Analys och behandling av felorsaker för 35 kV utomhus vakuumkretsavbrytare

Felfenomen

Den 23 juni 2020 inträffade ett fel i en 35 kV utförandeavdelning som var under hetspanning vid en 220 kV understation. Det utlöste första stadiets första tidsgränsens spänningsbegränsade överströmskydd för lågspänningsreserveskyddet av transformator nummer 2 och det andra stadiets överströmskydd för 350 busstödsskyddet. Därmed öppnades brytaren 352 på lågspänningssidan motsvarande transformator nummer 2 och 350 busstödsbrytaren, vilket ledde till att spänningen förlorades på 35 kV sektion I-busen i understationen.

Innan olyckan använde 35 kV-systemet i understationen en enda busse med avdelningar. En dedikerad busstödsbrytare installerades mellan de två bussektionerna. 35 kV sektion I-busen där den defekta avdelningen fanns hade totalt tre utgående linjer och två kondensatorbanker. Den defekta avdelningen var under hetspanning, och dess skyddsfunktion var inte aktiverad. De återstående avdelningarna var i drift, och busstödsbrytaren var i stängt läge.

Orsaksanalys

Genom att undersöka meddelandemeldingar och oskilloskopbilder från skyddsenheterna i 350 busstödsavdelningen och transformator nummer 2-avdelningen i understationen upptäcktes det att felet ursprungligen visade sig som ett fas-till-fasfel mellan faser B och C, vilket sedan eskalerade till ett trefasigt kortslutningsfel. Specifikt illustreras felets oskillogram (skärmdump) på lågspänningssidan av transformator nummer 2 i figur 1.

När den defekta brytaren undersöktes upptäcktes det att efter felets inträffande hade fas A:s bushing i vakuumcirkuitbrytaren spruckit, fas B och C:s postporcelainsisolatorer var allvarligt brända och skadade, och brytarens ledningsledningar var brutna i olika grader. Det observerades inga tecken på elektrisk utsläppning på busbaranslutningsbusser, väggbushing-isolatorer eller kopplingar på busssidorna av brytaren. Skadestatusen för primärekipagementen inspekterades på plats, som illustreras i figur 2.

Följande är en djupgående analys av orsakerna till cirkuitbrytarens misslyckande.

Orsaker relaterade till cirkuitbrytarens kvalitet

Den ifrågavarande cirkuitbrytaren är av typ LW8-35A (T). Den installerades och kom i drift på plats december 2007 och sattes i drift mars 2008. För närvarande finns det 11 vakuumcirkuitbrytare av samma modell i understationen, alla placerade utomhus. Vid en platsundersökning av mekanismen för denna typ av cirkuitbrytare hittades utsläppsmärken i olika grader på postporcelainsisolatorerna. Genom att kontrollera felregistreraren i understationen noterades det att 35 kV bussspänningen ofta överskred gränsen och initierade uttag innan felet inträffade. Denna frekventa övergränsvariation bekräftar starkt existensen av utsläppsmärken på postporcelainsisolatorerna för denna typ av cirkuitbrytare.

Ett spänningsuthållighetstest genomfördes på postporcelainsisolatorerna för de återstående 10 cirkuitbrytarna av samma modell i understationen. Nio av dem passerade testet, och bara en uppfyllde inte testreglernas krav. När den defekta avdelningen testades igen passerade den spänningsuthållighetstestet. Därför kan möjligheten att cirkuitbrytarens kvalitet var orsaken till felet i princip uteslutas.

Orsaker relaterade till drift och underhåll av cirkuitbrytare

Denna 220 kV-understation ligger vid gränsen mellan stad och landsbygd, intill en stenbrott, och det finns ett relativt allvarligt problem med dammföroreningar i området. På plats undersöktes det att det fanns en betydande mängd dammackumulering på ytan av postporcelainsisolatorerna för den defekta cirkuitbrytaren. I en förorenad miljö minskar isolationsprestandan hos postporcelainsisolatorerna.

På grund av vikten av de anslutna användarna till 35 kV-systemets utgående linjer i denna understation var det svårt att genomföra strömavbrott. Därför kunde inte cirkuitbrytaren inspekteras och underhållas på rätt sätt. Fläktspänningen för postporcelainsisolatorerna i cirkuitbrytaren minskar när föroreningsgraden ökar. Den ackumulerade effekten över tid ledde till att fläktspänningen sjönk under driftsspänningen, vilket resulterade i elektriska utsläpp. På dagen för felet fanns det kontinuerligt regn i området, och den ökade luftfuktigheten förstärkte ytterligare denna process. Därför kan det konstateras att detta var ett olycksfall orsakat av fläkt på grund av förorening.

Felhantering

Den defekta cirkuitbrytaren ersattes. Efter platskommissionering uppfylldes provdata för den nya cirkuitbrytaren kraven i fabrikstekniska dokument. För närvarande fungerar cirkuitbrytaren stabilt.

Strömavbrott genomfördes för att inspektera cirkuitbrytare av samma modell i understationen. Föroreningarna rensades och torkades bort, och isoleringssprutning genomfördes igen. En omfattande inspektion, underhåll och karakteristisk provning genomfördes för varje cirkuitbrytare, och andra problem som upptäcktes åtgärdades omedelbart. För närvarande fungerar de andra 10 utomhuscirkuitbrytarna av samma modell i understationen stabilt.

I nästa steg kommer en omfattande inspektion och teknisk omrustning att genomföras för utomhuscirkuitbrytare i sådana områden. De kommer att centraliserat bytas ut mot Gas Insulated Switchgear (GIS)-utrustning för att i grund och botten förhindra olyckor orsakade av fläkt på grund av förorening i områden med allvarlig dammförorening.

Förebyggande åtgärder

• Designenheter bör förbättra sitt designnivå, optimera designstrukturen och förbättra isoleringsprestandan för cirkuitbrytare i områden med allvarlig luftförorening (till exempel genom att bygga skydd eller använda GIS-utrustning).

• Utrustningsframstillande enheter bör strikt kontrollera kvalitetshanteringen av utrustningen och ivrigt implementera tekniska krav för varje länk i utrustningsframställning, montering och kommissionering.

• Drift- och underhållsenheter bör göra ett bra jobb med daglig underhåll och inspektion av utrustningen. De bör fästa stor vikt vid skyddssignaler i understationen, särskilt signaler som frekventa aktiveringar av felregistreraren. De bör noggrant undersöka och analysera problem, identifiera den faktiska driftstatusen för utrustningen bakom signalerna, och omedelbart genomföra utvärdering och analys av utrustningen.

• Utrustningshanteringsenheter bör göra ett bra jobb med godkännandet av ny utrustning som går in i nätet, stärka dagliga hanteringsmetoder för utrustning och förbättra tillförlitligheten av eldistribution.