Analiza i leczenie przyczyn awarii zewnętrznej próżniowej wyłącznika o napięciu 35 kV

Zjawisko awarii

23 czerwca 2020 roku w stacji przekształceniowej o napięciu 220 kV wystąpiła awaria w zasilaczu 35 kV, który znajdował się w trybie gorącego rezerwu. To spowodowało uruchomienie pierwszego stopnia, pierwszego limitu czasowego, chronionego prądem nadmiernym z hamulcem napięciowym zapasowej ochrony niskiego napięcia drugiej głównej transformatora oraz drugiego stopnia ochrony przeciwprądowej złącza 350. W rezultacie nastąpił odskok obwodu 352 na stronie niskiego napięcia odpowiadającego drugiej głównej transformatorowi i obwodu złącza 350, co doprowadziło do utraty napięcia na szynie I sekcji 35 kV stacji.

Przed wypadkiem system 35 kV stacji wykorzystywał jednoszynowy układ sekcjonowany. Między dwiema sekcjami szyn zainstalowano dedykowany obwód złącza. Szyna I sekcji 35 kV, gdzie znajdowała się awaryjna baza, miała łącznie trzy linie wychodzące i dwa kondensatory. Awaryjna baza była w trybie gorącego rezerwu, a jej funkcja ochronna nie była aktywowana. Pozostałe bazy były w eksploatacji, a obwód złącza był zamknięty.

Analiza przyczyn

Na podstawie raportów komunikatów i oscylogramów z urządzeń ochronnych złącza 350 i bazy drugiej głównej transformatora stacji, stwierdzono, że na początku awarii początkowo występowała awaria fazowa między fazami B i C, która następnie ewoluowała w krótkie spięcie trójfazowe. Konkretnie, diagram fali awarii (zrzut ekranu) strony niskiego napięcia drugiej głównej transformatora przedstawiono na rysunku 1.

Po inspekcji awaryjnego obwodu stwierdzono, że po wystąpieniu awarii izolator fazy A obwodu próżniowego pękł, a izolatory porcelanowe postów faz B i C były poważnie spalone i uszkodzone, a przewody obwodu miały różny stopień zerwanych nitów. Nie zaobserwowano oznak rozładowania elektrycznego na szynach połączeń, izolatorach ścianowych lub rozłącznikach po stronie szyny obwodu. Stan uszkodzenia sprzętu pierwotnego został sprawdzony na miejscu, jak pokazano na rysunku 2.

Poniżej znajduje się szczegółowa analiza przyczyn awarii obwodu.

Powiązane z jakością obwodu

Obwód w kwestii jest typu LW8-35A (T). Został zainstalowany i wprowadzony do użytku na miejscu w grudniu 2007 roku, a jego eksploatacja rozpoczęła się w marcu 2008 roku. Obecnie na stacji znajduje się 11 obwodów próżniowych tego samego modelu, wszystkie są ulokowane na zewnątrz. Po inspekcji mechanizmu tego modelu obwodu na miejscu znaleziono ślady rozładowania o różnym stopniu na izolatorach postów. Sprawdzając rejestrator awarii na stacji, stwierdzono, że napięcie szyny 35 kV często przekraczało limit i inicjowało odskoki przed wystąpieniem awarii. Ta częsta zmienność ponad limit potwierdza obecność śladów rozładowania na izolatorach postów tego typu obwodu.

Przeprowadzono test wytrzymałości na izolatorach postów pozostałych 10 obwodów tego samego modelu na stacji. Dziewięć z nich przeszło test, a tylko jeden nie spełniał wymogów regulaminu testowego. Gdy awaryjna baza została ponownie przetestowana, przeszła test wytrzymałości. Dlatego można zasadniczo wykluczyć możliwość, że przyczyną awarii była jakość obwodu.

Powiązane z eksploatacją i konserwacją obwodu

Ta stacja przekształceniowa 220 kV znajduje się na styku obszarów miejskich i wiejskich, obok kamieniołomu, a w okolicy występuje stosunkowo poważny problem zanieczyszczenia pyłem. Inspekcja na miejscu ujawniła, że na powierzchni izolatorów postów awaryjnego obwodu积累了大量灰尘。在污染环境中，支柱瓷绝缘子的绝缘性能会下降。 由于该变电站35kV系统出线所带用户的重要性，停电检修难度较大，导致断路器无法及时进行检查和维护。随着污染程度的增加，断路器支柱瓷绝缘子的闪络电压逐渐降低。长期累积效应使得闪络电压降至运行电压以下，从而引发电气放电。故障当天，当地连续降雨，空气湿度增大进一步加剧了这一过程。因此，可以确定这是一起由污染引起的闪络事故。

更换了故障断路器。经现场调试，新断路器的测试数据符合出厂技术文件的要求。目前，断路器运行稳定。

对变电站内同型号的断路器进行了停电检查，清理并擦拭了污垢，并重新进行了绝缘喷涂。对每个断路器进行了全面检查、维护和特性测试，及时整改了发现的其他问题。目前，变电站内的其他10台同型号户外断路器运行稳定。

下一步，将对这类地区的户外断路器进行全面检查和技术改造，集中更换为气体绝缘开关设备（GIS），从根本上防止严重粉尘污染地区因污染闪络引发的事故。

• 设计单位应提高设计水平，优化设计结构，增强重污染地区断路器的绝缘性能（如建设遮蔽设施或使用GIS设备）。

• 设备制造单位应严格控制设备质量，切实落实设备制造、装配和调试各环节的技术要求。

• 运维单位应做好设备的日常维护和检查工作，高度重视变电站内的保护信号，特别是故障录波频繁启动等信号，认真调查分析问题，查明信号背后的设备实际运行状态，及时进行设备评价和分析。

• 设备管理单位应做好新设备入网验收工作，加强设备日常管理，提高供电可靠性。

Na powierzchni izolatorów postów awaryjnego obwodu zgromadziła się duża ilość kurzu. W zanieczyszczonym środowisku wydajność izolacyjna izolatorów postów maleje.

Ze względu na istotność użytkowników podłączonych do linii wychodzących systemu 35 kV w tej stacji, było trudno przeprowadzać przerwy w dostawie energii. W rezultacie obwód nie mógł być regularnie kontrolowany i konserwowany. Napięcie przeprowadzające izolatorów postów obwodu maleje wraz ze wzrostem stopnia zanieczyszczenia. Efekt skumulowany w czasie spowodował, że napięcie przeprowadzające spadło poniżej napięcia roboczego, prowadząc do rozładowania elektrycznego. W dniu awarii w regionie panowała ciągła deszczowa pogoda, a wzrost wilgotności w atmosferze jeszcze bardziej nasilił ten proces. Dlatego można stwierdzić, że była to awaria spowodowana przeprowadzeniem przez zanieczyszczenie.

Obsługa awarii

Awaryjny obwód został zastąpiony. Po komisji na miejscu dane testowe nowego obwodu spełniały wymagania określone w dokumentach technicznych fabrycznych. Obecnie obwód działa stabilnie.

Przeprowadzono przerwy w dostawie energii, aby przeprowadzić kontrole obwodów tego samego modelu w stacji. Usunięto i wytarto zanieczyszczenia, a następnie ponownie wykonano oprysk izolacyjny. Przeprowadzono kompleksową kontrolę, konserwację i testy charakterystyczne każdego obwodu, a inne znalezione problemy zostały poprawione w odpowiednim czasie. Obecnie pozostałe 10 obwodów tego samego modelu na zewnątrz stacji działają stabilnie.

W kolejnym etapie przeprowadzona zostanie kompleksowa kontrola i modernizacja techniczna obwodów na zewnątrz w takich obszarach. Zostaną one zastąpione centralnie przez urządzenia GIS, aby fundamentalnie zapobiec awariom spowodowanym przeprowadzeniem przez zanieczyszczenie w obszarach o silnym zanieczyszczeniu pyłem.

Zapobiegawcze środki

• Jednostki projektowe powinny podnosić poziom projektowania, optymalizować strukturę projektu i zwiększać wydajność izolacyjną obwodów w obszarach o silnym zanieczyszczeniu powietrza (np. budując osłony lub używając urządzeń GIS).

• Jednostki produkcyjne powinny surowo kontrolować zarządzanie jakością sprzętu i solidnie realizować wymagania technologiczne każdej fazy procesów produkcji, montażu i komisji.

• Jednostki eksploatacyjne powinny dobrze wykonywać codzienne konserwację i kontrole sprzętu. Powinny przywiązywać wielką wagę do sygnałów ochronnych w stacji, szczególnie do sygnałów takich jak częste uruchamianie rejestratora awarii. Powinny starannie badać i analizować problemy, ustalać rzeczywiste stan działania sprzętu za sygnałami i w odpowiednim czasie przeprowadzać oceny i analizy sprzętu.

• Jednostki zarządcze sprzętem powinny dobrze wykonywać akceptację nowego sprzętu włączanego do sieci, wzmocnić codzienne zarządzanie sprzętem i zwiększać niezawodność dostawy energii.