Análise de fallos na barramento de 35kV RMU debido a erros de instalación

Este artigo introduce un caso de fallo por ruptura da aislación do barramento dunha célula de anel de 35kV, analiza as causas do fallo e propón soluções [3], proporcionando referencia para a construción e operación de centrais eléctricas de enerxía nova.

1 Visión xeral do accidente 

O 17 de marzo de 2023, unha instalación de control de desertificación fotovoltaica informou dun accidente de salto ao terra no anel principal de 35kV [4]. O fabricante do equipo organizou un equipo de expertos técnicos para acudir ao local e investigar a causa do fallo. Tras a inspección, descubriuse que o conector de catro vias na parte superior do armario experimentara unha ruptura ao terra. A figura 1 mostra a condición do barramento da fase B no lugar do accidente. Como se pode ver na figura 1, había unha substancia en polvo branca no barramento da fase B, sospeitouse que eran rastros deixados após a ruptura eléctrica do barramento. Este sistema só estivera en funcionamento energizado durante 8 días.

Segundo as inspeccións e probas realizadas no local, descubriuse que a equipa de montaxe non seguiu estritamente os requisitos do manual de instalación e operación do equipo, resultando en un mal contacto do conductor e sobrecalentamento, que posteriormente desencadeou a ruptura da aislación do barramento.

2 Probas e inspeccións no local

2.1 Probas de aislación 

Primeiro, cortouse o suministro de enerxía externo para desenergizar toda a subestación a fin de localizar a posición do fallo. O interruptor foi axustado ao estado conductivo (separador pechado, interruptor pechado, interruptor de terra aberto). Medíronse as resistencias de aislación nas fases A, B e C respectivamente nos terminais de saída do equipo. A proba revelou que as lecturas do megohmímetro para as fases A e C do equipo se aproximaban ao infinito (boa aislación), mentres que a lectura do megohmímetro para a fase B era inferior a 5MΩ, indicando unha mala prestación de aislación na fase B do equipo. Isto suxeriu inicialmente un problema de aislación en algún lugar da fase B do equipo.

2.2 Inspección do rexistro de fallos

O rexistro de fallos no local aparece na figura 2. Como se pode ver na figura 2, no momento do fallo, a tensión das fases A e C no barramento de 35kV número 1 aumentou á tensión de liña, mentres que a tensión da fase B estaba próxima a cero.

2.3 Inspección visual do equipo no local 

O barramento da sección I ten 9 armarios. A través da inspección visual do equipo no local, atopouse unha substancia en polvo branca no barramento da fase B, sospeitouse que eran rastros deixados após a ruptura eléctrica do barramento. Identificouse que o accidente de ruptura da aislación do barramento ocorreu no armario 1AH8 do barramento da sección I.

2.4 Desmontaxe e inspección do lugar do fallo 

Despois de abrir a cuberta de aislación do barramento da fase B, descubriuse que o tapón de aislación non estaba correctamente asegurado, como se mostra na figura 3, e os segmentos de condutor do azulexo do barramento non estaban apretados correctamente, como se mostra na figura 4.

2.5 Desmontaxe secundario e inspección do barramento aislado 

O conector de catro vias danado foi cortado para análise. Descubriuse que a estrutura interna do conector de catro vias mostraba unha abrasión severa de alta temperatura, como se mostra na figura 5. O tapón de aislación próximo á área do conductor tamén mostraba unha abrasión severa de alta temperatura, como se mostra na figura 6.

2.6 Inspección dos barramentos aislados da fase A e fase C no tope do armario 

A través da inspección dos restantes barramentos aislados das fases A e C, constatouse que a súa obra de instalación era correcta, sen observarse descoloración ou abrasión nas posicións de conducción do equipo.

3 Análise das causas da ruptura da aislación do barramento

3.1 Determinación do alcance do fallo 

Realizáronse probas de resistencia de aislación no equipo no local. Descubriuse que as fases A e C superaron a proba de aislación, mentres que a fase B fallou. Ademais, os datos do rexistro de fallos no local mostraron que o barramento da fase B experimentou un curto circuito ao terra. Cando ocorreu o fallo, a tensión das fases A e C no barramento de 35kV número 1 aumentou á tensión de liña, mentres que a tensión da fase B se aproximou a cero. Esta é característica dun típico fallo de curto circuito metálico de unha soa fase (ruptura da aislación do barramento da fase B ao terra). A través da investigación, identificouse a localización do fallo no conector do barramento da fase B no armario 1AH8.

3.2 Corrente de secuencia cero e valores de corrente do barramento 

419 milisegundos despois de ocorrer o fallo, a protección de sobrecorrente de secuencia cero do transformador de terra actuou 452 milisegundos despois do fallo, desaparecendo a corrente de fallo. Verificándose o microordenador do transformador de terra, regístrese unha activación da protección de corrente de secuencia cero, como se mostra na figura 7. O valor de activación foi de 0,552A (con unha relación de corrente de CT de secuencia cero de 100/1), o que coincide cos valores do rexistro de fallos, como se mostra na figura 8.

Segundo o rexistro de fallos, o valor eficaz da corrente secundaria do barramento de rama baixa número 1 foi de 0,5-0,6A. Como a razón de corrente do TC era de 2000/1, calculouse que a corrente do barramento sección I naqueles momentos alcanzou os 1000-1200A.

3.3 Impacto da Calidade da Instalación

 Ao desmontar e inspeccionar o barramento aislado da fase B no lugar do fallo (armario 1AH8), descubriuse que o conector aislante da fase B non estaba correctamente bloqueado e apertado, lo que levou a que os conductores dentro do conector de catro vías non estivesen presos con firmeza. Isto resultou nunha área de contacto reducida no punto de conexión do barramento principal, causando un aumento da resistencia neste lugar.

onde: R é a resistencia do circuito (Ω); ρ é a resistividade do conductor (Ω·m); L é a lonxitude do conductor (m); S é a sección transversal do conductor (m²). A partir da fórmula (1), pódese ver que cando a área de contacto é menor, a resistencia do circuito do equipo aumenta. Segundo a fórmula (2), xéranse máis calor por unidade de tempo durante a operación. Cando a dissipación de calor é inferior á xeración de calor, o calor acumúlase continuamente neste lugar. Despois de alcanzar certo grao (punto crítico), o aislamento neste lugar deteriorase, provocando un fallo de aislamento e desencadeando un fallo a terra.

onde: Q é calor (J); I é corrente (A); R é resistencia (Ω); t é tempo (s).

En resumo, a alta temperatura provocou o deterioro do rendemento de aislamento do barramento, desencadeando así un fallo de aislamento do barramento. Cando o conector de catro vías do armario 1AH8 foi retirado no local, a sua porca e perno xa estaban fundidos debido á descarga eléctrica e á abrasión de alta temperatura, facendo imposible a súa desmontaxe, como se mostra na Figura 9.

4 Manejo do Fallo e Recomendacións

4.1 Medidas de Manejo do Fallo

Preparar os materiais, equipos e ferramentas pertinentes, completar os procedementos de permiso de traballo no local, substituír os barramentos aislados danados no local, como as bushings trifurcadas, as bushings quadrifurcadas e as tubos rectos aislados, substituír as bushings tipo F descoloridas debido á alta temperatura, realizar as probas pertinentes e, finalmente, restabelecer o suministro de enerxía.

4.2 Recomendacións Preventivas

Antes da instalación do equipo, o persoal técnico do fabricante do equipo debe proporcionar formación profesional aos membros da equipa de construción no local e explicar as precaucións pertinentes. Durante a instalación do barramento, a equipa de construción debe seguir estritamente os procedementos de instalación no manual de operacións do fabricante. Despois de completada a instalación no local, debe utilizarse unha chave dinamométrica para verificar que a instalación do barramento está correctamente apertada. 

Despois de completada a instalación do equipo, o persoal de probas no local necesita realizar probas de resistencia do circuito e probas de resistencia a tensión de frecuencia de rede no equipo. Estas probas poden identificar problemas con antelación e prevenir que os accidentes escalecen. O equipo só pode ser posto en funcionamento oficialmente despois de superar a inspección de aceptación. Durante a operación do equipo, as subestacións de distribución poden considerar a implementación dunha estratexia de inspección distribuída no tempo e no espazo para as salas de subestacións de distribución para identificar os perigos potenciais da operación do equipo o máis cedo posible.

5 Conclusión 

Este artigo introduce un fallo de ruptura de aislamento do barramento dunha unidade de anel de 35kV, realizouse unha inspección de fallos no local, unha análise de ondas de fallos e unha análise das causas do fallo. O interruptor disparouse porque a capa de aislamento do barramento rompeuse, causando un fallo a terra que desencadeou a acción de protección e disparo. Este incidente demostra que a calidade da instalación ten un impacto significativo na operación a longo prazo do equipo. 

Aínda que a calidade e o servizo dos produtos eléctricos relevantes de China melloraron enormemente nos últimos anos, os accidentes causados por problemas de construción e instalación, como o aquecemento anormal e incluso explosións de ruptura nos terminais do equipo, aínda ocorren de vez en cando. Con o desenvolvemento continuo da industria eléctrica de China, fortalecer a formación profesional para o persoal relevante é de gran importancia para o rápido desenvolvemento da industria eléctrica de China.