Анализ неисправности шины RMU 35 кВ вследствие ошибок установки

В данной статье представлен случай повреждения изоляции шины кольцевого распределительного устройства на 35 кВ, анализируются причины отказа и предлагаются решения [3], что может служить руководством для строительства и эксплуатации электростанций на возобновляемых источниках энергии.

1 Обзор аварии

17 марта 2023 года на объекте проекта по борьбе с опустыниванием с использованием фотоэлектрических панелей произошла авария с замыканием на землю в кольцевом распределительном устройстве на 35 кВ [4]. Производитель оборудования направил команду технических экспертов на место происшествия для расследования причин отказа. В ходе осмотра было обнаружено, что четырехполюсный разъем на верхней части шкафа пережил пробой на землю. На рисунке 1 показано состояние шины фазы B на месте аварии. Как видно из рисунка 1, на шине фазы B присутствовал белый порошкообразный материал, предположительно оставшийся после электрического пробоя шины. Система находилась под напряжением всего 8 дней.

По результатам осмотра и испытаний на месте было установлено, что строительная команда не строго следовала требованиям инструкции по установке и эксплуатации оборудования, что привело к плохому контакту проводников и перегреву, который затем вызвал пробой изоляции шины.

2 Осмотры и испытания на месте

2.1 Испытание изоляции

Сначала отключили внешнее питание, чтобы обесточить всю подстанцию, чтобы локализовать место неисправности. Устройство переключения было переведено в проводящее состояние (разъединитель закрыт, выключатель включен, заземляющий выключатель открыт). Измеряли сопротивление изоляции на фазах A, B и C соответственно на выходных клеммах оборудования. Испытания показали, что показания мегомметра для фаз A и C оборудования приближались к бесконечности (хорошая изоляция), тогда как показания мегомметра для фазы B были менее 5 МОм, что указывало на плохие изоляционные свойства фазы B оборудования. Это первоначально свидетельствовало о проблеме с изоляцией в какой-то точке фазы B оборудования.

2.2 Проверка записи аварий

Запись аварии на месте представлена на рисунке 2. Как видно из рисунка 2, в момент аварии напряжение фаз A и C на шине 35 кВ №1 поднялось до линейного напряжения, тогда как напряжение фазы B было близко к нулю.

2.3 Визуальный осмотр оборудования на месте

Шина секции I состоит из 9 шкафов. При визуальном осмотре оборудования на месте было обнаружено белое порошкообразное вещество на шине фазы B, предположительно оставшееся после электрического пробоя шины. Это позволило определить, что авария с пробоем изоляции шины произошла в шкафу 1AH8 шины секции I.

2.4 Разборка и осмотр места неисправности

После открытия изоляционного кожуха шины фазы B было обнаружено, что изоляционная вставка не была надежно закреплена, как показано на рисунке 3, и сегменты шинного проводника не были плотно прижаты друг к другу, как показано на рисунке 4.

2.5 Вторичная разборка и осмотр изолированной шины

Поврежденный четырехполюсный разъем был разрезан для анализа. Было обнаружено, что внутренняя структура четырехполюсного разъема подверглась серьезному высокотемпературному абляции, как показано на рисунке 5. Изоляционная вставка вблизи проводника также подверглась серьезной высокотемпературной абляции, как показано на рисунке 6.

2.6 Осмотр изолированных шин фаз A и C на верхней части шкафа

При осмотре оставшихся изолированных шин фаз A и C было установлено, что их установка выполнена правильно, без изменения цвета или абляции в местах прохождения тока проводников оборудования.

3 Анализ причин пробоя изоляции шины

3.1 Определение области неисправности

На месте были проведены испытания сопротивления изоляции оборудования. Было установлено, что фазы A и C прошли испытание изоляции, в то время как фаза B не прошла. Кроме того, данные записи аварии на месте показали, что шина фазы B пережила короткое замыкание на землю. Когда произошла авария, напряжение фаз A и C на шине 35 кВ №1 поднялось до линейного напряжения, в то время как напряжение фазы B приблизилось к нулю. Это характерно для типичной однофазной металлической короткой цепи на землю (пробой изоляции шины фазы B на землю). В результате расследования место неисправности было определено в соединении шины фазы B в шкафу 1AH8.

3.2 Значения нулевой последовательности тока и тока шины

Через 419 миллисекунд после аварии сработала защита от нулевого последовательности тока заземляющего трансформатора, через 452 миллисекунды после аварии аварийный ток исчез. Проверка микрокомпьютера заземляющего трансформатора показала, что была зафиксирована работа защиты от нулевой последовательности тока, как показано на рисунке 7. Значение срабатывания составило 0,552 А (соотношение тока нулевой последовательности ТТ 100/1), что соответствовало значениям записи аварии, как показано на рисунке 8.

Согласно записи аварийного режима, эффективное значение вторичного тока низковольтной ветви шины №1 составляло 0,5-0,6 А. Поскольку коэффициент трансформации тока (CT) был 2000/1, было рассчитано, что ток на шине I в то время достигал 1000-1200 А.

3.3 Влияние качества монтажа

При разборке и осмотре изолированной шины фазы B в месте неисправности (шкаф 1AH8) было обнаружено, что изоляционная вставка фазы B была неправильно зафиксирована и затянута, что привело к тому, что проводники внутри четырехполюсного соединителя не были плотно прижаты друг к другу. Это привело к уменьшению площади контакта в точке подключения основной шины, что вызвало увеличение сопротивления в этом месте.

где: R — сопротивление цепи (Ом); ρ — удельное сопротивление проводника (Ом·м); L — длина проводника (м); S — площадь поперечного сечения проводника (м²). Из формулы (1) видно, что при меньшей площади контакта сопротивление цепи оборудования становится больше. Согласно формуле (2), при работе выделяется больше тепла за единицу времени. Когда теплоотдача меньше, чем выделение тепла, тепло накапливается в этом месте. После достижения определенного уровня (критической точки) изоляция в этом месте повреждается, что приводит к пробою изоляции и вызывает замыкание на землю.

где: Q — количество тепла (Дж); I — ток (А); R — сопротивление (Ом); t — время (с).

В заключение, высокая температура привела к ухудшению изоляционных свойств шины, что вызвало пробой изоляции шины. При снятии четырехполюсного соединителя со шкафа 1AH8 на месте его гайка и болт уже сплавились из-за электрической дуги и высокотемпературного абляционного воздействия, что делало их невозможными для демонтажа, как показано на рисунке 9.

4 Обработка неисправностей и рекомендации

4.1 Меры по обработке неисправностей

Подготовить соответствующие материалы, оборудование и инструменты, завершить процедуры получения разрешения на работу на месте, заменить поврежденные изолированные шины на месте, такие как трехполюсные изолированные втулки, четырехполюсные изолированные втулки и изолированные прямые трубы, заменить F-образные втулки, потемневшие из-за высокой температуры, провести соответствующие испытания и, наконец, восстановить подачу электроэнергии.

4.2 Профилактические рекомендации

Перед установкой оборудования технический персонал производителя оборудования должен предоставить профессиональное обучение членам строительной бригады на месте и объяснить соответствующие меры предосторожности. При установке шины строительная бригада должна строго следовать процедуре установки в руководстве пользователя производителя. После завершения установки на месте следует использовать динамометрический ключ для проверки, чтобы убедиться, что установка шины надлежащим образом затянута. 

После завершения установки оборудования на месте испытательный персонал должен провести испытания сопротивления цепи и испытания на длительно допустимое напряжение. Эти испытания могут помочь заранее выявить проблемы и предотвратить эскалацию аварий. Оборудование может быть официально введено в эксплуатацию только после прохождения приемочных испытаний. Во время эксплуатации оборудования распределительные станции могут рассматривать возможность внедрения стратегии распределенных во времени и пространстве проверок для выявления потенциальных опасностей эксплуатации оборудования на ранней стадии.

5 Заключение 

В данной статье описывается неисправность пробоя изоляции шины в ячейке кольцевой сети 35 кВ, проведены на месте осмотр неисправности, анализ формы сигнала и анализ причин неисправности. Выключатель отключился, так как слой изоляции шины был поврежден, что привело к замыканию на землю и вызвало защитное отключение. Этот случай демонстрирует, что качество установки имеет значительное влияние на долговременную эксплуатацию оборудования. 

Хотя качество и обслуживание соответствующих отечественных энергетических продуктов в Китае значительно улучшились в последние годы, аварии, вызванные проблемами строительства и установки, такие как аномальное нагревание и даже взрывы на концах оборудования, все еще происходят время от времени. С учетом непрерывного развития энергетической отрасли Китая, укрепление профессиональной подготовки соответствующего персонала имеет большое значение для быстрого развития энергетической отрасли Китая.