Analýza a řešení příčin výpadků u venkovního vakuumového vypínače 35 kV

Příznaky poruchy

23. června 2020 došlo k poruše v 35 kV vývodové sekci, která byla v tepelné záloze v 220 kV podstanici. Tato porucha vyvolala spuštění prvního stupně prvního časového limitu napěťově omezované přetokové ochrany nízkého napětí záložní ochrany transformátoru č. 2 a druhého stupně přetokové ochrany spojovacího uzlu 350. V důsledku toho došlo k vypnutí vypínače 352 na straně nízkého napětí odpovídajícího transformátoru č. 2 a vypínače spojovacího uzlu 350, což vedlo ke ztrátě napětí na sběrnici 35 kV sekce I podstanice.

Před nehodou systém 35 kV podstanice používal propojení jedné sběrnice s částmi. Mezi dvěma částmi sběrnice byl instalován speciální vypínač spojovacího uzlu. Sběrnice 35 kV sekce I, kde se nacházela vadná sekce, měla celkem tři vývody a dva kondenzátorové bance. Vadná sekce byla v tepelné záloze a její ochranná funkce nebyla aktivována. Zbývající sekce byly v provozu a vypínač spojovacího uzlu byl ve stavu zavřený.

Analýza příčin

Při prozkoumání zpráv a oscilografů z ochranných zařízení spojovacího uzlu 350 a sekce transformátoru č. 2 v podstanici bylo zjištěno, že při vzniku poruchy se nejprve projevila jako fázová porucha mezi fázemi B a C, která se později rozšířila na třífázovou krátkou obvodu. Konkrétně je vlnový obraz (snímek) ze strany nízkého napětí transformátoru č. 2 znázorněn na obrázku 1.

Při inspekci vadného vypínače bylo zjištěno, že po vzniku poruchy došlo k zlomení izolačního hrdla fáze A vakuového vypínače, postizolátory fází B a C byly závažně poničeny a vedení vypínače byla různě poškozena. Na sběrnici, stěnných izolátorech a odpojovacích vypínačích na straně sběrnice nebyly pozorovány žádné známky elektrického výboje. Stav poškození primárního zařízení byl inspekován na místě, jak je znázorněno na obrázku 2.

Následuje hlubší analýza příčin selhání vypínače.

Příčiny související s kvalitou vypínače

Jedná se o vypínač typu LW8 - 35A (T). Byl nainstalován a uveden do provozu na místě v prosinci 2007 a zprovozněn v březnu 2008. V současnosti je v podstanici 11 stejných vakuových vypínačů, všechny jsou umístěny venku. Při místní inspekci mechanismu tohoto typu vypínače byly na postizolátorech nalezeny různé stupně výbojových stop. Kontrolou záznamu poruch v podstanici bylo zjištěno, že napětí na 35 kV sběrnici často překročilo limit a vyvolalo vypnutí před vznikem poruchy. Toto časté překročení limitu potvrzuje přítomnost výbojových stop na postizolátorech tohoto typu vypínače.

Byl proveden zkouškový test protiúderu na postizolátorech zbývajících 10 stejných vypínačů v podstanici. Devět z nich tento test složilo a pouze jeden nesplnil požadavky zkouškových předpisů. Když byla vadná sekce znovu testována, složila zkouškový test. Proto lze základně vyloučit možnost, že příčinou poruchy byla kvalita vypínače.

Příčiny související s provozem a údržbou vypínače

Tato 220 kV podstanice se nachází na hranici městské a venkovské oblasti, vedle lomu, a v okolí existuje závažný problém s prachovým znečištěním. Místní inspekce odhalila, že na povrchu postizolátorů vadného vypínače byl značný množství prachu. V znečištěném prostředí klesne izolační vlastnosti postizolátorů.

Vzhledem k významu uživatelů připojených k vývodům 35 kV systému v této podstanici bylo obtížné provádět výpadky proudu. To způsobilo, že vypínač nemohl být včas kontrolován a udržován. Napětí probíjení postizolátorů vypínače klesá s rostoucím stupněm znečištění. Kumulativní efekt v průběhu času vedl k tomu, že napětí probíjení kleslo pod pracovní napětí, což vedlo k elektrickému výboji. V den vzniku poruchy bylo v místním prostředí trvale deštivo, což zvýšilo vlhkost v atmosféře a dále zhoršilo tento proces. Lze tedy usoudit, že šlo o havárii způsobenou probíjením způsobeným znečištěním.

Oprava poruchy

Vadný vypínač byl nahrazen. Po místním uvedení do provozu splňovala data zkoušky nového vypínače požadavky stanovené v ex-factory technických dokumentech. V současnosti vypínač funguje stabilně.

Provedena byla výpadky proudu pro kontrolu vypínačů stejného typu v podstanici. Byly vyčištěny a opětovně naneseno izolační pokrytí. Pro každý vypínač byla provedena komplexní kontrola, údržba a charakteristická zkouška, a jiné zjištěné problémy byly včas odstraněny. V současnosti fungují ostatní 10 venkovních vypínačů stejného typu v podstanici stabilně.

V dalším kroku bude provedena komplexní kontrola a technologická modernizace venkovních vypínačů v takových oblastech. Budou centrálně nahrazeny za Gas Insulated Switchgear (GIS) zařízení, aby bylo zásadně zabráněno haváriím způsobeným probíjením způsobeným znečištěním v oblastech s vážným prachovým znečištěním.

Preventivní opatření

• Projektovací jednotky by měly zlepšit svou úroveň návrhu, optimalizovat konstrukční strukturu a zvýšit izolační vlastnosti vypínačů v oblastech s vážným vzdušným znečištěním (např. stavbou ochranných staveb nebo použitím GIS zařízení).

• Výrobní jednotky zařízení by měly přísně kontrolovat kvalitu zařízení a pečlivě uplatňovat technologické požadavky každého kroku v procesech výroby, montáže a uvedení do provozu zařízení.

• Jednotky provozu a údržby by měly dobře plnit každodenní údržbu a kontrolu zařízení. Měly by velkou pozornost věnovat ochranným signálům v podstanici, zejména signálům, jako je časté aktivování záznamu poruch. Měly by pečlivě prozkoumat a analyzovat problémy, identifikovat skutečný provozní stav zařízení za signály a včas provést hodnocení a analýzu zařízení.

• Jednotky správy zařízení by měly dobře plnit přijetí nového zařízení do sítě, posílit každodenní správu zařízení a zlepšit spolehlivost dodávky elektřiny.