Anàlisi i Tractament de les Causes d'Avaries del Interruptor de Vacuüm Exterior de 35 kV

Fenòmen de l'error

El 23 de juny de 2020, es produïu un error en la baia d'alimentació de 35 kV que estava en espera calenta a una subestació de 220 kV. Això va desencadenar l'activació de la protecció de sobrecorrent limitada per tensió de primer nivell i primer temps de la protecció de seguretat de baixa tensió del transformador principal número 2 i la protecció de sobrecorrent de segon nivell de la protecció dels 350 busos de juntura. Com a resultat, el disjuntor 352 del costat de baixa tensió corresponent al transformador principal número 2 i el disjuntor de juntura dels 350 busos van disparar, provocant la pèrdua de tensió en la secció I del bus de 35 kV de la subestació.

Abans de l'accident, el sistema de 35 kV de la subestació utilitzava un mode de connexió de bus monolínic segmentat. Es va instal·lar un disjuntor de juntura dedicat entre les dues seccions de busos. La secció I del bus de 35 kV on es trobava la baia defectuosa tenia un total de tres línies d'eixida i dos bancs de condensadors. La baia defectuosa estava en espera calenta i la seva funció de protecció no estava activada. Les altres baies estaven en funcionament i el disjuntor de juntura estava tancat.

Anàlisi de les causes

Examinant els informes de missatges i oscil·lograms dels dispositius de protecció de la baia de juntura dels 350 busos i la baia del transformador principal número 2 de la subestació, es va descobrir que al començament de l'error, inicialment es manifestà com un error de fase a fase entre les fases B i C, que posteriorment es va escalonar en un error de curtcircuït de tres fases. Específicament, el diagrama d'ona de l'error (captura de pantalla) del costat de baixa tensió del transformador principal número 2 es mostra a la Figura 1.

En inspeccionar el disjuntor defectuós, es va descobrir que després de l'ocurrència de l'error, la cama de la fase A del disjuntor de buit havia esquitxallat, les aïllants ceràmics post de les fases B i C estaven greument carbonitzats i danificats, i els conductors del disjuntor tenien fils trencats en diferents graus. No es van observar signes de descàrrega elèctrica en els busos de connexió del bus, els aïllants de passa-paret o els interruptors de separació del costat del bus del disjuntor. L'estat de daños dels equips primaris es va inspeccionar in situ, tal com es mostra a la Figura 2.

A continuació, es presenta un anàlisi en profunditat de les causes del fracàs del disjuntor.

Raons relacionades amb la qualitat del disjuntor

El disjuntor en qüestió és del tipus LW8-35A (T). Es va instalar i posar en servei a l'emplaçament en desembre de 2007 i es va posar en operació en març de 2008. Actualment, hi ha 11 disjuntors de buit del mateix model a la subestació, tots disposats a l'exterior. En inspeccionar la mecanització d'aquest model de disjuntor, es van trobar marques de descàrrega en diferents graus als aïllants ceràmics post. Comprovant el registrador d'errors a la subestació, es va notar que la tensió del bus de 35 kV sovint superava el límit i iniciava trams abans de l'error. Aquesta variació freqüent més enllà del límit confirma fortement la presència de marques de descàrrega en els aïllants ceràmics post d'aquest tipus de disjuntor.

Es va realitzar una prova de resistència a la tensió als aïllants ceràmics post dels 10 disjuntors restants del mateix model a la subestació. Nueu d'ells van aprovar la prova, i només un no va complir els requisits de les normatives de prova. Quan es va tornar a provar la baia defectuosa, va aprovar la prova de resistència a la tensió. Per tant, es pot descartar fonamentalment la possibilitat que la qualitat del disjuntor fos la causa de l'error.

Raons relacionades amb l'operació i manteniment del disjuntor

Aquesta subestació de 220 kV es troba en la junta entre àrees urbana i rural, prop d'una pedrera, i hi ha un problema relativament greu de contaminació per pols a la zona. L'inspecció in situ va revelar que hi havia una quantitat significativa de pols acumulada a la superfície dels aïllants ceràmics post del disjuntor defectuós. En un entorn contaminat, el rendiment aïllant dels aïllants ceràmics post disminuirà.

Degut a la importància dels usuaris connectats a les línies d'eixida del sistema de 35 kV en aquesta subestació, era difícil realitzar tallades de corrent. Com a resultat, no es podia inspeccionar i mantenir el disjuntor de manera oportuna. La tensió de flashover dels aïllants ceràmics post del disjuntor disminueix quan augmenta el grau de contaminació. L'efecte acumulatiu amb el temps va fer que la tensió de flashover caigués per sota la tensió d'operació, provocant una descàrrega elèctrica. El dia de l'error, hi havia un temps plujós continu a la zona, i l'humitat creixent a l'atmosfera va agravar aquest procés. Per tant, es pot determinar que això va ser un accident causat per flashover degut a la contaminació.

Gestió de l'error

Es va reemplaçar el disjuntor defectuós. Després de la comissió in situ, les dades de prova del nou disjuntor van complir els requisits especificats en la documentació tècnica de fabricació. Actualment, el disjuntor està operant de manera estable.

Es van realitzar tallades de corrent per inspeccionar els disjuntors del mateix model a la subestació. Es van netejar i esborrar els contaminants, i es va realitzar una nova pulverització aïllant. S'ha realitzat una inspecció, manteniment i prova de característiques completa de cada disjuntor, i s'han corregit prontament altres problemes trobats. Actualment, els altres 10 disjuntors exteriors del mateix model a la subestació estan operant de manera estable.

En el proper pas, es realitzarà una inspecció i renovació tècnica completa dels disjuntors exteriors en aquestes zones. Es reemplaçaran de manera centralitzada amb maquinària de GIS (Gas Insulated Switchgear) per prevenir fonamentalment accidents causats per flashover degut a la contaminació en zones amb una contaminació severa per pols.

Medidas preventives

• Les unitats de disseny haurien de millorar el seu nivell de disseny, optimitzar la estructura de disseny i millorar el rendiment aïllant dels disjuntors en zones amb una contaminació atmosfèrica greu (com construir refugis o utilitzar maquinària de GIS).

• Les unitats de fabricació d'equips haurien de controlar estrictament la gestió de la qualitat dels equips i implementar seriòsament els requisits tecnològics de cada enllaç en els processos de fabricació, muntatge i comissió dels equips.

• Les unitats d'operació i manteniment haurien de fer un bon treball en el manteniment i inspecció diaris dels equips. Han de donar gran importància als senyals de protecció a la subestació, especialment senyals com l'activació freqüent del registrador d'errors. Han de investigar i analitzar detingudament els problemes, identificar l'estat operatiu real dels equips darrere els senyals, i realitzar una avaluació i anàlisi oportunes dels equips.

• Les unitats de gestió d'equips haurien de fer un bon treball en la recepció de nous equips que entren a la xarxa, fortaleixent la gestió diària dels equips i millorant la fiabilitat del subministrament d'energia.