35kV RMU Busbar Mislykket pga. installationsfejl Analyse

Denne artikel introducerer et tilfælde af isoleringsnedbrydning i busbar for en 35kV ring-hovedenhed, analyserer årsagerne til fejlen og foreslår løsninger [3], hvilket giver reference for konstruktionen og drift af nye energikraftværker.

1 Uendagsoversigt

Den 17. marts 2023 rapporterede en fotovoltaisk ørkendomstyringsprojektsted en jordfejltrækning i den 35kV ring-hovedenhed [4]. Udstyrsfabrikanten organiserede et team af tekniske eksperter, der skyndte sig til stedet for at undersøge årsagen til fejlen. Ved inspektion blev det opdaget, at firevejsforbindelsen på toppen af kabinetten havde oplevet jordnedbrydning. Figur 1 viser tilstanden for fase B busbar ved uendagstedet. Som ses på figur 1, var der hvidt pulveragtigt stof på fase B busbar, som mistænkes for at være spor efter elektrisk nedbrydning af busbaren. Dette system havde kun været i strømforsyning i 8 dage.

Ifølge stedlige inspektioner og tests blev det opdaget, at konstruktionsholdet ikke strengt havde overholdt kravene i udstyrsinstallation- og driftshåndbogen for installation og kontrol, hvilket resulterede i dårlig kontakt mellem ledere og overophedning, hvilket derefter udløste busbarisoleringens nedbrydning.

2 Stedlige tester og inspektioner

2.1 Isolationstester

Først blev den eksterne indkommande strømforsyning afbrudt for at deenergere hele understationen for at lokalisere fejlpositionen. Skabeslet blev justeret til ledende tilstand (afbryder lukket, kredsløbsbryder lukket, jordbryder åben). Isolationsmodstand blev målt for faser A, B og C henholdsvis ved udgangsslutningerne af udstyret. Testen viste, at megohmmeter-læsningerne for faser A og C af udstyret nærmede sig uendelig (god isolering), mens megohmmeter-læsningen for fase B var mindre end 5MΩ, hvilket indikerer dårlig isoleringsydelighed for fase B af udstyret. Dette antydede i første omgang et isoleringsproblem et sted i fase B af udstyret.

2.2 Fejlregistreringsinspektion

Den stedlige fejlregistrering er vist på figur 2. Som ses på figur 2, var spændingen for faser A og C på 35kV busbar nummer 1 steget til linjespænding, mens spændingen for fase B var tæt på nul, da fejlen opstod.

2.3 Visuel inspektion af stedligt udstyr

Busbar I har 9 skabe. Gennem stedlig visuel inspektion af udstyret blev hvidt pulveragtigt stof fundet på fase B busbar, som mistænkes for at være spor efter elektrisk nedbrydning af busbaren. Dette identificerede, at busbarisoleringens nedbrydning uendag skete i skab 1AH8 af busbar I.

2.4 Opdækning og inspektion af fejlstedet

Efter at have åbnet isoleringsdækningen for fase B busbar, blev det opdaget, at isoleringsplugget ikke var ordentligt fastgjort, som vist på figur 3, og busbarflises ledningssegmenter var ikke tæt presset sammen, som vist på figur 4.

2.5 Sekundær opdækning og inspektion af isoleret busbar

Den skadede busbar firevejsforbindelse blev klippet op for analyse. Det blev opdaget, at den interne struktur af firevejsforbindelsen viste alvorlig højtemperatur erosion, som vist på figur 5. Isoleringsplugget nær ledningsområdet viste også alvorlig højtemperatur erosion, som vist på figur 6.

2.6 Inspektion af fase A og fase C skabetoppen isolerede busbars

Gennem inspektion af de resterende isolerede busbars for faser A og C blev det opdaget, at deres installationshåndværk var korrekt, uden farveændring eller erosion observeret ved strømførende positioner af udstyrsledere.

3 Analyse af årsager til busbarisoleringens nedbrydning

3.1 Bestemmelse af fejlområde

Isolationsmodstandstests blev gennemført på udstyret på stedet. Det blev opdaget, at faser A og C passede isolationsprøven, mens fase B mislykkedes. Desuden viste data fra stedlig fejlregistrering, at fase B busbar oplevede en jordkortslutning. Da fejlen opstod, steg spændingen for faser A og C på 35kV busbar nummer 1 til linjespænding, mens spændingen for fase B nærmede sig nul. Dette er karakteristisk for en typisk enefase metallisk jordkortslutningsfejl (fase B busbarisoleringens nedbrydning til jorden). Gennem undersøgelsen blev fejlstedet identificeret ved fase B busbar forbindelsen i skab 1AH8.

3.2 Nulsekvensstrøm og busbarstrøm værdier

419 millisekunder efter, at fejlen opstod, virkede jordtransformatorens nulsekvensoverstrømsbeskyttelse 452 millisekunder efter fejlen, og fejlstrømmen forsvandt. Ved at tjekke mikrodataloggeren for jordtransformator registrerede den en virkning af nulsekvensstrømbeskyttelse, som vist på figur 7. Virkningsværdien var 0,552A (med en nulsekvens CT-strømforhold på 100/1), hvilket svarede til fejlregistreringsværdier, som vist på figur 8.

Ifølge fejlloggen var den effektive værdi af sekundærstrømmen i lavspændingsgrenen på busbar 1 mellem 0,5-0,6 A. Da strømforholdet for CT var 2000/1, blev det beregnet, at strømmen i busbar sektion I på dette tidspunkt nåede 1000-1200 A.

3.3 Indvirkning af monteringsteknik

 Ved demontering og inspektion af fase B isolerede busbar ved fejllasted (kabinet 1AH8) konstateredes, at isoleringsplugget for fase B ikke var korrekt låst og fastgjort, hvilket fik, at ledere i firevejsforbindelsen ikke blev presset tæt sammen. Dette førte til en reduktion af kontaktarealet ved hovedbusbarforbindelsen, hvilket forårsagede en øget modstand på dette sted.

hvor: R er kredsløbsmodstanden (Ω); ρ er lederens resistivitet (Ω·m); L er længden af lederen (m); S er tværsnittets areal af lederen (m²). Fra formel (1) kan man se, at når kontaktarealet er mindre, bliver kredsløbsmodstanden større. Ifølge formel (2) genereres mere varme pr. tid under drift. Når varmeafgivelsen er mindre end varmegenereringen, akkumuleres varmen kontinuerligt på dette sted. Når en vis grad (kritisk punkt) er opnået, bliver isolationen på dette sted skadet, hvilket resulterer i isolationsovertrædelse og udløser jordfejl.

hvor: Q er varme (J); I er strøm (A); R er modstand (Ω); t er tid (s).

Samlet set forårsagede høj temperatur forringelse af busbars isolationsevne, hvilket udløste isolationsovertrædelse. Når firevejsforbindelsen fra kabinet 1AH8 blev fjernet på stedet, havde dens mutter og bolt allerede smeltet sammen på grund af elektrisk udslip og højt temperaturforbrænding, gør dem umulige at demontere, som vist på figur 9.

4 Fejlbehandling og anbefalinger

4.1 Fejlbehandlingsforanstaltninger

Forbered relevante materialer, udstyr og værktøjer, fuldfør tilladelser for arbejde på stedet, erstat skadede isolerede busbars på stedet, såsom trevejsisolerede busbars, firevejsisolerede busbars og isolerede rette rør, erstat F-type busbars, der har fået farve på grund af høj temperatur, gennemfør relevante tests, og gendan endelig strømforsyningen.

4.2 Forebyggende anbefalinger

Før udrustningsinstallation, bør tekniske personer fra udstyrsfabrikanten give professionel uddannelse til medlemmer af byggeholdet på stedet og forklares relevante forholdsregler. Under busbarinstallation skal byggeholdet nøje følge installationsprocedurerne i fabrikantens operationsmanual. Efter færdiggjorte installationer på stedet, skal en spændingsnøgle bruges til verifikation for at sikre, at busbarinstallationen er korrekt fastgjort. 

Efter udførelsen af udrustningsinstallation, skal testpersoner på stedet udføre kredsløbsmodstandstests og netværksfrekvensbelastningstests på udstyret. Disse tests kan identificere problemer på forhånd og forhindre, at ulykker eskalerer. Udstyret kan kun officielt sættes i drift efter godkendelse. Under udstyrsdrift kan distributionsstationer overveje at implementere en tidsrumdistanceret inspektionsstrategi for distributionsstationer for at identificere potentielle udstyrsdrifthsikkerheder så tidligt som muligt.

5 Konklusion 

Dette papir introducerer en 35kV ringmainenhed busbar isolationsovertrædelsesfejl, udførte på stedet fejlinspektion, fejlformanalyse og fejlårsagsanalyse. Kredsløbsbryderen aktiverede på grund af, at busbarisolationsskikken brød ned, hvilket forårsagede en jordfejl, der udløste beskyttelseshandling. Dette incident demonstrerer, at installationskvaliteten har en betydelig indvirkning på langsigtede udstyrsdrift. 

Selvom kvaliteten og service for relevante hjemlige elforsyningsprodukter i Kina har forbedret sig betydeligt i de seneste år, forekommer ulykker på grund af konstruktions- og installationsproblemer, som abnormal opvarmning og endda eksplosioner på udstyrsender, stadig fra tid til anden. Med den fortsatte udvikling af Kinas elforsyningsindustri, er styrkelse af professionel uddannelse for relevante personer af stor betydning for den hurtige udvikling af Kinas elforsyningsindustri.