Analýza selhání sběrnice 35kV RMU způsobené chybami při instalaci

Tento článek představuje případ poruchy průrazu izolace sběrnice 35 kV rozváděče, analyzuje příčiny poruchy a navrhuje řešení [3], poskytující odkaz pro výstavbu a provoz elektráren nových energetických zdrojů.

1 Přehled nehody 

Dne 17. března 2023 nahlásil pracoviště projektu fotovoltaické kontroly pouštění zemní poruchu s vypnutím v rozváděči 35 kV [4]. Výrobce zařízení zorganizoval tým technických expertů, kteří se okamžitě vydali na místo, aby vyšetřili příčinu poruchy. Po prohlídce bylo zjištěno, že došlo k zemnímu průrazu ve čtyřcestném konektoru v horní části skříně. Obrázek 1 ukazuje stav fáze B sběrnice na místě nehody. Jak je patrné z obrázku 1, na sběrnici fáze B byla bílá práškovitá látka, která je podezřelá z pozůstatků po elektrickém průrazu sběrnice. Tento systém byl pod napětím pouze 8 dní.

Podle místních prohlídek a testů bylo zjištěno, že stavební tým nepostupoval přesně podle požadavků uvedených v návodu k instalaci a provozu zařízení při montáži a kontrolách, což vedlo ke špatnému kontaktu vodiče, přehřátí a následně k průrazu izolace sběrnice.

2 Místní zkoušky a inspekce

2.1 Zkouška izolace 

Nejprve byl odpojen vnější napájecí zdroj, aby byla celá transformovna odpojena od napětí a umožnilo tak lokalizovat polohu poruchy. Rozváděč byl nastaven do vodivého stavu (odpojovač uzavřen, jistič uzavřen, uzemňovací spínač otevřen). Na výstupních svorkách zařízení byl změřen izolační odpor fází A, B a C odděleně. Test ukázal, že údaje megoommetru pro fáze A a C zařízení se blížily nekonečnu (dobrá izolace), zatímco údaj megoommetru pro fázi B byl nižší než 5 MΩ, což indikuje špatný izolační výkon fáze B zařízení. To zpočátku naznačovalo problém s izolací na nějakém místě fáze B zařízení.

2.2 Kontrola záznamu poruchy

Místní záznam poruchy je znázorněn na obrázku 2. Jak je patrné z obrázku 2, v okamžiku vzniku poruchy vzrostlo napětí fází A a C na 35 kV sběrnici č. 1 na sdružené napětí, zatímco napětí fáze B bylo blízké nule.

2.3 Vizuální kontrola zařízení na místě

Sekce I sběrnice má 9 skříní. Prohlídkou zařízení na místě byla nalezena bílá práškovitá látka na sběrnici fáze B, podezřelá z pozůstatků po elektrickém průrazu sběrnice. Bylo tedy identifikováno, že k nehodě průrazu izolace sběrnice došlo ve skříni 1AH8 sekce I sběrnice.

2.4 Demontáž a kontrola místa poruchy 

Po otevření izolačního krytu sběrnice fáze B bylo zjištěno, že izolační zástrčka nebyla správně upevněna, jak je znázorněno na obrázku 3, a úseky vodičů deskové sběrnice nebyly pevně stlačeny dohromady, jak je znázorněno na obrázku 4.

2.5 Druhá demontáž a kontrola izolované sběrnice 

Poškozený čtyřcestný konektor sběrnice byl pro analýzu rozříznut. Bylo zjištěno, že vnitřní struktura čtyřcestného konektoru vykazuje silné ablaci způsobené vysokou teplotou, jak je znázorněno na obrázku 5. Izolační zástrčka v blízkosti oblasti vodiče rovněž vykazovala silnou ablaci způsobenou vysokou teplotou, jak je znázorněno na obrázku 6.

2.6 Kontrola izolovaných sběrnic nad skříněmi fází A a C 

Prohlídkou zbývajících izolovaných sběrnic fází A a C bylo zjištěno, že jejich montážní provedení bylo správné, a na proudových místech vodičů zařízení nebyla pozorována žádná změna barvy ani ablace.

3 Analýza příčin průrazu izolace sběrnice

3.1 Určení rozsahu poruchy 

Na zařízení na místě byly provedeny zkoušky izolačního odporu. Zjistilo se, že fáze A a C zkoušku izolace projely, zatímco fáze B neprošla. Navíc data z místního záznamu poruchy ukázala, že sběrnice fáze B utrpěla zkrat na zemi. Když došlo k poruše, napětí fází A a C na 35 kV sběrnici č. 1 vzrostlo na sdružené napětí, zatímco napětí fáze B se blížilo nule. Toto je charakteristické pro typickou jednofázovou kovovou zkratovou poruchu na zemi (průraz izolace sběrnice fáze B na zemi). Vyšetřením bylo místo poruchy identifikováno v hřídeli sběrnice fáze B ve skříni 1AH8.

3.2 Hodnoty nulového sériového proudu a proudu sběrnice 

419 milisekund po vzniku poruchy se aktivovala ochrana zemního transformátoru proti přetížení nulového proudu, 452 milisekund po poruše zmizel poruchový proud. Při kontrole mikropočítače zemního transformátoru byla zaznamenána aktivace ochrany nulového proudu, jak je znázorněno na obrázku 7. Operační hodnota byla 0,552 A (s poměrem proudu nulového CT 100/1), což odpovídalo hodnotám záznamu poruchy, jak je znázorněno na obrázku 8.

Podle záznamu o poruše byla efektivní hodnota sekundárního proudu nízkovoltové větve sběrnice č. 1 0,5-0,6 A. Vzhledem k tomu, že poměr proudu transformátoru byl 2000/1, bylo vypočteno, že proud v části I sběrnice dosáhl 1000-1200 A.

3.3 Vliv kvality instalace

Při rozebrání a prohlídce izolované fáze B sběrnice na místě poruchy (skříň 1AH8) bylo zjištěno, že izolační čep fáze B nebyl správně uzamčen a sevřen, což vedlo k tomu, že vedení uvnitř čtyřcestného konektoru nebyla pevně stlačena. To způsobilo snížení plochy kontaktu v bodě připojení hlavní sběrnice a zvýšení odporu na tomto místě.

kde: R je odpor obvodu (Ω); ρ je specifický elektrický odpor vodiče (Ω·m); L je délka vodiče (m); S je průřez vodiče (m²). Z rovnice (1) lze vidět, že při menší ploše kontaktu se odpor obvodu zvyšuje. Podle rovnice (2) se během provozu vyvíjí více tepla za jednotku času. Když je odvod tepelné energie menší než její vytváření, teplo se na tomto místě neustále akumuluje. Po dosažení určité míry (kritického bodu) dojde k poškození izolace na tomto místě, což vede ke zničení izolace a vyvolání zemního výpadku.

kde: Q je teplo (J); I je proud (A); R je odpor (Ω); t je čas (s).

V souhrnu vysoká teplota způsobila zhoršení izolačních vlastností sběrnice, což vedlo k průrazu izolace sběrnice. Při odmontování čtyřcestného konektoru ze skříně 1AH8 na místě bylo zjištěno, že matice a šroub byly již splynuty v důsledku elektrického výboje a vysokoteplotové ablace, což je nedělitelné, jak je znázorněno na obrázku 9.

4 Řešení poruchy a doporučení

4.1 Opatření při řešení poruchy

Připravte relevantní materiály, zařízení a nástroje, dokončete pracovní povolení na místě, nahraďte poškozené izolované sběrnice na místě, jako jsou třícestné izolované trubky, čtyřcestné izolované trubky a izolované přímé trubky, nahraďte F-typové trubky, které změnily barvu kvůli vysoké teplotě, proveďte relevantní testy a nakonec obnovte dodávku elektrické energie.

4.2 Preventivní doporučení

Před instalací zařízení by technici výrobce zařízení měli poskytnout profesionální školení členům montážního týmu na místě a vysvětlit relevantní opatření. Během instalace sběrnice by montážní tým měl přísně dodržovat postupy instalace uvedené v návodu výrobce. Po dokončení instalace na místě by měl být použit momentový klíč k ověření, aby bylo zajištěno, že instalace sběrnice je správně sevřena. 

Po dokončení instalace zařízení potřebují odborníci na místě provést testy odporu obvodu a testy výdrže napětí síťové frekvence na zařízení. Tyto testy umožňují identifikovat problémy v předstihu a zabránit eskalaci nehod. Zařízení lze oficiálně zprovoznit až po úspěšném projití přijímací inspekce. Během provozu zařízení mohou distribuční stanice zvážit implementaci strategie časovo-prostorové distribuované kontroly pro distribuční místnosti, aby bylo možné co nejdříve identifikovat potenciální rizika spojená s provozem zařízení.

5 Závěr 

Tento článek popisuje poruchu izolace sběrnice 35 kV okruhového dispečinku, provedl kontrolu poruchy na místě, analýzu vlnové formy poruchy a analýzu příčin poruchy. Spínač se zapnul, protože došlo k průrazu izolační vrstvy sběrnice, což způsobilo zemní výpadek, který vyvolal ochrannou akci. Tato událost ukazuje, že kvalita instalace má velký vliv na dlouhodobý provoz zařízení. 

I když kvalita a servis domácích elektrotechnických produktů v Číně v posledních letech značně vzrostly, nehody způsobené problémy při stavbě a instalaci, jako je neobvyklé zahřívání a dokonce i průrazy a exploze na terminálech zařízení, stále občas vznikají. S neustálým rozvojem elektrotechnického průmyslu v Číně je posilování profesního školení relevantních osob velmi důležité pro rychlý rozvoj elektrotechnického průmyslu v Číně.