Analiza grešaka prilikom instalacije koje su doveli do kvara šine 35kV RMU

Ovaj članak predstavlja slučaj kvarne izolacije busbare u 35kV prstenu glavnog uređaja, analizira uzroke kvara i predlaže rešenja [3], pružajući referentnu informaciju za izgradnju i eksploataciju elektrana sa obnavljivim izvorima energije.

1 Pregled nesreće

17. marta 2023. godine, sa lokacije projekta fotovoltaičke desertifikacije, prijavljen je slučaj padanja na zemlju u 35kV prstenu glavnog uređaja [4]. Proizvođač opreme organizovao je tim tehničkih stručnjaka da se hitno uputi na mesto kako bi istražio uzrok kvara. Nakon inspekcije utvrđeno je da je došlo do padanja na zemlju četvorokanala na vrhu škraćice. Slika 1 pokazuje stanje busbare faze B na mjestu nesreće. Kao što se može vidjeti na slici 1, na busbari faze B prisutna je bijela prašnasta tvar, sumnjična ostatak nakon električnog proboja busbare. Ovaj sistem je bio pod napajanjem samo 8 dana.

Na osnovu terenskih inspekcija i testiranja utvrđeno je da gradilište tim nije strogo slijedio zahtjeve iz uputa za instalaciju i rad opreme, što je rezultiralo lošim kontaktom vodilaca i pregrjevanjem, što je kasnije dovelo do proboja izolacije busbare.

2 Terensko testiranje i inspekcija

2.1 Testiranje izolacije

Prvo, odvojena je vanjska ulazna snaga kako bi se deenergirala cela podstacionica kako bi se locirao položaj kvara. Uređaj za prekid je postavljen u provodno stanje (preključivač zatvoren, prekidač zatvoren, preključivač na zemlju otvoren). Izmerena je otpornost izolacije za faze A, B i C na izlaznim terminalima opreme. Test je pokazao da su čitanja megohmmetra za faze A i C opreme približavale beskonačnosti (dobra izolacija), dok je čitanje megohmmetra za fazu B bilo manje od 5MΩ, što ukazuje na lošu izolaciju faze B opreme. To je inicijalno sugerisalo problem izolacije na nekom mjestu faze B opreme.

2.2 Inspekcija snimka greške

Terenski snimak greške prikazan je na slici 2. Kao što se može vidjeti na slici 2, u trenutku pojavljivanja greške, napon faza A i C na 35kV busbari broj 1 porastao je na linijarni napon, dok je napon faze B bio blizu nule.

2.3 Vizualna inspekcija opreme na terenu

Busbar I ima 9 škraćica. Kroz vizualnu inspekciju opreme na terenu, otkrivena je bijela prašnasta tvar na busbari faze B, sumnjična ostatak nakon električnog proboja busbare. Identificirano je da se događaj proboja izolacije busbare dogodio u škraćici 1AH8 busbara I.

2.4 Demontiranje i inspekcija lokacije kvara

Nakon otvaranja poklopca izolacije busbare faze B, utvrđeno je da izolacijski plug nije ispravno fiksiran kao što se vidi na slici 3, a segmenti vodilaca busbare nisu bili cijepno stisnuti kao što se vidi na slici 4.

2.5 Ponovno demontiranje i inspekcija izolirane busbare

Oštećeni četvorokanal busbare je presječen za analizu. Utvrđeno je da je unutrašnja struktura četvorokanala pokazivala ozbiljnu visokotemperaturnu eroziju kao što se vidi na slici 5. Izolacijski plug blizu područja vodilaca također je pokazivao ozbiljnu visokotemperaturnu eroziju kao što se vidi na slici 6.

2.6 Inspekcija izoliranih busbara faza A i C na vrhu škraćice

Kroz inspekciju preostalih izoliranih busbara faza A i C, utvrđeno je da je njihova montažna obrt vrlo točna, bez promjene boje ili erozije na mjestima prenosa struje vodilaca opreme.

3 Analiza uzroka proboja izolacije busbare

3.1 Određivanje opsega kvara

Testovi otpornosti izolacije provedeni su na opremi na mjestu. Utvrđeno je da su faze A i C prošle test izolacije, dok je faza B pali. Također, podaci sa terenske snimke greške pokazali su da je busbar faze B doživio kratičnu povratnu vezu na zemlju. Kada se dogodio kvar, napon faza A i C na 35kV busbaru broj 1 porastao je na linijarni napon, dok je napon faze B bio blizu nule. Ovo je karakteristično za tipičan jednofazni metalični kvar kratične povratne veze (proboj izolacije busbare faze B na zemlju). Kroz istraživanje, lokacija kvara identificirana je na spoju busbare faze B u škraćici 1AH8.

3.2 Nula redni struja i vrijednosti struje busbare

419 milisekundi nakon pojave kvara, nula redni prekoračenje struje zaštita transformatora na zemlju aktivirana je 452 milisekundi nakon pojave kvara, kvarna struja nestala je. Provjeravanjem mikroračunara transformatora na zemlju, zabilježeno je aktiviranje zaštite nula redne struje, kao što se vidi na slici 7. Operativna vrijednost bila je 0.552A (sa nula rednim CT omjerom struje 100/1), što se podudara s vrijednostima snimke greške, kao što se vidi na slici 8.

Prema snimcima greške, RMS vrednost sekundarnog struja niskonaponskog grana odvojnika broj 1 bila je 0,5-0,6A. Kako je omjer struje CT bio 2000/1, izračunato je da je struja na odvojniku I sekcije u to vrijeme dostigla 1000-1200A.

3.3 Uticaj kvaliteta montaže

 Putem demontiranja i pregleda izolovane faze B odvojnika na mjestu greške (omot 1AH8), utvrđeno je da izolovani zglob faze B nije pravilno zaključan i zategnut, što je dovelo do toga da su provodnici unutar četverokutnog spojnog elementa nisu pritiskani dovoljno blizu. To je rezultiralo smanjenim površinama dodira na mjestu veze glavnog odvojnika, uzrokujući povećanje otpora na tom mjestu.

gdje: R je otpor kruga (Ω); ρ je specificni otpor provodnika (Ω·m); L je dužina provodnika (m); S je presječna površina provodnika (m²). Iz formule (1) može se vidjeti da kad je površina dodira manja, otpor kruga opreme postaje veći. Prema formuli (2), više topline generiše se po jedinici vremena tokom rada. Kada je odbijanje toplote manje od generisanja toplote, toplina se kontinuirano akumulira na tom mjestu. Nakon dostizanja određenog stupnja (kritične tačke), izolacija na tom mjestu se oštećuje, rezultirajući izolacijskim propustom i aktiviranjem greške na zemlji.

gdje: Q je toplota (J); I je struja (A); R je otpor (Ω); t je vrijeme (s).

Ukratko, visoka temperatura uzrokovala je pogoršanje izolacijskih osobina odvojnika, time aktivirajući izolacijski propust odvojnika. Kada je četverokutni spojnik iz omota 1AH8 maknut sa mjesta, njegov šrafovi i vijak su se već istopili zajedno zbog električnog iscrpa i visokotemperaturne ablacije, čime je nemoguće bilo demontiranje, kao što je prikazano na slici 9.

4 Obrada grešaka i preporuke

4.1 Mere za obradu grešaka

Pripremite potrebne materijale, opremu i alate, završite postupke za dozvolu radova na mjestu, zamijenite oštećene izolovane odvojnike na mjestu, poput trostranih izolovanih spojnica, četverosnih izolovanih spojnica i izolovanih ravnomjernih cevi, zamijenite F tip spojnike promijenjenih boja zbog visoke temperature, provedite odgovarajuće testove, i na kraju obnovite snabdevanje strujom.

4.2 Preventivne preporuke

Prije instalacije opreme, tehnički stručnjaci proizvođača opreme trebaju osposobiti profesionalno obuku članovima konstrukcijskog tima na mjestu i objasniti relevantne opreznosti. Tijekom instalacije odvojnika, konstrukcijski tim treba strogo prati postupke u uputstvu proizvođača. Nakon završetka instalacije na mjestu, treba koristiti ključ za moment kako bi se provjerilo da je instalacija odvojnika pravilno zategnuta. 

Nakon završetka instalacije opreme, osoblje na mjestu za testiranje mora provesti testove otpora kruga i testove održljivosti na strujnu frekvenciju opreme. Ovi testovi mogu identificirati probleme unaprijed i spriječiti eskalaciju nesreća. Oprema može biti službeno uvedena u operaciju tek nakon uspješnog prihvatanja. Tijekom operacije opreme, distribucijske stanice mogu razmotriti implementaciju strategije raspodijeljenog inspekcija vremenskog i prostornog aspekta distribucijskih prostorija kako bi se što prije identificirali potencijalni opasni faktori u radu opreme.

5 Zaključak 

Ovaj rad predstavlja grešku izolacijskog propusta odvojnika 35kV ring glavne jedinice, provedenu inspekciju greške na mjestu, analizu talasa greške i analizu uzroka greške. Sklop je isključen jer je sloj izolacije odvojnika propao, uzrokujući grešku na zemlji koja je aktivirala zaštitnu akciju isključivanja. Ovaj incident pokazuje da kvaliteta montaže ima značajan uticaj na dugoročnu operaciju opreme. 

Iako se kvaliteta i usluge relevantnih domaćih proizvoda elektroenergetske industrije u Kini znatno poboljšale u posljednjih nekoliko godina, nesreće uzrokovanje problemima sa građevinskom i montažnom delatnošću, poput anormalnog zagrijavanja i čak eksplozija na terminalima opreme, još uvijek se redovno događaju. Sa stalnim razvojem elektroenergetske industrije Kine, jačanje profesionalnog obrazovanja relevantnog osoblja ima veliku važnost za brz razvoj elektroenergetske industrije Kine.