Análise e Tratamento das Causas de Falhas do Disjuntor a Vácuo ao Ar Livre de 35 kV

Fenômeno de Falha

Em 23 de junho de 2020, ocorreu uma falha em um quadro de alimentação de 35 kV que estava em espera quente em uma subestação de 220 kV. Isso acionou a proteção de sobrecorrente com restrição de tensão de primeira etapa e primeiro tempo limite da proteção de backup de baixa tensão do transformador principal número 2, bem como a proteção de sobrecorrente de segunda etapa da proteção de ligação de barras 350. Consequentemente, o disjuntor 352 no lado de baixa tensão correspondente ao transformador principal número 2 e o disjuntor de ligação de barras 350 dispararam, resultando na perda de tensão na barra 35 kV Seção I da subestação.

Antes do acidente, o sistema de 35 kV da subestação adotava um modo de conexão de barra seccionada. Um disjuntor de ligação de barras dedicado foi instalado entre as duas seções de barras. A barra 35 kV Seção I, onde estava localizado o quadro com falha, tinha um total de três linhas de saída e dois bancos de capacitores. O quadro com falha estava em espera quente, e sua função de proteção não estava ativada. Os demais quadros estavam em operação, e o disjuntor de ligação de barras estava na posição fechada.

Análise de Causa

Ao examinar os relatórios de mensagens e os gráficos osciloscópicos dos dispositivos de proteção do quadro de ligação de barras 350 e do quadro do transformador principal número 2 na subestação, descobriu-se que, no início da falha, ela se manifestou inicialmente como uma falha fase-a-fase entre as fases B e C, que posteriormente escalou para uma falha de curto-circuito trifásico. Especificamente, o diagrama de onda de falha (captura de tela) do lado de baixa tensão do transformador principal número 2 é ilustrado na Figura 1.

Na inspeção do disjuntor com falha, descobriu-se que, após a ocorrência da falha, a isolação da fase A do disjuntor a vácuo havia se quebrado, as isolantes post de porcelana das fases B e C estavam severamente queimadas e danificadas, e os condutores do disjuntor tinham fios partidos em diferentes graus. Não foram observados sinais de descarga elétrica nas barras de conexão de barras, nos isolantes de passagem de parede ou nos disjuntores de seccionamento do lado da barra. O estado de dano do equipamento primário foi inspecionado no local, conforme ilustrado na Figura 2.

A seguir, apresenta-se uma análise aprofundada das causas da falha do disjuntor.

Razões Relacionadas à Qualidade do Disjuntor

O disjuntor em questão é do tipo LW8-35A (T). Foi instalado e comissionado no local em dezembro de 2007 e posto em operação em março de 2008. Atualmente, há 11 disjuntores a vácuo do mesmo modelo na subestação, todos dispostos ao ar livre. Na inspeção no local do mecanismo deste modelo de disjuntor, foram encontradas marcas de descarga em diferentes graus nos isolantes post de porcelana. Ao verificar o gravador de falhas na subestação, notou-se que a tensão da barra de 35 kV frequentemente excedeu o limite e iniciou disparos antes da falha. Esta variação frequente além do limite confirma fortemente a presença de marcas de descarga nos isolantes post de porcelana deste tipo de disjuntor.

Foi realizado um teste de resistência à tensão nos isolantes post de porcelana dos outros 10 disjuntores do mesmo modelo na subestação. Nove deles passaram no teste, e apenas um não atendeu aos requisitos do regulamento de teste. Quando o quadro com falha foi testado novamente, ele passou no teste de resistência à tensão. Portanto, a possibilidade de a qualidade do disjuntor ser a causa da falha pode ser basicamente descartada.

Razões Relacionadas à Operação e Manutenção do Disjuntor

Esta subestação de 220 kV está localizada na junção de áreas urbanas e rurais, adjacente a uma pedreira, e há um problema relativamente sério de poluição por poeira na vizinhança. A inspeção no local revelou que havia uma quantidade significativa de acúmulo de poeira na superfície dos isolantes post de porcelana do disjuntor com falha. Em um ambiente poluído, o desempenho de isolamento dos isolantes post de porcelana diminui.

Devido à importância dos usuários conectados às linhas de saída do sistema de 35 kV nesta subestação, era difícil realizar interrupções de energia. Como resultado, o disjuntor não pôde ser inspecionado e mantido de forma oportuna. A tensão de flashover dos isolantes post de porcelana do disjuntor diminui à medida que o grau de poluição aumenta. O efeito cumulativo ao longo do tempo fez com que a tensão de flashover caísse abaixo da tensão de operação, levando a uma descarga elétrica. No dia da falha, havia tempo chuvoso contínuo na área local, e o aumento da umidade no ar exacerbou ainda mais esse processo. Portanto, pode-se determinar que este foi um acidente causado por flashover devido à contaminação.

Tratamento da Falha

O disjuntor com falha foi substituído. Após a comissão no local, os dados de teste do novo disjuntor atenderam aos requisitos especificados nos documentos técnicos de fábrica. Atualmente, o disjuntor está operando de forma estável.

Foram realizadas interrupções de energia para inspecionar os disjuntores do mesmo modelo na subestação. As contaminações foram limpas e removidas, e a pulverização de isolamento foi realizada novamente. Uma inspeção abrangente, manutenção e teste de características foram conduzidos em cada disjuntor, e outros problemas encontrados foram corrigidos de forma oportuna. Atualmente, os outros 10 disjuntores ao ar livre do mesmo modelo na subestação estão operando de forma estável.

No próximo passo, será realizada uma inspeção abrangente e renovação técnica em disjuntores ao ar livre nessas áreas. Eles serão substituídos centralmente por equipamentos de Conjunto Isolado a Gás (GIS) para prevenir fundamentalmente acidentes causados por flashover devido à contaminação em áreas com séria poluição por poeira.

Medidas Preventivas

• As unidades de projeto devem melhorar seu nível de projeto, otimizar a estrutura de design e melhorar o desempenho de isolamento dos disjuntores em áreas com grave poluição do ar (como construir abrigos ou usar equipamentos GIS).

• As unidades de fabricação de equipamentos devem controlar rigorosamente a gestão da qualidade do equipamento e implementar seriamente os requisitos tecnológicos de cada elo nos processos de fabricação, montagem e comissionamento do equipamento.

• As unidades de operação e manutenção devem fazer um bom trabalho na manutenção e inspeção diárias do equipamento. Devem dar grande importância aos sinais de proteção na subestação, especialmente sinais como a ativação frequente do gravador de falhas. Devem investigar e analisar cuidadosamente os problemas, identificar o status operacional real do equipamento por trás dos sinais e realizar prontamente a avaliação e análise do equipamento.

• As unidades de gerenciamento de equipamentos devem fazer um bom trabalho na aceitação de novos equipamentos que entram na rede, fortalecer a gestão diária do equipamento e melhorar a confiabilidade do fornecimento de energia.