Analyse van 35kV RMU busbar storing door installatiefouten

Dit artikel introduceert een geval van isolatiebreuk in de busbar van een 35kV ringmainunit, analyseert de oorzaken van de storing en stelt oplossingen voor [3], wat een referentie biedt voor de bouw en exploitatie van hernieuwbare energiecentrales.

1 Overzicht van het ongeval 

Op 17 maart 2023 meldde een fotovoltaïsche woestijnbestrijdingsprojectlocatie een grondfoutuitval in de 35kV ringmainunit [4]. De fabrikant van de apparatuur stuurde een team van technische experts naar de plaats om de oorzaak van de storing te onderzoeken. Bij inspectie werd vastgesteld dat de vierpolige aansluiting bovenin de kast een grondbreuk had ervaren. Figuur 1 toont de toestand van de B-fase busbar op de plaats van het ongeval. Zoals te zien is in figuur 1, was er een wit poederachtig materiaal aanwezig op de B-fase busbar, vermoedelijk sporen na een elektrische breuk van de busbar. Dit systeem was slechts 8 dagen in bedrijf geweest.

Volgens ter plaatse uitgevoerde inspecties en tests bleek dat het constructieteam niet strikt volgens de eisen in de installatie- en bedrijfsinstructie van de apparatuur had gehandeld, wat leidde tot slechte contacten van de geleiders en oververhitting, waardoor vervolgens de isolatie van de busbar brak.

2 Ter plaatse uitgevoerde tests en inspecties

2.1 Isolatietests 

Eerst werd de externe ingaande voeding afgesloten om de hele substation te de-energiseren om de foutpositie te lokaliseren. Het schakelapparaat werd aangepast naar de geleidende staat (afschakelaar gesloten, circuitbreker gesloten, aardingsschakelaar open). De isolatieweerstand werd gemeten op de A-, B- en C-fasen bij de uitgaande terminals van de apparatuur. De test toonde aan dat de megohmmeterwaarden voor de A- en C-fasen van de apparatuur nagenoeg oneindig waren (goede isolatie), terwijl de megohmmeterwaarde voor de B-fase minder dan 5MΩ was, wat wijst op slechte isolatieprestaties in de B-fase van de apparatuur. Dit suggereerde aanvankelijk een isolatieprobleem op een bepaalde locatie in de B-fase van de apparatuur.

2.2 Inspectie van foutopname

De ter plaatse gemaakte foutopname is weergegeven in figuur 2. Zoals te zien is in figuur 2, toen de fout optreedt, steeg de spanning van de A- en C-fasen op de 35kV busbar No.1 tot de lijnspanning, terwijl de spanning van de B-fase dicht bij nul lag.

2.3 Visuele inspectie van de apparatuur ter plaatse 

Busbar sectie I heeft 9 kasten. Door visuele inspectie van de apparatuur ter plaatse werd wit poederachtig materiaal gevonden op de B-fase busbar, vermoedelijk sporen na een elektrische breuk van de busbar. Dit identificeerde dat de isolatiebreuk van de busbar plaatsvond in kast 1AH8 van busbar sectie I.

2.4 Demontage en inspectie van de foutlocatie 

Na het openen van de isolatiedeksel van de B-fase busbar, werd vastgesteld dat de isolatieplug niet goed vastzat zoals getoond in figuur 3, en de busbar tegel geleidersegmenten waren niet strak tegen elkaar gedrukt zoals getoond in figuur 4.

2.5 Tweede demontage en inspectie van de geïsoleerde busbar 

De beschadigde busbar vierpolige aansluiting werd doorgesneden voor analyse. Het werd vastgesteld dat de interne structuur van de vierpolige aansluiting ernstige hoge temperatuur erosie vertoonde zoals getoond in figuur 5. De isolatieplug in de buurt van de geleiderzone vertoonde ook ernstige hoge temperatuur erosie zoals getoond in figuur 6.

2.6 Inspectie van de A- en C-fase kasttop geïsoleerde busbars 

Door inspectie van de overige geïsoleerde busbars van de A- en C-fase, werd vastgesteld dat hun montagecorrect was, zonder kleurverandering of erosie op de stroomvoerende posities van de apparatuurgeleiders.

3 Analyse van de oorzaken van de isolatiebreuk van de busbar

3.1 Bepaling van het foutbereik 

Isolatieweerstandstests werden uitgevoerd op de apparatuur ter plaatse. Het werd vastgesteld dat de A- en C-fasen de isolatietest doorstonden, terwijl de B-fase faalde. Bovendien toonden de gegevens van de ter plaatse geregistreerde foutopname aan dat de B-fase busbar een grondkortsluiting had ervaren. Toen de fout optreedt, steeg de spanning van de A- en C-fasen op de 35kV busbar No.1 tot de lijnspanning, terwijl de spanning van de B-fase dicht bij nul lag. Dit is kenmerkend voor een typische enkelvoudige fase metallische grondkortsluitingsfout (isolatiebreuk van de B-fase busbar naar de grond). Via onderzoek werd de foutlocatie geïdentificeerd bij de B-fase busbarverbinding in kast 1AH8.

3.2 Nulsequentiestroom en busbarstromenwaarden 

419 milliseconden na het optreden van de fout, werkte de nulsequentie-overstroombeveiliging van de aardingstransformator 452 milliseconden na de fout, verdween de foutstroom. Controle van de microcomputer van de aardingstransformator toonde een werking van de nulsequentiestroombeveiliging, zoals getoond in figuur 7. De werkwaarde was 0,552A (met een nulsequentie CT-stroomverhouding van 100/1), wat overeenkwam met de foutopnamewaarden, zoals getoond in figuur 8.

Volgens de foutopname was de effectieve waarde van de secundaire stroom van de laagspanningsbusbar nummer 1 0,5-0,6A. Aangezien de CT-stroomverhouding 2000/1 was, werd berekend dat de stroom in busbar sectie I op dat moment 1000-1200A bedroeg.

3.3 Invloed van installatiekwaliteit

Door het demonteren en inspecteren van de fase B geïsoleerde busbar op de foute locatie (kast 1AH8) bleek dat de isolatieplug van fase B niet correct was vastgezet en aangedraaid, waardoor de leidingdraden binnen de vierwegconnector niet stevig tegen elkaar gedrukt werden. Dit resulteerde in een verminderd contactoppervlak bij de hoofdbusbarverbinding, wat de weerstand op deze plek verhoogde.

waarbij: R de circuitweerstand (Ω) is; ρ de soortelijke weerstand van de geleider (Ω·m) is; L de lengte van de geleider (m) is; S het doorsnijdingsoppervlak van de geleider (m²) is. Uit formule (1) blijkt dat wanneer het contactoppervlak kleiner is, de circuitweerstand van de apparatuur groter wordt. Volgens formule (2) wordt er meer warmte per tijdseenheid opgewekt tijdens het gebruik. Wanneer de warmteafgifte kleiner is dan de warmteopwekking, verzamelt zich warmte voortdurend op deze plek. Naarmate de warmte een bepaald punt (kritisch punt) bereikt, wordt de isolatie op deze plek beschadigd, wat leidt tot een isolatiefout en het ontstaan van een grondfout.

waarbij: Q de warmte (J) is; I de stroom (A) is; R de weerstand (Ω) is; t de tijd (s) is.

Samenvattend veroorzaakte de hoge temperatuur een verslechtering van de isolatieprestaties van de busbar, wat uiteindelijk leidde tot een isolatiebreuk. Toen de vierwegconnector uit kast 1AH8 ter plaatse werd verwijderd, waren de moer en bout al gesmolten door elektrische ontlading en hoge temperatuur, waardoor ze niet meer te demonteren waren, zoals getoond in figuur 9.

4 Foutbehandeling en aanbevelingen

4.1 Maatregelen voor foutbehandeling

Bereid relevante materialen, apparatuur en gereedschap voor, voltooi de werkvergunningsteruggave op de plaats, vervang de beschadigde geïsoleerde busbars ter plaatse, zoals drie-weg geïsoleerde bushings, vier-weg geïsoleerde bushings en geïsoleerde rechte buizen, vervang de F-type bushings die door hoge temperatuur zijn verkleurd, voer relevante tests uit en herstel uiteindelijk de energietoevoer.

4.2 Preventieve aanbevelingen

Vóór de installatie van de apparatuur moeten technische medewerkers van de fabrikant professionele training geven aan de bouwploegleden ter plaatse en relevante voorzorgsmaatregelen uitleggen. Tijdens de installatie van de busbar moet de bouwploeg strikt de installatieprocedures in de handleiding van de fabrikant volgen. Na de voltooiing van de installatie ter plaatse moet een dynamometrische sleutel worden gebruikt voor verificatie om ervoor te zorgen dat de busbarinstallatie goed is aangedraaid.

Na de voltooiing van de installatie van de apparatuur moeten testmedewerkers ter plaatse circuitweerstandstests en netfrequentie spanningstests uitvoeren op de apparatuur. Deze tests kunnen problemen van tevoren identificeren en het escaleren van ongelukken voorkomen. De apparatuur kan pas officieel in gebruik worden genomen na een succesvolle afnameinspectie. Tijdens de werking van de apparatuur kunnen distributieruimtes overwegen een tijds-ruimtelijke verdeelde inspectiestrategie toe te passen op distributieruimtes om potentiele bedrijfsrisico's zo vroeg mogelijk te identificeren.

5 Conclusie

Dit artikel introduceert een isolatiebreukfout van een 35kV ringhoofdschakelaar, waarbij een ter plaatse foutinspectie, foutgolfanalyse en foutoorzaakanalyse zijn uitgevoerd. De schakelkast trippelde omdat de isolatielaag van de busbar brak, wat een grondfout veroorzaakte die de bescherming activeerde. Dit incident toont aan dat de installatiekwaliteit een significante invloed heeft op de langetermijnwerking van de apparatuur.

Hoewel de kwaliteit en service van gerelateerde Chinese elektriciteitsproducten de laatste jaren aanzienlijk zijn verbeterd, komen ongelukken veroorzaakt door constructie- en installatieproblemen, zoals abnormale verhitting en zelfs explosies van apparatuurterminals, nog steeds regelmatig voor. Met de voortdurende ontwikkeling van de Chinese elektriciteitsindustrie is het versterken van professionele training voor relevante medewerkers van groot belang voor de snelle ontwikkeling van de Chinese elektriciteitsindustrie.