Analysering av 35kV RMU-stångfel på grund av installationsfel

Detta artikel introducerar ett fall av isoleringsbrott i busbar för en 35kV ringhuvudenhet, analyserar orsakerna till felet och föreslår lösningar [3], vilket ger referens för konstruktion och drift av nya energikraftverk.

1 Översikt över olyckan

Den 17 mars 2023 rapporterade en solceller-projektplats för ökenbekämpning en jordningsfeltrippolycka i 35kV ringhuvudenheten [4]. Utrustningstillverkaren skickade en grupp tekniska experter för att undersöka orsaken till felet. Vid inspektion upptäcktes att det fyrvägskopplingen på toppen av kabinetten hade upplevt jordningsbrott. Figur 1 visar tillståndet för fas B busbar vid olycksplatsen. Som synes från figur 1 fanns det vit pulverformig substans på fas B busbar, misstänkt för att vara spår efter elektriskt brott i busbaren. Detta system hade endast varit i drift under 8 dagar.

Enligt platsinspektioner och tester upptäcktes att byggnadsteamet inte strikt följde kraven i utrustningsinstallations- och driftmanualen för installation och inspektion, vilket resulterade i dålig kontakt mellan ledare och överhettning, vilket sedan utlöste isoleringsbrott i busbaren.

2 Platsundersökning och test

2.1 Isoleringstest

Först kopplades den externa inkommande strömförsörjningen bort för att avenergisera hela anläggningen för att lokalisera felets position. Utrustningen justerades till ledande tillstånd (avkopplare stängd, strömbrytare stängd, jordningsbrytare öppen). Isoleringsspanningen mättes separat för faser A, B och C vid utgångsslutarna på utrustningen. Testet visade att megaohmmeträkningsvärdena för faser A och C på utrustningen närmade sig oändlighet (god isolering), medan megaohmmeträkningsvärdet för fas B var mindre än 5MΩ, vilket indikerade dålig isoleringsprestanda i fas B av utrustningen. Detta antydde initialt ett isoleringsproblem vid någon plats i fas B av utrustningen.

2.2 Inspektion av felregistrering

Platsfelregistreringen visas i figur 2. Som synes från figur 2, när felet inträffade, steg spänningen för faser A och C på 35kV busbar No.1 upp till linjespänning, medan spänningen för fas B var nära noll.

2.3 Visuell inspektion av platsutrustning

Busbar I har 9 kabinner. Genom visuell inspektion av utrustningen på plats hittades vit pulverformig substans på fas B busbar, misstänkt för att vara spår efter elektriskt brott i busbaren. Detta identifierade att isoleringsbrottet i busbaren inträffade i kabinett 1AH8 på busbar I.

2.4 Avmontage och inspektion av felets plats

Efter att ha öppnat isoleringslocket för fas B busbar upptäcktes att isoleringsstoppen inte var ordentligt fastsatta som visas i figur 3, och busbar segmenten var inte hårt pressade ihop som visas i figur 4.

2.5 Andra avmontage och inspektion av isolerad busbar

Den skadade busbar fyrvägskopplingen klipptes upp för analys. Det upptäcktes att den interna strukturen i fyrvägskopplingen visade allvarlig högtemperatur erosion som visas i figur 5. Isoleringsstoppet nära ledarområdet visade också allvarlig högtemperatur erosion som visas i figur 6.

2.6 Inspektion av fas A och fas C kabintopp isolerade busbar

Genom inspektion av de återstående isolerade busbar för faser A och C, upptäcktes att deras installationsarbete var korrekt, utan några färgförändringar eller erosion observerades vid strömförande positioner på utrustningsledare.

3 Analys av orsaker till isoleringsbrott i busbar

3.1 Bestämning av felomfattning

Isoleringsspanningstester genomfördes på utrustningen på plats. Det upptäcktes att faser A och C passerade isoleringstestet, medan fas B misslyckades. Dessutom visade data från platsfelregistreringen att fas B busbar upplevde en jordningskurtslutning. När felet inträffade steg spänningen för faser A och C på 35kV busbar No.1 upp till linjespänning, medan spänningen för fas B närmar sig noll. Detta är karakteristiskt för ett typiskt ensidigt metalliskt jordningskurtslutningsfel (fas B busbar isoleringsbrott till mark). Genom undersökning identifierades felets plats vid kopplingen för fas B busbar i kabinett 1AH8.

3.2 Nollsekvensström och busbar strömvärden

419 millisekunder efter att felet inträffade, aktiverades nollsekvensöverströmskyddet för jordtransformatorn 452 millisekunder efter felet, försvann felet. Genom att kontrollera mikrodatorn för jordtransformatorn, registrerades en operation av nollsekvensströmskydd, som visas i figur 7. Verkningvärdet var 0.552A (med en nollsekvens CT strömförhållande på 100/1), vilket matchade felregistreringsvärdena, som visas i figur 8.

Enligt felregistreringen var den effektiva värdet av sekundärströmmen i lågspänningsgrenens busbar nummer 1 0,5-0,6 A. Eftersom strömtransformatorns strömförhållande var 2000/1 beräknades strömmen i busbar I vid det tillfället ha nått 1000-1200 A.

3.3 Påverkan av monteringskvalitet

Genom demontering och inspektion av fas B:s isolerade busbar vid felet (skåp 1AH8) upptäcktes att isoleringsstoppet för fas B inte var ordentligt låst och åtdragna, vilket ledde till att spårledarna inuti fyrsidiga kopplingselement inte trycktes hårt tillsammans. Detta resulterade i minskat kontaktarea vid huvudbusbaranslutningen, vilket orsakade ökad resistans på denna plats.

där: R är kretsresistansen (Ω); ρ är ledningens resistivitet (Ω·m); L är ledningens längd (m); S är ledningens tvärsnittsarea (m²). Ur formel (1) kan man se att när kontaktarean är mindre blir utrustningskretsresistansen större. Enligt formel (2) genereras mer värme per tidsenhet under drift. När värmeavledningen är mindre än värmeutvecklingen fortsätter värmen att ackumuleras på denna plats. När en viss grad (kritisk punkt) har uppnåtts skadas isoleringen på denna plats, vilket leder till isoleringsbrott och utlöser en jordfel.

där: Q är värme (J); I är ström (A); R är resistans (Ω); t är tid (s).

Sammanfattningsvis orsakade hög temperatur försämring av busbars isoleringsprestanda, vilket ledde till isoleringsbrott. När fyrsidiga kopplingselement från skåp 1AH8 togs bort på plats hade dess mutter och skruv redan smält samman på grund av elektrisk utsläppning och högt temperaturablation, vilket gjorde dem omöjliga att demontera, som visas i figur 9.

4 Felhantering och rekommendationer

4.1 Felhanteringsåtgärder

Förbered relevanta material, utrustning och verktyg, slutför arbetsgodkännandeförfaranden på plats, byt ut de skadade isolerade busbarerna på plats, såsom trevägsisoleringsskärmar, fyrvägsisoleringsskärmar och isolerade rör, byt ut F-typskärmar som har bleknat på grund av hög temperatur, genomför relevanta tester och återställ slutligen strömförsörjningen.

4.2 Preventiva rekommendationer

Innan utrustningen installeras bör tekniska personal från utrustningsfabrikanten ge professionell utbildning till medlemmar i byggteamet på plats och förklara relevanta försiktighetsåtgärder. Under installation av busbarer bör byggteamet strikt följa installationsprocedurerna i tillverkarens bruksanvisning. Efter slutförd installation på plats bör en momentnyckel användas för verifiering för att säkerställa att busbarinstallationen är ordentligt åtdragen. 

Efter slutförd installation av utrustningen behöver testpersonal på plats utföra kretsresistanstester och nätfrekvensmotståndstester på utrustningen. Dessa tester kan identifiera problem i förväg och förhindra att olyckor eskalerar. Utrustningen kan endast sättas i drift officiellt efter godkänd inspektion. Under drift av utrustningen kan distributionsstationer överväga att implementera en tids- och platsfördelad inspektionsstrategi för distributionsstationer för att identifiera potentiella risker i utrustningsdrift så tidigt som möjligt.

5 Slutsats 

I detta dokument introduceras ett isoleringsbrott i en 35-kV ringhuvudstation, där en felförundersökning, felformanalys och felsaksanalys genomfördes på plats. Strömbrytaren triggades eftersom isoleringslagret i busbaren bröt samman, vilket ledde till ett jordfel som utlöste skyddshandling. Detta incident visar att installationskvaliteten har en betydande inverkan på utrustningens långsiktiga drift. 

Även om kvaliteten och service för relaterade elprodukter inom landet har förbättrats avsevärt de senaste åren, inträffar olyckor fortfarande ibland på grund av konstruktions- och installationsproblem, såsom ovanliga uppvärmningar och till och med explosionsartade brott vid utrustningskontakter. Med den kontinuerliga utvecklingen av Kinas elindustri är det av stor betydelse att stärka den professionella utbildningen för relevant personal för den snabba utvecklingen av Kinas elindustri.