Analyse og behandling af fejlårsager for 35 kV udendørs vakuumkredsløbsbryder

Fejlænelse

Den 23. juni 2020 opstod der en fejl i en 35 kV forsyningsbås, der var på varm beredskab ved en 220 kV understation. Dette udløste den første trin, første tidsgrænse voltage-begrænset overstrømsbeskyttelse af lavspændingsreservebeskyttelsen for hovedtransformator nr. 2 og anden trin overstrømsbeskyttelse for 350 bus tie beskyttelsen. Dermed sprang 352 bryderen på lavspændings siden til hovedtransformator nr. 2 og 350 bus tie bryderen, hvilket resulterede i tabet af spændingen på 35 kV Section I bus i understationen.

Før ulykken anvendte 35 kV systemet i understationen en enkelt bus sektioneret forbindelsesmetode. Der var installeret en dedikeret bus tie bryder mellem de to bus sektioner. 35 kV Section I bus, hvor den defekte bås befandt sig, havde i alt tre udgående linjer og to kondensatorbanker. Den defekte bås var på varm beredskab, og dens beskyttelsesfunktion var ikke aktiveret. De øvrige båser var i drift, og bus tie bryderen var i lukket position.

Årsagsanalyse

Ved at undersøge meddelelsesrapporter og oscillogrammer fra beskyttelsesenheternes 350 bus tie bås og hovedtransformator nr. 2 bås i understationen, blev det fundet, at ved begyndelsen af fejlen, optrådte den først som en fase til fase fejl mellem faserne B og C, hvilket derefter eskalerede til en tre-fase kortslutningsfejl. Specifikt vises fejlvejform (skærmbillede) på lavspændings siden af hovedtransformator nr. 2 i figur 1.

Efter inspektion af den defekte bryder blev det opdaget, at efter fejlens opståen, var fasen A's isolering på vakuum bryderen brudt, fasen B og C's post porcelænsisolatorer var alvorligt brændt og skadet, og bryderens ledninger havde forskellige graders brud. Der blev ikke observeret tegn på elektrisk udløsning på busbar-forbindelsesbusbars, væg-isolatorer eller afbrydere på busbar-siden af bryderen. Skadezustand af primærudstyr blev inspiceret på stedet, som vist i figur 2.

Nedenfor følger en grundig analyse af årsagerne til bryderens fejl.

Årsager relateret til bryderens kvalitet

Den pågældende bryder er af typen LW8-35A (T). Den blev installeret og kommissioneret på stedet i december 2007 og sat i drift i marts 2008. I øjeblikket er der 11 vakuum brydere af samme type på understationen, alle placeret udenfor. Ved en på-sted-inspektion af mekanismen for denne type bryder, blev der fundet udløsningsmærker i forskellige grader på post porcelænsisolatorerne. Ved at tjekke fejlregistreringsenheden i understationen, blev det noteret, at 35 kV bus spændingen ofte oversteg grænsen og initierede sprængninger inden fejlen opstod. Dette hyppige overgrænsen variation bekræfter stærkt, at der findes udløsningsmærker på post porcelænsisolatorerne for denne type bryder.

En spændingstest blev udført på post porcelænsisolatorerne for de resterende 10 brydere af samme type på understationen. Ni af dem passede testen, og kun én opfyldte ikke kravene i testreglerne. Når den defekte bås blev testet igen, passede den spændingstesten. Derfor kan muligheden for, at bryderens kvalitet var årsag til fejlen, i princippet udelukkes.

Årsager relateret til drift og vedligeholdelse af bryderen

Denne 220 kV understation er placeret ved grænsen mellem byområde og landdistrikt, nabo til en stengrube, og der findes et relativt alvorligt problem med støvforurening i nærheden. På-sted-inspektion afslørede, at der var en betydelig mængde støvakkumulation på overfladen af post porcelænsisolatorerne på den defekte bryder. I en forurenget miljø vil isolationsydelserne af post porcelænsisolatorer falde.

På grund af vigtigheden af brugerne forbundet til udgående linjer i 35 kV systemet i denne understation, var det svært at udføre strømafbrydelser. Dette gjorde, at bryderen ikke kunne inspiceres og vedligeholdes på passende tidspunkt. Flashover-spændingen for post porcelænsisolatorerne på bryderen falder, når forureningens grad stiger. Den akkumulerede effekt over tid fik flashover-spændingen til at falde under driftsspændingen, hvilket førte til elektrisk udløsning. På dagen for fejlen havde der været vedvarende regnvær i lokalområdet, og den øgede luftfugtighed forværrede denne proces yderligere. Derfor kan det konkluderes, at dette var en ulykke forårsaget af flashover pga. forurening.

Fejlbehandling

Den defekte bryder blev erstattet. Efter på-sted-kommissionering opfyldte testdata for den nye bryder kravene angivet i fabrikstekniske dokumenter. I øjeblikket er bryderen i stabil drift.

Strømafbrydelser blev udført for at inspicere bryderne af samme type i understationen. Forurening blev rengjort og tørret, og isolationssprøjling blev udført igen. En omfattende inspektion, vedligeholdelse og karakteristiktest blev udført for hver bryder, og andre problemer, der blev fundet, blev rettet på passende tidspunkt. I øjeblikket er de øvrige 10 udendørs brydere af samme type i understationen i stabil drift.

I næste trin vil der blive gennemført en omfattende inspektion og teknisk modernisering af udendørs brydere i sådanne områder. De vil blive centrale erstattet med Gas Isoleret Udstyr (GIS) for at forhindre grundlæggende ulykker forårsaget af flashover pga. forurening i områder med alvorlig støvforurening.

Forebyggende foranstaltninger

• Designenheder skal forbedre deres designniveau, optimere designstrukturen og forbedre isolationsydelserne for brydere i områder med alvorlig luftforurening (som at bygge tag eller bruge GIS-udstyr).

• Udstyrproducentenheder skal strengt kontrollere kvalitetsstyringen af udstyr og iværksætte teknologiske krav for hver proces i produktion, montering og kommissionering af udstyr.

• Drift og vedligeholdelsesenheder skal udføre daglig vedligeholdelse og inspektion af udstyr. De skal lægge stor vægt på beskyttelsessignaler i understationen, især signaler som hyppig aktivering af fejlregistreringsenheden. De skal grundigt undersøge og analysere problemer, identificere den faktiske driftsstatus bag signalerne, og foretage hurtig vurdering og analyse af udstyr.

• Udstyrforvaltningsenheder skal udføre god modtagelse af nyt udstyr, der kommer i netværket, styrke daglig forvaltning af udstyr, og forbedre strømforsyningsrelabiliteten.