Analisi e Trattamento delle Causali di Guasto dell'Interruttore a Vuoto Esterno da 35 kV

Fenomeno del guasto

Il 23 giugno 2020, si è verificato un guasto nella cella di alimentazione a 35 kV in standby caldo in una sottostazione a 220 kV. Questo ha attivato la protezione di sovracorrente con restrizione di tensione a primo stadio e primo tempo limite della protezione di backup a bassa tensione del trasformatore principale n. 2 e la protezione di sovracorrente a secondo stadio della protezione di collegamento della barra 350. Di conseguenza, il disgiuntore 352 sul lato a bassa tensione corrispondente al trasformatore principale n. 2 e il disgiuntore di collegamento della barra 350 sono saltati, causando la perdita di tensione sulla sezione I della barra a 35 kV della sottostazione.

Prima dell'incidente, il sistema a 35 kV della sottostazione adottava una configurazione a barra singola sezionata. Era installato un disgiuntore di collegamento dedicato tra le due sezioni della barra. La sezione I della barra a 35 kV dove si trovava la cella difettosa aveva un totale di tre linee di uscita e due banchi di condensatori. La cella difettosa era in standby caldo e la sua funzione di protezione non era attiva. Le altre celle erano in funzione e il disgiuntore di collegamento era in posizione chiusa.

Analisi delle cause

Esaminando i report dei messaggi e gli oscillogrammi dei dispositivi di protezione della cella di collegamento 350 e della cella del trasformatore principale n. 2 della sottostazione, si è scoperto che all'inizio del guasto, esso si è manifestato inizialmente come un guasto interfasce tra le fasi B e C, che successivamente si è evoluto in un guasto a cortocircuito trifase. In particolare, il diagramma di onda del guasto (screenshot) sul lato a bassa tensione del trasformatore principale n. 2 è illustrato nella Figura 1.

Durante l'ispezione del disgiuntore difettoso, si è scoperto che dopo l'occasione del guasto, la guaina della fase A del disgiuntore a vuoto si era fratturata, i supporti isolanti in porcellana delle fasi B e C erano stati gravemente bruciati e danneggiati, e i cavi di connessione del disgiuntore si erano spezzati in vari gradi. Non sono state osservate tracce di scariche elettriche sui busbar di connessione, sugli isolatori di passaggio attraverso la parete o sui disgiuntori a colonna lato busbar. Lo stato di danno dell'equipaggiamento primario è stato ispezionato sul posto, come raffigurato nella Figura 2.

Di seguito si presenta un'analisi approfondita delle cause del malfunzionamento del disgiuntore.

Cause legate alla qualità del disgiuntore

Il disgiuntore in questione è del tipo LW8-35A (T). È stato installato e commissionato sul sito nel dicembre 2007 e messo in servizio nel marzo 2008. Attualmente, ci sono 11 disgiuntori a vuoto dello stesso modello nella sottostazione, tutti disposti all'esterno. Durante l'ispezione sul posto del meccanismo di questo modello di disgiuntore, sono state rilevate tracce di scarica di vario grado sui supporti isolanti in porcellana. Controllando il registratore di guasti nella sottostazione, si è notato che la tensione della barra a 35 kV superava frequentemente il limite e iniziava a saltare prima del guasto. Questa variazione frequente oltre il limite conferma fortemente la presenza di tracce di scarica sui supporti isolanti in porcellana di questo tipo di disgiuntore.

È stato eseguito un test di resistenza alla tensione sui supporti isolanti in porcellana degli altri 10 disgiuntori dello stesso modello nella sottostazione. Nove di essi hanno superato il test, e solo uno non ha soddisfatto i requisiti delle normative di test. Quando la cella difettosa è stata testata nuovamente, ha superato il test di resistenza alla tensione. Pertanto, la possibilità che la qualità del disgiuntore sia la causa del guasto può essere sostanzialmente esclusa.

Cause legate all'operazione e manutenzione del disgiuntore

Questa sottostazione a 220 kV si trova all'incrocio tra area urbana e rurale, vicino a una cava, e vi è un problema relativamente grave di inquinamento da polvere nelle vicinanze. L'ispezione sul posto ha rivelato una significativa accumulazione di polvere sulla superficie dei supporti isolanti in porcellana del disgiuntore difettoso. In un ambiente inquinato, le prestazioni isolanti dei supporti in porcellana diminuiscono.

A causa dell'importanza degli utenti collegati alle linee di uscita del sistema a 35 kV in questa sottostazione, era difficile effettuare interruzioni di energia. Di conseguenza, il disgiuntore non poteva essere ispezionato e mantenuto in modo tempestivo. La tensione di flashover dei supporti isolanti in porcellana del disgiuntore diminuisce con l'aumentare del grado di inquinamento. L'effetto cumulativo nel tempo ha portato la tensione di flashover sotto la tensione di esercizio, causando scariche elettriche. Il giorno del guasto, c'era un clima piovoso continuo nella zona, e l'aumento dell'umidità atmosferica ha ulteriormente aggravato questo processo. Pertanto, si può determinare che si è trattato di un incidente causato da flashover dovuto a contaminazione.

Gestione del guasto

Il disgiuntore difettoso è stato sostituito. Dopo la commissione sul posto, i dati di prova del nuovo disgiuntore hanno soddisfatto i requisiti specificati nei documenti tecnici di fabbrica. Attualmente, il disgiuntore sta operando in modo stabile.

Sono state effettuate interruzioni di energia per ispezionare i disgiuntori dello stesso modello nella sottostazione. Le contaminazioni sono state pulite e rimossi, ed è stata eseguita nuovamente la verniciatura isolante. È stata condotta un'ispezione completa, una manutenzione e un test caratteristico su ogni disgiuntore, e gli altri problemi riscontrati sono stati corretti tempestivamente. Attualmente, gli altri 10 disgiuntori esterni dello stesso modello nella sottostazione stanno operando in modo stabile.

Nel prossimo passo, verrà effettuata un'ispezione completa e una ristrutturazione tecnica sui disgiuntori esterni in tali aree. Saranno sostituiti centralmente con apparecchiature Gas Insulated Switchgear (GIS) per prevenire fondamentalmente gli incidenti causati da flashover dovuti a contaminazione in aree con forte inquinamento da polvere.

Misure preventive

• Le unità di progettazione dovrebbero migliorare il loro livello di progettazione, ottimizzare la struttura di progettazione e migliorare le prestazioni isolate dei disgiuntori in aree con forte inquinamento atmosferico (come la costruzione di ripari o l'uso di apparecchiature GIS).

• Le unità di produzione di apparecchiature dovrebbero controllare rigorosamente la gestione della qualità delle apparecchiature e implementare seriamente i requisiti tecnologici di ogni fase del processo di produzione, assemblaggio e commissione delle apparecchiature.

• Le unità di operazione e manutenzione dovrebbero fare un buon lavoro nella manutenzione e ispezione quotidiana delle apparecchiature. Dovrebbero attribuire grande importanza ai segnali di protezione nella sottostazione, in particolare ai segnali come l'attivazione frequente del registratore di guasti. Dovrebbero indagare e analizzare attentamente i problemi, identificare lo stato operativo reale delle apparecchiature dietro i segnali e condurre tempestivamente valutazioni e analisi delle apparecchiature.

• Le unità di gestione delle apparecchiature dovrebbero fare un buon lavoro nell'accettazione di nuove apparecchiature in ingresso nella rete, rafforzare la gestione quotidiana delle apparecchiature e migliorare l'affidabilità dell'approvvigionamento di energia.