Analyse und Behandlung von Isolierdefekten in 35kV-Außenluft-Vakuumschaltgeräten

Gerätebeschreibung

Der ZW7 - 40.5 Typ Freiluft-Hochspannungsvakuumschalter ist ein draußen installiertes, dreiphasiges, AC 50 Hz Hochspannungselektrikgerät, das Vakuum als Bögenlöschmedium verwendet. Er wird hauptsächlich für das Schalten des Nennstroms und des Fehlerstroms im 40.5 kV Hochspannungsnetzwerk [1] eingesetzt und ist besonders geeignet für Orte, an denen häufige Operationen erforderlich sind.

Die Gesamtstruktur dieses Produkts ist vom Porzellansockel-Pfeilertyp, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der obere Porzellansockel ist der Porzellansockel des Vakuumschalters, in dem der Vakuumschalter installiert ist, und der untere Porzellansockel ist der Träger-Porzellansockel. Sowohl der Porzellansockel des Vakuumschalters als auch der Träger-Porzellansockel sind mit Vakuumbefestigungsfett ausgefüllt, das exzellente Isolationseigenschaften aufweist. Die drei Phasen-Porzellansockel sind auf einem einzigen Rahmen montiert.

Die dreiphasigen Stromwandler sind innerhalb dieses Rahmens installiert und sind jeweils mit dem Hauptkreis des Schalters innerhalb der dreiphasigen Träger-Porzellansockel verbunden. Der Rahmen ist mit Abdichtplatten auf allen vier Seiten und am Boden ausgestattet, um sich an die Außenumgebung anzupassen.

Das bewegliche Ende des Vakuumschalters ist über einen Kurbelarm und einen isolierenden Zugstab mit dem Ausgangswelle der Betätigungseinrichtung verbunden. Die Öffnen- und Schließen-Operationen des Schalters sowie die Steuer- und Schutzverkabelung werden durch die Komponenten und Anschlüsse innerhalb der Einrichtungskiste geführt. Die dreiphasige Verkoppelung wird durch die Betätigungseinrichtung und die Übertragungseinrichtung erreicht.

Abbildung 1 Strukturdiagramm des Vakuumschalters

Analyse der Fehlersachen

Am 18. März 2010 fand während der Routine-Zustandsinstandhaltung der Ausrüstung in einer bestimmten Umspannanlage das Testpersonal heraus, dass bei Phase A des 3515 Vakuumschalters (Modell: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) während des Wechselspannung-Festigkeitstests eine Isolierungsdurchschlag auftrat.

Das Testpersonal führte relevante Analysen und Tests bezüglich des Isolierungsdurchschlags in Phase A des 3515 Schalters durch. Die spezifischen Daten sind in Tabelle 1 wie folgt dargestellt:

Laut den Routinetestvorschriften des Staatsnetzwerks sollte die Isolationswiderstandsfähigkeit von Vakuumschaltern bei 35 kV und darüber nicht niedriger als 3000 MΩ sein, und der Wechselspannung-Festigkeitstestspannung sollte 80 % des Werksprüfwerts betragen, also 76 kV/min. Bevor das Testpersonal den Festigkeitstest am 3515 Vakuumschalter durchführte, erfüllte der Isolationswiderstand des Hauptkreises aller drei Phasen die Vorschriftenanforderungen.

Anschließend führte das Testpersonal Wechselspannung-Festigkeitstests an den Hauptkreisen der drei Phasen durch. Es stellte sich heraus, dass, wenn die Spannung des Hauptkreises von Phase A auf 35 kV anstieg, der Strom plötzlich zunahm und ein Durchschlag auftrat.

Nachdem dieses Phänomen aufgetreten war, führte das Testpersonal die folgenden Tests basierend auf der Struktur dieses Schalttyps durch:

• Der Vakuumschalter wurde geöffnet und ein Isolationswiderstands-Test am oberen Porzellansockel des Schalters durchgeführt. Die Testdaten erfüllten die Anforderungen der Vorschriften, was bestätigte, dass der defekte Teil im unteren Porzellansockel lag.

• Ein Isolationswiderstands-Test wurde am unteren Porzellansockel durchgeführt. Die Testdaten erfüllten nicht die Anforderungen der Vorschriften, was weiter bestätigte, dass der defekte Teil im unteren Porzellansockel lag.

• Der untere Porzellansockel bestand aus dem unteren Porzellansockelkörper, dem isolierenden Stab und dem Träger-Porzellanbecher. Daher trennte das Testpersonal den Kurbelarm zwischen dem isolierenden Stab und dem Träger-Porzellanbecher und führte Isolationswiderstands-Tests an dem isolierenden Stab und dem Träger-Porzellanbecher durch. Die Isolationswiderstände sowohl des Träger-Porzellanbechers als auch des isolierenden Stabs erfüllten die Anforderungen der Vorschriften, was bestätigte, dass der defekte Teil im unteren Porzellansockelkörper lag.

• Der untere Porzellansockelkörper enthielt Vakuumbefestigungsfett und Stromwandler. Die Abnahme des Isolationswiderstands könnte durch die Feuchtigkeit des Vakuumbefestigungsfettes und den Durchschlag der Stromwandler verursacht worden sein.

Fehlerbehebung

Ende Oktober 2010 zerlegte und untersuchte der Hersteller den Phasen-A-Schalter. Die Testschritte und -ergebnisse waren wie folgt:

• Der obere Porzellansockel und der Träger des Vakuumschalters wurden entfernt, und ein Isolationswiderstands-Test wurde direkt innerhalb des Träger-Porzellanbechers durchgeführt. Die Testergebnisse bestätigten, dass die oben genannte Analyse korrekt war.

• Das Vakuumbefestigungsfett und die Stromwandler des Vakuumschalters wurden getrennt, und Isolationswiderstands-Tests wurden an ihnen durchgeführt. Der Isolationswiderstand des Vakuumbefestigungsfettes betrug etwa 50 MΩ, während der Isolationswiderstand der Stromwandler den Anforderungen der Vorschriften entsprach. Es wurde festgestellt, dass der Isolationsdurchschlag durch das Vakuumbefestigungsfett verursacht wurde.

• Nach dem Austauschen des Vakuumbefestigungsfettes wurden Isolationswiderstands- und Wechselspannung-Festigkeitstests an Phase A des Vakuumschalters durchgeführt. Die Testdaten erfüllten alle die Anforderungen der Vorschriften.

 Präventive Maßnahmen

Die externe Isolation des ZW7 - 40.5 Typ Vakuumschalters verwendet Vakuumbefestigungsfett, was ein flüssiges Isolationsmedium ist. Während der Betriebs- und Installationsphase des Geräts nimmt der Feuchtigkeitsgehalt des flüssigen Mediums zu. Die Feuchtigkeit befindet sich in einem suspendierten Zustand im Befestigungsfett des elektrischen Geräts. Unter der Wirkung der elektrischen Feldkräfte ordnet sich das Wasser allmählich entlang der elektrischen Kraftlinien zu einer "Brücke" an.

Diese "Brücke" verläuft zwischen den beiden Polen und kann die Durchschlagspannung erheblich reduzieren. Dies erklärt auch, warum der Isolationswiderstand unter einer 5 kV Spannung während der Fernmessung des Isolationswiderstands ziemlich niedrig war, aber diese verborgene Gefahr unter der Betriebsspannung nicht sichtbar wurde.

Durch die oben genannte Analyse werden zur Vermeidung des Isolationsdurchschlagsfehlers, der durch die Feuchtigkeit des Vakuumbefestigungsfettes des Vakuumschalters verursacht wird, die folgenden präventiven Maßnahmen vorgeschlagen:

• Installieren Sie die Ausrüstung streng gemäß dem Montageprozess, um die Vermischung von Verunreinigungen zu vermeiden und das Medium vor Kontakt mit der Atmosphäre zu schützen. 

• Stärken Sie die Inspektionsbemühungen und führen Sie partielle Entladungstests mit einem UV-Tester durch.

• Führen Sie Tests streng gemäß den elektrischen Testvorschriften durch, einschließlich Dichtigkeitstests, Vakuumgradtests, Isolations-Tests usw.