Analiza odpovedi 35kV RMU busbar zaradi napak pri namestitvi

Ta članek predstavlja primer onesnaženosti izolacije matične trake v napravi s krožno glavno enoto na 35kV, analizira vzroke za onesnaženost in predlaga rešitve [3], ki služijo kot referenca za gradnjo in delovanje elektrarn na obnovljivi energiji.

1 Pregled nesreče 

17. marca 2023 je lokacija projekta fotovoltaične opreme za suhočrtanje poročala o nesreči z odpovedjo preklopnika zaradi krivice na zemlji v napravi s krožno glavno enoto na 35kV [4]. Proizvajalec opreme je posredoval ekipo tehničnih strokovnjakov, da se hitro pripravi na mesto, da preuči vzrok nezadovoljivosti. Pri pregledu so ugotovili, da je prišlo do propada na zemlji na štiripotokovem povezovalniku na vrhu kabinetnega skrinja. Slika 1 prikazuje stanje faze B matične trake na mestu nesreče. Kot je vidno na Sliki 1, je bila na fazi B matične trake bela prahasta snov, ki se sumi, da so sledi po električnem propadu matične trake. Ta sistem je bil pod napajanjem le 8 dni.

Po mestskega pregleda in testiranja je bilo ugotovljeno, da postavljalski ekipa ni strogo upoštevala zahtev v navodilu za nameščanje in delovanje opreme, kar je vodilo do slabe stikajočosti vodiča in preseganja temperature, kar je nato sprožilo propad izolacije matične trake.

2 Mestno testiranje in pregled

2.1 Testiranje izolacije 

Najprej je bil odstranjen zunanj okvirni vir struje, da bi celotna podnapajalna postaja izgubila napajanje, da bi se določilo položaj krivice. Naprava je bila nastavljena v stanje prevoda (odključnik zaprt, preklopnik zaprt, zazemljevalec odprt). Merjenje upornosti izolacije je bilo izvedeno na fazah A, B in C na izhodnih terminalih opreme. Test je pokazal, da so branja omegmetra za faze A in C opreme blizu neskončnosti (dobra izolacija), medtem ko je branje omegmetra za fazo B bilo manjše od 5MΩ, kar kaže na slabo izolacijsko zmogljivost faze B opreme. To je na začetku naznačilo težavo z izolacijo na nekem mestu faze B opreme.

2.2 Pregled zabeležbe krivice

Mestna zabeležba krivice je prikazana na Sliki 2. Kot je vidno na Sliki 2, ob nastanku krivice je napetost faza A in C na 35kV matični traki št. 1 narasla do napetosti linije, medtem ko je bila napetost faze B blizu nič.

2.3 Mestni vizualni pregled opreme 

Matična traka I. deleža ima 9 skrinjev. Po mestnem vizualnem pregledu opreme je bila na fazi B matične trake najdena bela prahasta snov, ki se sumi, da so sledi po električnem propadu matične trake. To je identificiralo, da je nesreča z propadom izolacije matične trake potekala v skrinju 1AH8 matične trake I. deleža.

2.4 Razbivanje in pregled mesta krivice 

Po odpiranju pokrova izolacije faze B matične trake je bilo ugotovljeno, da ni bil izolacijski stopnice pravilno zategnut, kot je prikazano na Sliki 3, in segmenti vodiča matične trake niso bili pravilno pritisnjeni, kot je prikazano na Sliki 4.

2.5 Ponovno razbivanje in pregled izolirane matične trake 

Poškodovani štiripotokov povezovalnik je bil odsekan za analizo. Ugotovili so, da je notranja struktura štiripotokov povezovalnik izkazala resno visoko temperaturno ablacijo, kot je prikazano na Sliki 5. Izolacijska stopnica blizu področja vodiča je tudi izkazala resno visoko temperaturno ablacijo, kot je prikazano na Sliki 6.

2.6 Pregled matičnih trak faza A in C na vrhu skrinje 

Pregled preostalih izoliranih matičnih trak faza A in C je pokazal, da je njihova montažna obrtina bila pravilna, brez opaznih sprememb barve ali ablacije na področjih nosilca struje opreme.

3 Analiza vzrokov za propad izolacije matične trake

3.1 Določitev obsega krivice 

Na mestu so izvedli teste upornosti izolacije opreme. Ugotovili so, da sta faza A in C uspešno prešli test izolacije, medtem ko je faza B neuspešno. Dodatno so podatki z mestne zabeležbe krivice pokazali, da je faza B matične trake doživela kračenje na zemlji. Ob nastanku krivice je napetost faza A in C na 35kV matični traki št. 1 narasla do napetosti linije, medtem ko je napetost faze B pristala blizu nič. To je karakteristično za tipično enofazno metalno kračenje na zemlji (propad izolacije faze B matične trake na zemljo). Preiskava je razkrila, da se je mesto krivice nahajalo pri spoju faze B matične trake v skrinju 1AH8.

3.2 Vrednosti neničelne vrste struje in struje matične trake 

419 milisekund po nastanku krivice je delovala zaščita nadmernega toka neničelne vrste zazemljevalnega transformatorja 452 milisekund po nastanku krivice, je nestala krivica. Preverjanje mikro računalnika zazemljevalnega transformatorja je zabeležilo delovanje zaščite neničelne vrste struje, kot je prikazano na Sliki 7. Delovna vrednost je bila 0,552A (s omrežjem neničelne vrste struje 100/1), kar se ujema z vrednostmi zabeležbe krivice, kot je prikazano na Sliki 8.

Glede na zapis o napaki je RMS vrednost sekundarnega toka nizkotlačne odvoda številke 1 bila 0,5-0,6 A. Ker je razmerje toka CT bilo 2000/1, se je izračunal tok odseka I busa na 1000-1200 A.

3.3 Vpliv kakovosti namestitve

 Po razbiralnem pregledu izoliranega busa faze B na lokaciji napake (škatla 1AH8) se je ugotovilo, da ni bil izolacijski vtičnik faze B pravilno zaklenjen in utrjen, kar je vodilo do tega, da so vodiči znotraj četverokratnega povezovalnika niso bili pravilno stisnjeni. To je povzročilo manjšo površino stika pri povezavi glavnega busa in povečanje upora na tej lokaciji.

kjer: R je upor kruga (Ω); ρ je specifični upornost vodiča (Ω·m); L je dolžina vodiča (m); S je presek vodiča (m²). Iz formule (1) lahko vidimo, da, ko je površina stika manjša, postane upor kruga opreme večji. Po formuli (2) se generira več toplote na enoto časa med delovanjem. Ko je ohlajevanje manjše od toplotnega oddajanja, se toplota neprekinjeno nakopičuje na tej lokaciji. Ko doseže določeno stopnjo (kritična točka), se na tej lokaciji poškoduje izolacija, kar vodi do izolacijskega propada in sprožitve zemeljske napake.

kjer: Q je toplota (J); I je tok (A); R je upor (Ω); t je čas (s).

V skladu z zgornjim, je visoka temperatura povzročila poslabšanje izolacijskega delovanja busa, kar je sprožilo izolacijski propad busa. Ko je bil četverokratni povezovalnik iz škatle 1AH8 odstranjen na mestu, so matice in vijačnice že bile zaradi električnega razpoločenja in visoke temperature spremenjene, kar je omogočilo njihovo razbiralno odpravljanje, kot je prikazano na Sliki 9.

4 Odpravljanje napak in priporočila

4.1 Ukrepi za odpravljanje napak

Pripravite ustrezne materialne, strojne in orodne vire, zaključite postopke dovoljenja za delo na mestu, zamenjajte pokvarjene izolirane busove na mestu, kot so trikratni izolirani vtičniki, četverokratni izolirani vtičniki in izolirani ravni cevi, zamenjajte F-tipe vtičnike, ki so se zaradi visoke temperature obarvali, izvedite ustrezne teste in na koncu obnovite oskrbo z energijo.

4.2 Preventivna priporočila

Pred namestitvijo opreme bi tehnični osebki proizvajalca opreme morali zagotoviti strokovno usposabljanje članom gradbenega tima na mestu in razložiti ustrezna varnostna priporočila. Med namestitvijo busa bi gradbeni tim moral strogo slediti postopkom v navodilu proizvajalca. Po zaključku namestitve na mestu bi morali uporabiti momentni ključ za preverjanje, da zagotovite, da je namestitev busa pravilno utrjena. 

Po zaključku namestitve opreme morajo testne osebke na mestu izvesti teste upornosti kruga in teste vzdržljivosti pri strmi valovni frekvenci opreme. Ti testi lahko predhodno identificirajo težave in preprečijo eskalacijo nesreč. Oprema se lahko formalno uporablja le po uspešnem pregledu sprejema. Med delovanjem opreme bi distribucijske stanice lahko upoštevale strategijo razporeditve preverjanja v prostoru in času za distribucijske sobe, da bi čim prej identificirale morebitne tveganja pri delovanju opreme.

5 Zaključek 

Ta članek predstavlja napako propada izolacije busa 35kV kolobrnega bloka, izvedel je pregled napake na mestu, analizo valovne oblike napake in analizo vzrokov napake. Stikalo se je odpalo, ker se je sloj izolacije busa propadel, kar je povzročilo zemeljsko napako in sprožilo zaščitno dejanje odpala. Ta incident kaže, da ima kakovost namestitve velik vpliv na dolgoročno delovanje opreme. 

Čeprav se je v zadnjih letih kakovost in storitve relevantnih domače proizvodnje električne energije v Kitajski bistveno izboljšala, se še vedno redno dogajajo nesreče, ki jih povzročajo probleme pri gradnji in namestitvi, kot so nenormalne segrevanja in celo eksplozije propada na terminalih opreme. Z neustanim razvojem kitajskega elektroenergetskega sektorja je posredno usposabljanje relevantnih osebkov zelo pomembno za hitro razvoj kitajskega elektroenergetskega sektorja.