Ανάλυση και Επεξεργασία των Αιτιών Παραμονής σε 35 kV Εξωτερικό Υποβαθμιστή Πνευματώδους Τύπου

Συμβάν Αποτυχίας

Στις 23 Ιουνίου 2020, συνέβη μια αποτυχία σε έναν κόλπο εφοδιασμού 35 kV που βρισκόταν σε θερμή ετοιμότητα σε ένα υποσταθμό 220 kV. Αυτό ενεργοποίησε την πρώτη φάση, πρώτη περίοδο, προστασία υπερροές ρεύματος με περιορισμό στην τάση της εφεδρείας προστασίας του δευτερεύοντος κυρίως μετατροπέα και τη δεύτερη φάση προστασίας υπερροές ρεύματος της προστασίας του συνδέσμου 350. Ως αποτέλεσμα, το πυκνωτήριο 352 στην πλευρά χαμηλής τάσης αντίστοιχα με τον δευτερεύον κυρίως μετατροπέα και το πυκνωτήριο συνδέσμου 350 ανενεργοποιήθηκαν, προκαλώντας την απώλεια τάσης στον κόλπο 35 kV Τμήμα I του υποσταθμού.

Πριν από το συμβάν, το σύστημα 35 kV του υποσταθμού χρησιμοποιούσε ένα μονοκόλπιο σύστημα με τμήματα. Είχε εγκαταστήσει έναν ειδικό πυκνωτήριο συνδέσμου μεταξύ των δύο τμημάτων. Ο κόλπος 35 kV Τμήμα I όπου βρισκόταν ο εν λόγω κόλπος είχε συνολικά τρεις εξόδους και δύο καταθρεπτικούς. Ο κόλπος βρισκόταν σε θερμή ετοιμότητα και η λειτουργία προστασίας δεν είχε ενεργοποιηθεί. Οι υπόλοιποι κόλποι ήταν σε λειτουργία, ενώ το πυκνωτήριο συνδέσμου ήταν σε κλειστή θέση.

Ανάλυση Αιτίας

Με την εξέταση των αναφορών μηνυμάτων και των κυματογραμμών από τα προστατικά συστήματα του κόλπου συνδέσμου 350 και του κόλπου του δευτερεύοντος κυρίως μετατροπέα στον υποσταθμό, διαπιστώθηκε ότι στην αρχή της αποτυχίας, αυτή εμφανίστηκε αρχικά ως φάση-σε-φάση αποτυχία μεταξύ των φάσεων B και C, η οποία στη συνέχεια εξελίχθηκε σε τριφασική σύνδεση. Συγκεκριμένα, το κυματογράμμα της αποτυχίας (στιγμιότυπο) στην πλευρά χαμηλής τάσης του δευτερεύοντος κυρίως μετατροπέα απεικονίζεται στο Σχήμα 1.

Μετά την εξέταση του αποτυχημένου πυκνωτηρίου, διαπιστώθηκε ότι μετά την αποτυχία, το σωλήνιο της φάσης A του πυκνωτηρίου κενού είχε σπάσει, τα μεταλλικά σωλήνια των φάσεων B και C ήταν σοβαρά καερωμένα και κατεστραμμένα, ενώ τα γραμμικά προς το πυκνωτήριο είχαν σπάσει σε διάφορες βαθμίδες. Δεν παρατηρήθηκαν ενδείξεις ηλεκτρικής εκπομπής στις συνδεσμικές σωλήνιες του κόλπου, τα σωλήνια των διασπορτηρίων στον τοίχο, ή τα διασπορτήρια στην πλευρά του κόλπου του πυκνωτηρίου. Η κατάσταση ζημίας της πρωτογενούς εξοπλισμού ελέγχθη επιτόπου, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 2.

Στη συνέχεια, παρακάτω ακολουθεί μια ενδελεχής ανάλυση των αιτιών της αποτυχίας του πυκνωτηρίου.

Αιτίες Σχετικές με την Ποιότητα του Πυκνωτηρίου

Το πυκνωτήριο συζητούμενο είναι τύπου LW8 - 35A (T). Εγκαταστάθηκε και επικυρώθηκε επιτόπου τον Δεκέμβριο 2007 και έγινε λειτουργικό τον Μάρτιο 2008. Σήμερα, υπάρχουν 11 πυκνωτήρια κενού του ίδιου τύπου στον υποσταθμό, όλα τοποθετημένα εξωτερικά. Με την επιτόπια εξέταση της μηχανής αυτού του τύπου πυκνωτηρίου, βρέθηκαν σημάδια εκπομπής σε διάφορες βαθμίδες στα μεταλλικά σωλήνια. Με την εξέταση του καταγραφήστη των αποτυχιών στον υποσταθμό, παρατηρήθηκε ότι η τάση 35 kV συχνά υπερέβαινε το όριο και ενεργοποιούσε τροποποιήσεις πριν από την αποτυχία. Αυτή η συχνή υπέρβαση του ορίου επιβεβαιώνει ισχυρά την παρουσία σημάδιων εκπομπής στα μεταλλικά σωλήνια αυτού του τύπου πυκνωτηρίου.

Εκτελέστηκε δοκιμή αντοχής στην τάση στα μεταλλικά σωλήνια των υπόλοιπων 10 πυκνωτηρίων του ίδιου τύπου στον υποσταθμό. Έντεκα από αυτά πέρασαν τη δοκιμή, και μόνο ένα δεν ικανοποίησε τις απαιτήσεις των κανονισμών. Κατά τη δοκιμή του αποτυχημένου κόλπου, πέρασε τη δοκιμή αντοχής. Συνεπώς, η πιθανότητα της ποιότητας του πυκνωτηρίου να είναι η αιτία της αποτυχίας μπορεί να αποκλείσει βασικά.

Αιτίες Σχετικές με τη Λειτουργία και Συντήρηση του Πυκνωτηρίου

Αυτός ο υποσταθμός 220 kV βρίσκεται στη συνοριακή περιοχή αστικών και αγροτικών περιοχών, γειτνιάζει με έναν καριέρα, και υπάρχει ένα σημαντικό πρόβλημα ρύπανσης στην περιοχή. Με την επιτόπια εξέταση, διαπιστώθηκε ότι υπήρχε σημαντική συσσώρευση σκόνης στην επιφάνεια των μεταλλικών σωλήνιων του αποτυχημένου πυκνωτηρίου. Σε μια ρυπαντική περιβάλλον, η διαχωριστική ικανότητα των μεταλλικών σωλήνιων μειώνεται.

Λόγω της σημασίας των χρηστών που συνδέονται με τις εξόδους του συστήματος 35 kV σε αυτόν τον υποσταθμό, ήταν δύσκολο να πραγματοποιηθούν απορρυθμίσεις. Ως αποτέλεσμα, το πυκνωτήριο δεν μπορούσε να ελεγχθεί και να συντηρηθεί εγκαίρως. Η τάση εκτόξευσης των μεταλλικών σωλήνιων του πυκνωτηρίου μειώνεται ως επακόλουθο της αύξησης της ρύπανσης. Η συσσωρευτική επίδραση με την πάροδο του χρόνου οδήγησε στη μείωση της τάσης εκτόξευσης κάτω από τη λειτουργική τάση, προκαλώντας ηλεκτρική εκπομπή. Στην ημέρα της αποτυχίας, υπήρξε συνεχής βροχή στην περιοχή, και η αυξημένη υγρασία στην ατμόσφαιρα επιδείνωσε ακόμη περισσότερο αυτή τη διαδικασία. Συνεπώς, μπορεί να καθοριστεί ότι αυτή ήταν μια ατυχήματος που προκλήθηκε από εκτόξευση λόγω ρύπανσης.

Χειρισμός της Αποτυχίας

Το αποτυχημένο πυκνωτήριο αντικαταστάθηκε. Μετά την επιτόπια επικύρωση, τα δεδομένα δοκιμής του νέου πυκνωτηρίου ικανοποίησαν τις απαιτήσεις που ορίζονται στα τεχνικά έγγραφα εξαγωγής. Σήμερα, το πυκνωτήριο λειτουργεί σταθερά.

Εκτελέστηκαν απορρυθμίσεις για την εξέταση των πυκνωτηρίων του ίδιου τύπου στον υποσταθμό. Οι ρυπαντές καθαρίστηκαν και εκκαθαρίστηκαν, και εκσυγχρονίστηκε η διαχωριστική επενδύση. Έγινε μια ολοκληρωμένη εξέταση, συντήρηση και δοκιμή χαρακτηριστικών για κάθε πυκνωτήριο, και οι άλλες προβλήματα που ανακαλύφθηκαν διορθώθηκαν εγκαίρως. Σήμερα, τα άλλα 10 εξωτερικά πυκνωτήρια του ίδιου τύπου στον υποσταθμό λειτουργούν σταθερά.

Στο επόμενο βήμα, θα εκτελεστεί μια ολοκληρωμένη εξέταση και τεχνική ανανέωση των εξωτερικών πυκνωτηρίων σε τέτοιες περιοχές. Θα αντικατασταθούν συνεντελώς με εξοπλισμό GIS (Gas Insulated Switchgear) για να προληφθούν ουσιαστικά ατυχήματα λόγω εκτόξευσης λόγω ρύπανσης σε περιοχές με σοβαρή ρύπανση σκόνης.

Προληπτικά Μέτρα

• Οι μονάδες σχεδιασμού θα πρέπει να βελτιώσουν το επίπεδο σχεδιασμού, να βελτιώσουν τον σχεδιασμό και να ενισχύσουν τη διαχωριστική ικανότητα των πυκνωτηρίων σε περιοχές με σοβαρή ατμοσφαιρική ρύπανση (όπως η κατασκευή στέγασης ή η χρήση εξοπλισμού GIS).

• Οι μονάδες κατασκευής εξοπλισμού θα πρέπει να ελέγχουν αυστηρά τη διαχείριση ποιότητας του εξοπλισμού και να εφαρμόζουν ειλικρινά τις τεχνολογικές απαιτήσεις κάθε σταδίου της κατασκευής, συναρμολόγησης και επικύρωσης του εξοπλισμού.

• Οι μονάδες λειτουργίας και συντήρησης θα πρέπει να εκτελέσουν καλά την καθημερινή συντήρηση και εξέταση του εξοπλισμού. Θα πρέπει να δίνουν ιδιαίτερη σημασία στα σήματα προστασίας στον υποσταθμό, ειδικά σε σήματα όπως η συχνή ενεργοποίηση του καταγραφήστη των αποτυχιών. Θα πρέπει να εξετάζουν και να αναλύουν προσεκτικά τα προβλήματα, να αναγνωρίζουν την πραγματική λειτουργική κατάσταση του εξοπλισμού πίσω από τα σήματα και να διεξάγουν εγκαίρως αξιολόγηση και ανάλυση του εξοπλισμού.

• Οι μονάδες διαχείρισης εξοπλισμού θα πρέπει να εκτελέσουν καλά την αποδοχή νέου εξοπλισμού που εισέρχεται στο δίκτυο, να ενισχύσουν την καθημερινή διαχείριση του εξοπλισμού και να βελτιώσουν την αξιοπιστία της παροχής ρεύματος.