Analyse en Behandeling van Oorzaken van Storingen bij 35 kV Buitenvacuümschakelaar

Storing verschijnsel

Op 23 juni 2020 trad een storing op in de 35 kV voederschakelaar die in warme reserve stond in een 220 kV onderstation. Dit activeerde de eerste fase, eerste tijdsbeperking van de spanning-beperkte overstroomingsschakeling van de lage-spanningsback-upbescherming van transformatorenbank 2 en de tweede fase overstroomingsschakeling van de 350 buskoppelingbescherming. Hierdoor vielen de 352 schakelaar aan de lage spanningzijde die correspondeert met transformatorenbank 2 en de 350 buskoppelingsschakelaar uit, wat resulteerde in het verlies van spanning op bus I van 35 kV in het onderstation.

Voor het ongeval gebruikte het 35 kV systeem van het onderstation een enkelbus sectieverbinding. Tussen de twee bussecties was een specifieke buskoppelingsschakelaar geïnstalleerd. De 35 kV bus I waar de defecte cel zich bevond, had in totaal drie uitgaande lijnen en twee condensatoren. De defecte cel was in warme reserve en de beschermingsfunctie was niet geactiveerd. De overige cellen waren in bedrijf en de buskoppelingsschakelaar was gesloten.

Oorzakenanalyse

Door het controleren van de meldingen en oscillogrammen van de beschermingsapparatuur van de 350 buskoppelingcel en de cel van transformatorenbank 2 in het onderstation, werd ontdekt dat bij het begin van de storing, deze eerst optreedt als een tussenfasenfout tussen fasen B en C, die vervolgens escalatieerde naar een driefase kortsluiting. Specifiek wordt de foutgolfvorm (screenshot) van de lage spanningzijde van transformatorenbank 2 weergegeven in figuur 1.

Bij inspectie van de defecte schakelaar werd ontdekt dat na het optreden van de storing, de bushing van fase A van de vacuümschakelaar gebroken was, de postporseleinen isolatoren van fasen B en C ernstig verbrand en beschadigd waren, en de leidingdraden van de schakelaar in verschillende graden gebroken waren. Er werden geen tekenen van elektrische ontlading waargenomen op de busbalken, de muurbushing-isolatoren of de disjunctoren aan de buszijde van de schakelaar. De status van de schade aan de primaire apparatuur werd ter plaatse geïnspecteerd, zoals weergegeven in figuur 2.

Hieronder volgt een gedetailleerde analyse van de oorzaken van de schakelaarstoring.

Redenen gerelateerd aan de kwaliteit van de schakelaar

De betreffende schakelaar is van het type LW8-35A (T). Deze werd in december 2007 ter plaatse geïnstalleerd en geïnitialiseerd en in maart 2008 in gebruik genomen. Momenteel zijn er 11 vacuümschakelaars van hetzelfde model in het onderstation, allemaal buiten geplaatst. Bij inspectie van de mechanica van dit model schakelaar werden afwijkende mate van ontladingsmarkeringen gevonden op de postporseleinen isolatoren. Door het controleren van de foutrecorder in het onderstation, werd opgemerkt dat de 35 kV busspanning vaak de limiet overschreed en trips initieerde vóór het optreden van de storing. Deze frequente overlimiet variatie bevestigt sterk de aanwezigheid van ontladingsmarkeringen op de postporseleinen isolatoren van dit type schakelaar.

Een spanningstandvastigheidstest werd uitgevoerd op de postporseleinen isolatoren van de overige 10 schakelaars van hetzelfde model in het onderstation. Negen daarvan slaagden voor de test en slechts één voldoet niet aan de vereisten van de testregels. Toen de defecte cel opnieuw getest werd, slaagde deze voor de spanningstandvastigheidstest. Daarom kan de mogelijkheid dat de kwaliteit van de schakelaar de oorzaak was van de storing in principe worden uitgesloten.

Redenen gerelateerd aan de operatie en onderhoud van de schakelaar

Dit 220 kV onderstation is gelegen op de grens tussen stedelijke en landelijke gebieden, naast een steengroeve, en er is een relatief ernstig stofvervuilingsprobleem in de omgeving. Bij inspectie ter plaatse bleek dat er een aanzienlijke hoeveelheid stof op de oppervlakte van de postporseleinen isolatoren van de defecte schakelaar was aangebracht. In een vervuild milieu neemt de isolatieprestatie van postporseleinen isolatoren af.

Vanwege het belang van de gebruikers verbonden aan de uitgaande lijnen van het 35 kV systeem in dit onderstation, was het moeilijk om stroomonderbrekingen uit te voeren. Hierdoor kon de schakelaar niet tijdig worden geïnspecteerd en onderhouden. De flitsoverspanning van de postporseleinen isolatoren van de schakelaar neemt af naarmate de mate van verontreiniging toeneemt. De cumulatieve effecten in de loop van de tijd zorgden ervoor dat de flitsoverspanning daalde tot onder de werkingsspanning, wat leidde tot elektrische ontlading. Op de dag van de storing was er continue regenachtig weer in de regio, en de toename van de luchtvochtigheid verergerde dit proces nog meer. Daarom kan worden vastgesteld dat dit een ongeluk was veroorzaakt door flitsover als gevolg van verontreiniging.

Storingoplossing

De defecte schakelaar werd vervangen. Na de ter plaatse initialisatie, voldeden de testgegevens van de nieuwe schakelaar aan de eisen zoals opgegeven in de fabriekstechnische documenten. Momenteel werkt de schakelaar stabiel.

Er werden stroomonderbrekingen uitgevoerd om de schakelaars van hetzelfde model in het onderstation te inspecteren. De verontreinigingen werden schoongemaakt en verwijderd, en er werd opnieuw isolatie gespoten. Een grondige inspectie, onderhoud en karakteristieke testen werden uitgevoerd op elke schakelaar, en andere gevonden problemen werden tijdig verholpen. Momenteel werken de andere 10 buitenplaatselijke schakelaars van hetzelfde model in het onderstation stabiel.

In de volgende stap zal er een grondige inspectie en technische renovatie worden uitgevoerd op buitenplaatselijke schakelaars in dergelijke gebieden. Ze zullen centraal worden vervangen door Gas Geïsoleerde Schakelapparatuur (GIS) om fundamenteel ongelukken als gevolg van flitsover door verontreiniging in gebieden met ernstige stofvervuiling te voorkomen.

Preventieve maatregelen

• Ontwerpeenheden moeten hun ontwerpvaardigheden verbeteren, de ontwerpstructuur optimaliseren en de isolatieprestaties van schakelaars in gebieden met ernstige luchtvervuiling versterken (zoals het bouwen van schuilplaatsen of het gebruik van GIS-apparatuur).

• Apparatuurfabrikanten moeten de kwaliteitsbeheersing van apparatuur strikt controleren en de technologische eisen van elk onderdeel in de productie, assemblage en initialisatieprocessen serieus implementeren.

• Exploitatie- en onderhoudseenheden moeten goed werk verrichten in de dagelijkse onderhouds- en inspectieactiviteiten van apparatuur. Ze moeten grote aandacht besteden aan beschermingssignalen in het onderstation, vooral signalen zoals de frequente activering van de foutrecorder. Ze moeten zorgvuldig problemen onderzoeken en analyseren, de werkelijke bedrijfsstatus van de apparatuur achter de signalen identificeren en tijdig een evaluatie en analyse van de apparatuur uitvoeren.

• Apparatuurbeheereenheden moeten goed werk verrichten in de acceptatie van nieuwe apparatuur die het netwerk binnenkomt, het dagelijkse beheer van apparatuur versterken en de betrouwbaarheid van de energievoorziening verbeteren.