Аналіз та усунення причин відмов 35 кВ зовнішнього вакуумного вимикача

Феномен аварії

23 червня 2020 року відбулася аварія в отсічці 35 кВ, яка була на гарячому резервуванні в підстанції 220 кВ. Це спричинило запуск першої ступені з першим обмеженням за напругою надлишкового струму резервної захисти нижнього напруги другого головного трансформатора та другої ступені надлишкового струму захисту шинопроводу 350. В результаті відключились автоматичні вимикачі 352 на нижньому напрузі, що відповідає другому головному трансформатору, та автоматичний вимикач шинопроводу 350, що призвело до втрати напруги на першій секції шин 35 кВ підстанції.

Перед аварією система 35 кВ підстанції мала односекційне підрозділення шин. Між двома секціями шин був встановлений спеціальний автоматичний вимикач шинопроводу. На першій секції шин 35 кВ, де знаходилася аварійна отсічка, було всього три вихідних лінії та дві конденсаторні установки. Аварійна отсічка була на гарячому резервуванні, а її функція захисту не була активована. Інші отсічки працювали, а автоматичний вимикач шинопроводу був у замкненому положенні.

Аналіз причин

При аналізі повідомлень та осцилограм із пристроїв захисту шинопроводу 350 та отсічки другого головного трансформатора підстанції було виявлено, що на початку аварії вона спочатку проявилася як міжфазова аварія між фазами B та C, яка потім перетворилася на трьохфазну коротку замикання. Зокрема, графік аварійної хвилини (скріншот) нижнього напруги другого головного трансформатора показаний на рисунку 1.

При перевірці аварійного вимикача було виявлено, що після виникнення аварії керамічна вставка фази A вакуумного вимикача була розбитою, керамічні вставки фаз B та C були сильно обпалені та пошкоджені, а провідники вимикача були розривні в різноманітних ступенях. Немає ознак електричного розряду на шинах, стінкових вставках або відключаючих пристроях на стороні шин вимикача. Стан пошкодження первинного обладнання було перевірено на місці, як показано на рисунку 2.

Нижче наведено детальний аналіз причин відмови вимикача.

Причини, пов'язані з якістю вимикача

Розглянутий вимикач є типу LW8-35A (T). Він був встановлений та введений в експлуатацію на місці грудня 2007 року, а вже в березні 2008 року був запущений. Зараз на підстанції є 11 вакуумних вимикачів такого ж типу, всі вони розташовані на вулиці. При перевірці механізму цього типу вимикача на місці було виявлено ознаки розряду різних ступенів на керамічних вставках. Перевірка записника аварійних станів на підстанції показала, що напруга на шинах 35 кВ часто перевищувала допустимі межі та запускала відключення перед аварією. Ці часті перевищення сильно підтверджують наявність ознак розряду на керамічних вставках цього типу вимикачів.

Було проведено випробування на стійкість до напруги керамічних вставок інших 10 вимикачів такого ж типу на підстанції. Дев'ять з них пройшли випробування, а лише один не відповідав вимогам регламенту. Коли аварійна отсічка була протестована знову, вона пройшла випробування на стійкість до напруги. Тому можливість того, що причиною аварії була якість вимикача, можна практично виключити.

Причини, пов'язані з експлуатацією та обслуговуванням вимикача

Ця підстанція 220 кВ розташована на сходинці між міською та сільською територією, поруч з кар'єром, і в околицях є значна проблема забруднення пилом. Перевірка на місці виявила значну кількість пилу на поверхні керамічних вставок аварійного вимикача. У забрудненому середовищі ізоляційні властивості керамічних вставок зменшуються.

Завдяки важливості користувачів, підключених до вихідних ліній системи 35 кВ цієї підстанції, було важко проводити відключення. Через це вимикач не могло бути вчасно перевірено та обслуговано. Напруга пробою керамічних вставок вимикача зменшується зі збільшенням ступеня забруднення. Накопичення з часом призводить до того, що напруга пробою опускається нижче робочої напруги, що призводить до електричного розряду. У день аварії в місцевості було постійно дощово, що збільшило вологість повітря, що ще більше погіршило процес. Тому можна визначити, що це була аварія, спричинена пробоєм через забруднення.

Обробка аварії

Аварійний вимикач було замінено. Після введення в експлуатацію на місці, тестові дані нового вимикача відповідали вимогам, вказаним у технічній документації виробника. Зараз вимикач працює стабільно.

Було проведено відключення для перевірки вимикачів такого ж типу на підстанції. Було очищено та витерто забруднення, а також проведено повторне застосування ізоляційного покриття. Було проведене комплексне перевірку, обслуговування та випробування характеристик кожного вимикача, а всі знайдені проблеми були виправлені вчасно. Зараз інші 10 вимикачів такого ж типу на вулиці на підстанції працюють стабільно.

На наступному етапі буде проведено комплексну перевірку та технічне переоснащення вимикачів на вулиці в таких ділянках. Вони будуть централізовано замінені на обладнання GIS, щоб фундаментально запобігти аваріям, спричиненим пробоєм через забруднення в ділянках зі значним забрудненням пилом.

Профілактичні заходи

• Конструкторські підрозділи мають покращити свій рівень проектування, оптимізувати конструктивну структуру та підвищити ізоляційні властивості вимикачів у ділянках зі значним забрудненням повітря (наприклад, будувати навіси або використовувати обладнання GIS).

• Підрозділи виробництва обладнання мають строго контролювати якість обладнання та дотримуватися технологічних вимог кожного етапу виробництва, зборки та введення в експлуатацію.

• Підрозділи експлуатації та обслуговування мають добре виконувати щоденну обслуговування та перевірку обладнання. Вони мають приділити велику увагу сигналам захисту на підстанції, особливо таким, як часті активації записника аварійних станів. Вони мають ретельно досліджувати та аналізувати проблеми, визначати фактичний стан роботи обладнання за сигналами, та своєчасно проводити оцінку та аналіз обладнання.

• Підрозділи управління обладнанням мають добре виконувати приймання нового обладнання до мережі, посилати щоденне управління обладнанням та підвищувати надійність живлення.