Analiza awarii szyny 35kV RMU spowodowanej błędami montażu

Artykuł ten przedstawia przypadek awarii izolacji szyny głównych w jednostce pierścieniowej 35kV, analizuje przyczyny awarii i proponuje rozwiązania [3], dostarczając referencji dla budowy i eksploatacji elektrowni nowoenergetycznych.

1. Przegląd wypadku

17 marca 2023 roku, na terenie projektu fotowoltaicznego kontroli pustyni zgłoszono wypadek odłączenia z powodu uszkodzenia do ziemi w jednostce pierścieniowej 35kV [4]. Producent sprzętu skierował zespół ekspertów technicznych na miejsce, aby zbadali przyczynę awarii. Podczas inspekcji stwierdzono, że czterospadowy konektor u góry szafy doznał przepalenia do ziemi. Rysunek 1 pokazuje stan fazy B szyny głównej na miejscu wypadku. Jak można zauważyć na Rysunku 1, na fazie B szyny głównej obecny był biały proszek, podejrzewany o bycie śladami po elektrycznym przepaleniu szyny. System ten był pod napięciem tylko przez 8 dni.

Na podstawie inspekcji i testów na miejscu ustalono, że zespół montażowy nie ścisłe przestrzegał wymagań rękojmia instalacyjnego i eksploatacyjnego sprzętu, co doprowadziło do słabej kontaktu przewodnika i przegrzewania, co następnie spowodowało przepalenie izolacji szyny głównej.

2. Badania i inspekcje na miejscu

2.1 Testy izolacji

Po pierwsze, odłączono zewnętrzne zasilanie, aby odłączyć całą stację transformatorową, aby zlokalizować pozycję uszkodzenia. Urządzenie przełączające zostało ustawione w stan przewodzący (przerzutnik zamknięty, wyłącznik zamknięty, przerzutnik ziemny otwarty). Pomiar oporu izolacji został wykonany na fazach A, B i C odpowiednio na wylotach urządzenia. Test wykazał, że odczyty megomometru dla faz A i C urządzenia zbliżały się do nieskończoności (dobra izolacja), podczas gdy odczyt megomometru dla fazy B był mniejszy niż 5MΩ, co wskazywało na słabą wydajność izolacji fazy B urządzenia. To początkowo sugerowało problem z izolacją w pewnej lokalizacji fazy B urządzenia.

2.2 Inspekcja zapisu wadliwego

Zapis wadliwego na miejscu przedstawiony jest na Rysunku 2. Jak można zauważyć na Rysunku 2, w czasie wystąpienia wady, napięcie faz A i C na szynie głównej 35kV nr 1 wzrosło do napięcia linii, podczas gdy napięcie fazy B było bliskie zeru.

2.3 Wizualna inspekcja sprzętu na miejscu

Szyna główna sekcji I ma 9 szaf. Po wizualnej inspekcji sprzętu na miejscu, na fazie B szyny głównej znaleziono biały proszek, podejrzewany o bycie śladami po elektrycznym przepaleniu szyny. Stwierdzono, że wypadek przepalenia izolacji szyny głównej miał miejsce w szafie 1AH8 szyny głównej sekcji I.

2.4 Rozmontowanie i inspekcja miejsca wypadku

Po zdjęciu osłony izolacyjnej fazy B szyny głównej stwierdzono, że wtyczka izolacyjna nie była prawidłowo zabezpieczona, jak pokazano na Rysunku 3, oraz że segmenty przewodników szyny nie były ciasno przyciśnięte, jak pokazano na Rysunku 4.

2.5 Ponowne rozmontowanie i inspekcja izolowanej szyny głównej

Uszkodzony czterospadowy konektor szyny głównej został rozcięty do analizy. Stwierdzono, że wewnętrzna struktura czterospadowego konektora wykazała poważne ablacje wysokich temperatur, jak pokazano na Rysunku 5. Wtyczka izolacyjna w pobliżu obszaru przewodnika również wykazała poważne ablacje wysokich temperatur, jak pokazano na Rysunku 6.

2.6 Inspekcja izolowanych szyn głównych faz A i C na szczycie szafy

Przez inspekcję pozostałych izolowanych szyn głównych faz A i C stwierdzono, że ich wykonanie instalacyjne było poprawne, bez obserwowanego zabarwienia lub ablacji w miejscach przeprowadzających prąd przewodników urządzenia.

3. Analiza przyczyn przepalenia izolacji szyny głównej

3.1 Określenie zakresu wady

Przeprowadzono testy oporu izolacji na sprzęcie na miejscu. Stwierdzono, że fazy A i C przeszły test izolacji, podczas gdy faza B go nie przeszła. Dodatkowo, dane z zapisu wadliwego na miejscu pokazały, że faza B szyny głównej doznała krótnięcia do ziemi. W momencie wystąpienia wady, napięcie faz A i C na szynie głównej 35kV nr 1 wzrosło do napięcia linii, podczas gdy napięcie fazy B zbliżyło się do zera. Jest to charakterystyczne dla typowego jednofazowego metalicznego krótnięcia do ziemi (przepalenie izolacji fazy B szyny głównej do ziemi). W wyniku dochodzenia, miejsce wypadku zostało zidentyfikowane w połączeniu fazy B szyny głównej w szafie 1AH8.

3.2 Wartości prądu sekwencyjnego zero i prądu szyny głównej

419 milisekund po wystąpieniu wady, nadmiar prądu sekwencyjnego zero transformatora ziemnego wszedł w akcję 452 milisekundy po wystąpieniu wady, kiedy prąd wady zniknął. Sprawdzenie mikrokomputera transformatora ziemnego, zarejestrowało działanie ochrony prądem sekwencyjnym, jak pokazano na Rysunku 7. Wartość działania wyniosła 0.552A (z stosunkiem prądów CT sekwencyjnego 100/1), co odpowiada wartościom zapisu wadliwego, jak pokazano na Rysunku 8.

Na podstawie zapisu zdarzenia uszkodzenia efektywna wartość prądu wtórnego niskonapięciowej odnogi szyny nr 1 wynosiła 0,5-0,6 A. Ponieważ stosunek prądów w TC wynosił 2000/1, obliczono, że prąd na szynie I w tym czasie osiągnął 1000-1200 A.

3.3 Wpływ jakości montażu

Po rozmontowaniu i sprawdzeniu izolowanej szyny fazy B w miejscu uszkodzenia (szafka 1AH8) stwierdzono, że izolacyjna przegroda fazy B nie była prawidłowo zamknięta i zaciskana, co doprowadziło do tego, że przewody w czterokierunkowym konektorze nie były odpowiednio przyciśnięte. To spowodowało zmniejszenie powierzchni kontaktu w punkcie połączenia głównej szyny, co zwiększyło opór w tym miejscu.

gdzie: R to opór obwodu (Ω); ρ to opór właściwy przewodnika (Ω·m); L to długość przewodnika (m); S to przekrój przewodnika (m²). Z wzoru (1) wynika, że gdy powierzchnia kontaktu jest mniejsza, opór obwodowy urządzenia staje się większy. Zgodnie z wzorem (2), więcej ciepła generuje się w jednostce czasu podczas pracy. Gdy oddziaływanie ciepła jest mniejsze niż jego generowanie, ciepło gromadzi się w tym miejscu. Po osiągnięciu pewnego stopnia (punktu krytycznego) izolacja w tym miejscu ulega uszkodzeniu, co prowadzi do przebicia izolacji i wywołania uszkodzenia do ziemi.

gdzie: Q to ciepło (J); I to prąd (A); R to opór (Ω); t to czas (s).

Podsumowując, wysoka temperatura spowodowała pogorszenie się właściwości izolacyjnych szyny, co spowodowało przebicie izolacji szyny. Gdy czterokierunkowy konektor ze szafki 1AH8 został usunięty na miejscu, jego matka i śruba już stopiły się razem z powodu wyładowania elektrycznego i ablacji wysokotemperaturowej, co uniemożliwiło ich rozmontowanie, jak pokazano na rysunku 9.

4 Obsługa awarii i rekomendacje

4.1 Miary obsługi awarii

Przygotować odpowiednie materiały, sprzęt i narzędzia, ukończyć procedury zezwoleń na miejsce pracy, zastąpić uszkodzone izolowane szyny na miejscu, takie jak trójstronne izolowane bushingi, czterostronne izolowane bushingi i izolowane proste rury, zastąpić F-type bushingi, które zeszarzały z powodu wysokiej temperatury, przeprowadzić odpowiednie testy, a następnie przywrócić dostawę energii.

4.2 Rekomendacje zapobiegawcze

Przed instalacją sprzętu technicy producenta sprzętu powinni przeprowadzić profesjonalne szkolenie dla członków zespołu montażowego na miejscu i wyjaśnić odpowiednie środki ostrożności. Podczas instalacji szyn zespół montażowy powinien ścisłe przestrzegać procedur instalacji zawartych w instrukcji obsługi producenta. Po ukończeniu instalacji na miejscu należy użyć klucza momentowego do weryfikacji, aby upewnić się, że instalacja szyn jest odpowiednio zaciskana.

Po ukończeniu instalacji sprzętu personel testujący na miejscu musi przeprowadzić pomiary oporów obwodowych i testy wytrzymałości na częstotliwość sieciową na sprzęcie. Te testy mogą wykryć problemy z wyprzedzeniem i zapobiec eskalacji wypadków. Urządzenie może być oficjalnie wprowadzone do użytku tylko po pomyślnym przejściu kontroli akceptacyjnej. Podczas eksploatacji sprzętu, rozdzielnice mogą rozważyć implementację strategii inspekcji rozłożonej w czasie i przestrzeni dla pomieszczeń rozdzielnic, aby jak najwcześniej identyfikować potencjalne zagrożenia związane z eksploatacją sprzętu.

5 Podsumowanie

W tym artykule przedstawiono uszkodzenie izolacji szyny w rozdzielnicy pierścieniowej 35 kV, przeprowadzono na miejscu inspekcję uszkodzenia, analizę fali uszkodzenia i analizę przyczyn uszkodzenia. Przerzutnik nastąpił, ponieważ warstwa izolacyjna szyny uległa przebiciu, co spowodowało uszkodzenie do ziemi, które wywołało przerzut ochronny. Ten incydent pokazuje, że jakość montażu ma znaczny wpływ na długoterminowe działanie sprzętu.

Mimo że jakość i obsługa produktów energetycznych w Chinach znacznie się poprawiły w ostatnich latach, wypadki spowodowane problemami z budową i montażem, takie jak nadmierny nagrzew i nawet wybuchy w końcówkach sprzętu, nadal występują od czasu do czasu. Wraz z ciągłym rozwojem sektora energetycznego Chin, wzmocnienie profesjonalnego szkolenia odpowiednich pracowników ma ogromne znaczenie dla szybkiego rozwoju sektora energetycznego Chin.