Análisis y Tratamiento de las Causas de Fallos del Interruptor de Vacío al Aire Libre de 35 kV

Fenómeno de falla

El 23 de junio de 2020, se produjo una falla en la bahía de alimentación de 35 kV que estaba en espera caliente en una subestación de 220 kV. Esto activó la protección de sobrecorriente restringida por voltaje del primer estadio y primera limitación de la protección de respaldo de baja tensión del transformador principal número 2, así como la protección de sobrecorriente del segundo estadio de la protección de acoplamiento de la barra 350. Como consecuencia, el interruptor 352 en el lado de baja tensión correspondiente al transformador principal número 2 y el interruptor de acoplamiento de la barra 350 saltaron, resultando en la pérdida de voltaje en la barra 35 kV Sección I de la subestación.

Antes del accidente, el sistema de 35 kV de la subestación adoptaba un modo de conexión de una sola barra seccionada. Se instaló un interruptor de acoplamiento dedicado entre las dos secciones de la barra. La barra 35 kV Sección I, donde se encontraba la bahía con falla, tenía un total de tres líneas de salida y dos bancos de condensadores. La bahía con falla estaba en espera caliente y su función de protección no estaba activada. Las bahías restantes estaban en operación y el interruptor de acoplamiento de la barra estaba en posición cerrada.

Análisis de causas

Al examinar los informes de mensajes y oscilogramas de los dispositivos de protección de la bahía de acoplamiento 350 y la bahía del transformador principal número 2 en la subestación, se descubrió que al inicio de la falla, esta se manifestó inicialmente como una falla entre fases B y C, que posteriormente escaló a una falla de cortocircuito trifásico. Específicamente, el diagrama de ondas de falla (captura de pantalla) del lado de baja tensión del transformador principal número 2 se ilustra en la Figura 1.

Al inspeccionar el interruptor con falla, se descubrió que después de la ocurrencia de la falla, la cubierta de la fase A del interruptor de vacío se había fracturado, los aisladores postizos de las fases B y C estaban severamente quemados y dañados, y los conductores del interruptor tenían roturas de hilos en diferentes grados. No se observaron signos de descarga eléctrica en las barras de conexión de la barra, los aisladores de cubierta de pared o los interruptores de sección de la barra. El estado de daño del equipo primario fue inspeccionado in situ, como se muestra en la Figura 2.

A continuación, se presenta un análisis detallado de las causas del fallo del interruptor.

Razones relacionadas con la calidad del interruptor

El interruptor en cuestión es del tipo LW8-35A (T). Fue instalado y puesto en servicio en el sitio en diciembre de 2007 y entró en operación en marzo de 2008. Actualmente, hay 11 interruptores de vacío del mismo modelo en la subestación, todos dispuestos al aire libre. Al inspeccionar el mecanismo de este modelo de interruptor in situ, se encontraron marcas de descarga en diferentes grados en los aisladores postizos. Al verificar el registrador de fallas en la subestación, se notó que el voltaje de la barra de 35 kV a menudo superaba el límite e iniciaba salidas antes de la falla. Esta variación frecuente fuera de límites confirma fuertemente la presencia de marcas de descarga en los aisladores postizos de este tipo de interruptor.

Se realizó una prueba de resistencia a la tensión en los aisladores postizos de los otros 10 interruptores del mismo modelo en la subestación. Nueve de ellos pasaron la prueba y solo uno no cumplió con los requisitos de las normas de prueba. Cuando se volvió a probar la bahía con falla, pasó la prueba de resistencia a la tensión. Por lo tanto, se puede descartar básicamente la posibilidad de que la calidad del interruptor sea la causa de la falla.

Razones relacionadas con la operación y mantenimiento del interruptor

Esta subestación de 220 kV está ubicada en la intersección de áreas urbanas y rurales, adyacente a una cantera, y existe un problema relativamente grave de contaminación por polvo en las cercanías. La inspección in situ reveló que había una acumulación significativa de polvo en la superficie de los aisladores postizos del interruptor con falla. En un entorno contaminado, el rendimiento aislante de los aisladores postizos disminuirá.

Debido a la importancia de los usuarios conectados a las líneas de salida del sistema de 35 kV en esta subestación, era difícil llevar a cabo cortes de energía. Como resultado, el interruptor no pudo ser inspeccionado y mantenido de manera oportuna. El voltaje de flashover de los aisladores postizos del interruptor disminuye a medida que aumenta el grado de contaminación. El efecto acumulativo con el tiempo hizo que el voltaje de flashover bajara por debajo del voltaje de operación, lo que llevó a la descarga eléctrica. El día de la falla, hubo clima lluvioso continuo en la zona local, y la humedad atmosférica aumentada exacerbó aún más este proceso. Por lo tanto, se puede determinar que esto fue un accidente causado por flashover debido a la contaminación.

Manejo de la falla

Se reemplazó el interruptor con falla. Después de la puesta en marcha in situ, los datos de prueba del nuevo interruptor cumplieron con los requisitos especificados en los documentos técnicos de fábrica. Actualmente, el interruptor está operando de manera estable.

Se realizaron cortes de energía para inspeccionar los interruptores del mismo modelo en la subestación. Se limpiaron y se eliminaron los contaminantes, y se realizó nuevamente el rociado de aislamiento. Se realizó una inspección, mantenimiento y prueba de características comprehensiva en cada interruptor, y se corrigieron oportunamente otros problemas encontrados. Actualmente, los otros 10 interruptores al aire libre del mismo modelo en la subestación están operando de manera estable.

En el próximo paso, se realizará una inspección y renovación técnica integral de los interruptores al aire libre en tales áreas. Se reemplazarán centralmente con equipos de interruptores de gas aislado (GIS) para prevenir fundamentalmente accidentes causados por flashover debido a la contaminación en áreas con graves problemas de polvo.

Medidas preventivas

• Las unidades de diseño deben mejorar su nivel de diseño, optimizar la estructura de diseño y mejorar el rendimiento aislante de los interruptores en áreas con grave contaminación del aire (como construir refugios o usar equipos GIS).

• Las unidades de fabricación de equipos deben controlar estrictamente la gestión de la calidad de los equipos y aplicar seriamente los requisitos tecnológicos de cada etapa en los procesos de fabricación, montaje y puesta en marcha de los equipos.

• Las unidades de operación y mantenimiento deben hacer un buen trabajo en el mantenimiento y la inspección diaria de los equipos. Deben prestar mucha atención a las señales de protección en la subestación, especialmente a las señales como la activación frecuente del registrador de fallas. Deben investigar y analizar cuidadosamente los problemas, identificar el estado operativo real de los equipos detrás de las señales y realizar evaluaciones y análisis de los equipos de manera oportuna.

• Las unidades de gestión de equipos deben hacer un buen trabajo en la aceptación de nuevos equipos que ingresan a la red, fortalecer la gestión diaria de los equipos y mejorar la confiabilidad del suministro de electricidad.