Analyse og håndtering af isoleringsnedbrydning fejl i 35kV udendørs vakuumkredsløbsbrydere

Udstyrbeskrivelse

ZW7 - 40.5 typen af udendørs højspændings vakuumbryder er et udendørs installeret, trefased AC 50 Hz højspændings elektrisk udstyr, der bruger vakuum som buekvælende medium. Den bruges hovedsageligt til at skifte den nominale strøm og fejlstrøm i 40.5 kV højspændings eloverførsels- og distributionsystem [1], og er især velegnet til steder, hvor hyppige operationer er nødvendige.

Den samlede struktur af dette produkt er af porcelænsbushing pille type, som vist på figur 1. Øverst porcelænsbushing er porcelænsbushing for vakuumafbryderen, hvori vakuumafbryderen er installeret, og nederst porcelænsbushing er understøttende porcelænsbushing. Både porcelænsbushing for vakuumafbryderen og understøttende porcelænsbushing er fyldt med vakuum isolerende fedt med fremragende isolerende egenskaber. De trefasede porcelænsbushing er monteret på en enkelt ramme sammen.

De trefasede strømtransformatorer er installeret inden for denne ramme og er henholdsvis forbundet til hovedkredsen af bryderen inden for de trefasede understøttende porcelænsbushing. Rammen er udstyret med tætningsplader på alle fire sider og nederst for at tilpasse sig det udendørs miljø.

Den bevægelige ende af vakuumafbryderen er forbundet til udførslen af driftsmekanismen gennem en kravearm og en isolerende trækstang. Åbne og lukke operationer af bryderen, samt kontrollinjer og beskyttelseslinjer, føres ud af komponenterne og terminalerne indeni mekanismekassen. Trefasen koblet operation opnås gennem driftsstrukturen og transmissionsstrukturen.

Figur 1 Strukturdiagram af vakumbryder

Analyse af årsagerne til fejlen

Den 18. marts 2010 fandt testpersonale under rutinebetinget vedligeholdelse af udstyr i en bestemt understation, at der var sket en isoleringsnedbrydning i fase A af 3515 vakumbryder (model: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) under AC spændingstesten.

Testpersonale udførte relevante analyser og tester angående isoleringsnedbrydningen i fase A af 3515 bryderen. De specifikke data vises i tabel 1 som følger:

Ifølge Stat Grid Corporations rutinetestbestemmelser, bør isoleringsmodstanden af vakumbrydere ved 35 kV og over ikke være lavere end 3000 MΩ, og AC spændingstestens spænding bør være 80% af fabriksprøveværdien, dvs. 76 kV/min. Før testpersonale udførte spændingstesten på 3515 vakumbryder, opfyldte isoleringsmodstanden i hovedkredsen i alle tre faser reglernes krav.

Herefter udførte testpersonale AC spændingstester på hovedkredsen i de tre faser hver for sig. Det konstateredes, at når spændingen i fase A's hovedkreds steg til 35 kV, øgede strømmen øjeblikkeligt, og der skete en nedbrydning.

Efter dette fænomen opstod, udførte testpersonale følgende tester baseret på strukturen af denne type bryder:

• Vakumbryderen blev åbnet, og en isoleringsmodstandstest blev udført på den øverste porcelænsbushing af bryderen. Testdata opfyldte reglernes krav, hvilket bekræftede, at defekt del var i den nederste porcelænsbushing.

• En isoleringsmodstandstest blev udført på den nederste porcelænsbushing. Testdata opfyldte ikke reglernes krav, hvilket yderligere bekræftede, at defekt del var i den nederste porcelænsbushing.

• Den nederste porcelænsbushing bestod af den nederste porcelænsbushing krop, den isolerende binding og den understøttende porcelæns vase. Derfor afbrød testpersonale kravearmen mellem den isolerende binding og den understøttende porcelæns vase, og udførte isoleringsmodstandstester på den isolerende binding og den understøttende porcelæns vase hver for sig. Isoleringsmodstanden af både den understøttende porcelæns vase og den isolerende binding opfyldte reglernes krav, hvilket fastsatte, at defekt del var i den nederste porcelænsbushing krop.

• Den nederste porcelænsbushing krop inkluderede vakuum isolerende fedt og strømtransformatorer. Efterladelsen af isoleringsmodstanden kunne skyldes fugtighed i vakuum isolerende fedt og nedbrydning af strømtransformatorerne.

Fejlbehandling

I slutningen af oktober 2010 demonterede og undersøgte producenten fase A bryderen. Testtrinene og resultaterne var som følger:

• Den øverste porcelænsbushing og støtten af vakumbryderen blev fjernet, og en isoleringsmodstandstest blev direkte udført inde i den understøttende porcelæns vase. Testresultaterne verificerede, at den ovenstående analyse var præcis.

• Vakuum isolerende fedt og strømtransformatorerne af vakumbryderen blev adskilt, og isoleringsmodstandstester blev udført på dem hver for sig. Isoleringsmodstanden af vakuum isolerende fedt var ca. 50 MΩ, mens isoleringsmodstanden af strømtransformatorerne opfyldte reglernes krav. Det blev fastsat, at isoleringsnedbrydningen blev forårsaget af vakuum isolerende fedt.

• Efter at have erstattet vakuum isolerende fedt, blev isoleringsmodstandstest og AC spændingstest udført på fase A af vakumbryderen. Testdata opfyldte alle reglernes krav.

Forebyggende foranstaltninger

Den eksterne isolation af ZW7 - 40.5 typen vakumbryder anvender vakuum isolerende fedt, som er et væskemedium. Under drift og installation af udstyret vil vandindholdet i væskemediet stige. Vandet er i en suspendert tilstand i isolerende fedten i elektrisk udstyr. Under virkningen af elektriske feltkræfter vil vandet gradvist organisere sig til en "bro" langs med elektriske linjer.

Denne "bro" løber gennem de to poler og er sandsynligvis til at reducere nedbrydningspotentialet betydeligt. Dette forklarer også, hvorfor isoleringsmodstanden var ret lav under en 5 kV spænding under telemetri af isoleringsmodstand, men denne skjulte fare blev ikke udsat under driftsspænding.

Gennem den ovenstående analyse, for at undgå fejlen af isoleringsnedbrydning forårsaget af fugtighed i vakuum isolerende fedt af vakumbryder, foreslås følgende forebyggende foranstaltninger:

• Installer udstyret i strikt overensstemmelse med monteringsprocessen for at undgå blandinger af forureninger og forhindre, at mediummet kommer i kontakt med atmosfæren. 

• Forstærk inspektionsindsatsen og udfør lokale udladningstests ved hjælp af en ultraviolettest.

• Udfør tests i strikt overensstemmelse med elektriske testregler, herunder tæthedsprøver, vakuumgradsprøver, isoleringsprøver osv.