de corrent de CT de seqüència zero de 100/1), que coincideix amb els valors del registre de falla, com es mostra a la Figura 8.

Segons el registre de falles, el valor eficaç de la corrent secundària de la barra de ramat de baixa tensió número 1 era de 0,5-0,6 A. Com que la relació de corrent del CT era de 2000/1, es va calcular que la corrent de la barra I en aquell moment arribava a 1000-1200 A.

3.3 Impacte de la qualitat de la instal·lació

A través de la desmuntatge i inspecció de la barra aïllada de fase B al lloc de la falla (armari 1AH8), es va trobar que el plug d'aïllament de la fase B no estava ben bloquejat i apretat, el que va portar a que els conductors de fusta dins del connector de quatre vies no estiguessin ben apretats. Això va resultar en una àrea de contacte reduïda al punt de connexió de la barra principal, causant un increment de la resistència en aquest lloc.

on: R és la resistència del circuit (Ω); ρ és la resistivitat del conductor (Ω·m); L és la longitud del conductor (m); S és la secció transversal del conductor (m²). De la fórmula (1), es pot veure que quan l'àrea de contacte és més petita, la resistència del circuit de l'equipament es fa més gran. Segons la fórmula (2), es genera més calor per unitat de temps durant l'operació. Quan la dissipació de calor és menor que la generació de calor, la calor s'acumula continuament en aquest lloc. Un cop assolit un cert grau (punt crític), l'aïllament en aquest lloc es deteriora, provocant una ruptura d'aïllament i desencadenant una falla a terra.

on: Q és la calor (J); I és la corrent (A); R és la resistència (Ω); t és el temps (s).

En resum, la temperatura elevada va causar la deterioració del rendiment d'aïllament de la barra, desencadenant així una ruptura d'aïllament de la barra. Quan es va treure el connector de quatre vies de l'armari 1AH8 en el lloc, el seu darrap i tornill ja s'havien fusionat per descàrrega elèctrica i ablació de alta temperatura, fent-los impossible de desmuntar, com es mostra en la Figura 9.

4 Tractament de la falla i recomanacions

4.1 Mesures de tractament de la falla

Preparar materials, equips i eines rellevants, completar les formalitats de permís de treball en lloc, reemplaçar les barras aïllades dañades en lloc, com ara les cames aïllades de tres vies, les cames aïllades de quatre vies i els tubs rectes aïllats, reemplaçar les cames F descolorides per la temperatura elevada, realitzar tests rellevants i finalment restablir el subministrament d'energia.

4.2 Recomanacions preventives

Abans de la instal·lació de l'equipament, el personal tècnic del fabricant de l'equipament hauria de proporcionar formació professional als membres de l'equip de construcció en lloc i explicar les precaucions rellevants. Durant la instal·lació de la barra, l'equip de construcció hauria de seguir estrictament els procediments de instal·lació del manual d'operacions del fabricant. Després de completar la instal·lació en lloc, s'hauria de utilitzar una clau dinamomètrica per a la verificació per assegurar-se que la instal·lació de la barra estigui ben apretada. 

Després de completar la instal·lació de l'equipament, el personal de proves en lloc necessita realitzar proves de resistència del circuit i proves de suport de freqüència d'alimentació a l'equipament. Aquestes proves poden identificar problemes amb antelació i prevenir que els accidents es vagin aggravant. L'equipament només es pot posar en funcionament oficialment després de passar l'inspecció d'acceptació. Durant la operació de l'equipament, les estacions de distribució poden considerar implementar una estratègia d'inspecció distribuïda en el temps i l'espai per a les sales de distribució per identificar perillos possibles de la operació de l'equipament tan aviat com sigui possible.

5 Conclusió 

Aquest article introdueix una falla de ruptura d'aïllament de la barra d'una unitat de barra circular de 35 kV, realitzant una inspecció de la falla en lloc, una anàlisi de la forma d'ona de la falla i una anàlisi de la causa de la falla. El mecanisme de commutació va saltar perquè la capa d'aïllament de la barra es va romandre, causant una falla a terra que va desencadenar l'acció de protecció de salt. Aquest incident demostra que la qualitat de la instal·lació té un impacte significatiu en la operació a llarg termini de l'equipament. 

Encara que la qualitat i el servei dels productes elèctrics rellevants a Xina han millorat enormement en els últims anys, encara es produeixen accidentals causades per problemes de construcció i instal·lació, com ara calents anormals i fins i tot explosions de ruptura a terminals d'equipaments, de vegades. Amb el desenvolupament continu de l'indústria elèctrica xinesa, fortaleixer la formació professional del personal rellevant és d'una gran importància per al desenvolupament ràpid de l'indústria elèctrica xinesa.