Analyse und Behandlung von Störungsursachen des 35 kV Freiluft-Vakuumschalters

Fehlererscheinung

Am 23. Juni 2020 trat ein Fehler in der 35 kV Speiseleitungsbucht auf, die in einer 220 kV Umspannanlage in Heißreserve stand. Dies führte zur Auslösung des ersten Stufen- und Zeitstufen-Spannungsbegrenzten Überstromschutzes des Niederspannungs-Ersatzschutzes des Transformators Nr. 2 und des zweiten Stufen-Überstromschutzes des 350 Buskopplungsschutzes. Infolgedessen schalteten der Schütz 352 auf der Niederspannungsseite, der dem Transformator Nr. 2 zugeordnet war, und der 350 Buskopplungsschütz ab, was zu einem Spannungsverlust am 35 kV Abschnitt I-Bus der Umspannanlage führte.

Vor dem Unfall verwendete das 35 kV System der Umspannanlage eine Einbus-Sektionenverbindung. Zwischen den beiden Bussystemen war ein dedizierter Buskopplungsschütz installiert. Der 35 kV Abschnitt I-Bus, in dem sich die defekte Bucht befand, hatte insgesamt drei Ausgangsleitungen und zwei Kondensatorenbänke. Die defekte Bucht stand in Heißreserve und ihr Schutz war nicht aktiviert. Die übrigen Buchten waren in Betrieb und der Buskopplungsschütz befand sich in geschlossener Position.

Ursachenanalyse

Durch die Prüfung der Meldungsberichte und Oszillogramme der Schutzeinrichtungen der 350 Buskopplungsbucht und der Bucht des Transformators Nr. 2 in der Umspannanlage wurde festgestellt, dass der Fehler zunächst als Phasen-zu-Phasen-Fehler zwischen den Phasen B und C auftrat, der sich anschließend in einen Dreiphasen-Kurzschluss-Fehler entwickelte. Insbesondere wird das Fehlerwellendiagramm (Screenshot) der Niederspannungsseite des Transformators Nr. 2 in Abbildung 1 dargestellt.

Bei der Prüfung des defekten Schützes stellte man fest, dass nach dem Auftreten des Fehlers die Isolierhülse der Phase A des Vakuumschützes gebrochen war, die Postporzellanisolatoren der Phasen B und C schwer verbrannt und beschädigt waren und die Anschlussleitungen des Schützes in unterschiedlichem Maße durchgerissen waren. Es wurden keine Anzeichen von elektrischem Entladung an den Busleitungen, den Wanddurchführungen oder den Trennschaltern auf der Busseite des Schützes beobachtet. Der Schadensstatus der Primärgeräte wurde vor Ort geprüft, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Analyse der Ursachen für das Versagen des Schützes.

Gründe im Zusammenhang mit der Qualität des Schützes

Der betreffende Schütz ist vom Typ LW8-35A (T). Er wurde im Dezember 2007 vor Ort installiert und in Betrieb genommen und im März 2008 in Betrieb genommen. Aktuell gibt es 11 Vakuumschütze dieses Modells in der Umspannanlage, die alle im Freien angeordnet sind. Bei der Ortsinspektion des Mechanismus dieses Schützmodells wurden Entladungsspuren in unterschiedlichem Maß an den Postporzellanisolatoren gefunden. Durch die Überprüfung des Fehleraufzeichners in der Umspannanlage wurde festgestellt, dass die 35 kV Busspannung häufig die Grenze überschritten hat und Trips ausgelöst hat, bevor der Fehler auftrat. Diese häufige Überschreitung bestätigt stark die Anwesenheit von Entladungsspuren an den Postporzellanisolatoren dieses Schütztyps.

Ein Spannungsprüftest wurde an den Postporzellanisolatoren der verbleibenden 10 Schütze desselben Modells in der Umspannanlage durchgeführt. Neun davon bestanden den Test, und nur einer entsprach nicht den Anforderungen der Testvorschriften. Als der defekte Bereich erneut getestet wurde, bestand er den Spannungsprüftest. Daher kann die Möglichkeit, dass die Qualität des Schützes die Ursache des Fehlers war, im Wesentlichen ausgeschlossen werden.

Gründe im Zusammenhang mit der Bedienung und Wartung des Schützes

Diese 220 kV Umspannanlage befindet sich an der Stadt-Land-Grenze, benachbart zu einem Steinbruch, und es gibt ein relativ ernsthaftes Problem der Staubverschmutzung in der Umgebung. Die Ortsinspektion ergab, dass sich eine signifikante Menge an Staubschichten auf der Oberfläche der Postporzellanisolatoren des defekten Schützes angesammelt hatte. In einer verschmutzten Umgebung nimmt die Isolationsleistung der Postporzellanisolatoren ab.

Aufgrund der Bedeutung der an die Ausgangsleitungen des 35 kV Systems dieser Umspannanlage angeschlossenen Nutzer war es schwierig, Stromausfälle durchzuführen. Daher konnte der Schütz nicht rechtzeitig überprüft und gewartet werden. Die Blitzspannung der Postporzellanisolatoren des Schützes sinkt mit zunehmender Verschmutzung. Die kumulative Wirkung über die Zeit führte dazu, dass die Blitzspannung unter die Betriebsspannung fiel, was zu elektrischer Entladung führte. Am Tag des Fehlers gab es an diesem Ort kontinuierliches Regenwetter, und die erhöhte Luftfeuchtigkeit verschärfte diesen Prozess weiter. Daher kann festgestellt werden, dass es sich um einen Unfall handelte, der durch Überflimmern aufgrund von Verschmutzung verursacht wurde.

Fehlerbehebung

Der defekte Schütz wurde ersetzt. Nach der Ortskommissionierung erfüllten die Testdaten des neuen Schützes die in den Fabriktechnischen Dokumenten festgelegten Anforderungen. Derzeit arbeitet der Schütz stabil.

Es wurden Stromausfälle durchgeführt, um die Schütze desselben Modells in der Umspannanlage zu überprüfen. Die Verunreinigungen wurden gereinigt und abgewischt, und es wurde eine erneute Isoliersprühdichtung durchgeführt. Eine umfassende Prüfung, Wartung und Charakteristiktätigung wurde an jedem Schütz durchgeführt, und andere festgestellte Probleme wurden zeitnah behoben. Derzeit arbeiten die anderen 10 Außenluft-Schütze desselben Modells in der Umspannanlage stabil.

Als nächstes wird eine umfassende Prüfung und technische Modernisierung der Außenluft-Schütze in solchen Gebieten durchgeführt. Sie werden zentral durch Gas-isolierte Schaltanlagen (GIS) ersetzt, um grundlegend Unfälle aufgrund von Überflimmern aufgrund von Verschmutzung in Gebieten mit schwerer Staubverschmutzung zu verhindern.

Präventive Maßnahmen

• Planungseinheiten sollten ihre Planungsniveau verbessern, die Planungsstruktur optimieren und die Isolationsleistung der Schütze in Gebieten mit schwerer Luftverschmutzung (wie zum Beispiel durch den Bau von Unterständen oder die Verwendung von GIS-Ausrüstung) erhöhen.

• Gerätehersteller sollten die Qualitätskontrolle der Geräte streng durchführen und die Technologieanforderungen jedes Schrittes im Herstellungs-, Montage- und Inbetriebnahmeprozess sorgfältig umsetzen.

• Betriebs- und Wartungseinheiten sollten eine gute Arbeit bei der täglichen Wartung und Prüfung der Geräte leisten. Sie sollten große Aufmerksamkeit auf die Schutzsignale in der Umspannanlage legen, insbesondere auf Signale wie die häufige Aktivierung des Fehleraufzeichners. Sie sollten Probleme sorgfältig untersuchen und analysieren, den tatsächlichen Betriebszustand der Geräte hinter den Signalen identifizieren und eine zeitnahe Bewertung und Analyse der Geräte durchführen.

• Gerätemanagementeinheiten sollten eine gute Arbeit bei der Abnahme neuer Geräte, die in das Netzwerk eintreten, leisten, das tägliche Management der Geräte stärken und die Zuverlässigkeit der Stromversorgung verbessern.