Análisis y Manejo de Fallas por Ruptura de Aislamiento en Interruptores de Vacío al Aire Libre de 35kV
Descripción del Equipo
El interruptor de circuito de vacío al aire libre tipo ZW7 - 40.5 es un equipo eléctrico de alta tensión trifásico, de corriente alterna a 50 Hz, instalado al aire libre, que utiliza el vacío como medio de extinción del arco. Se utiliza principalmente para conmutar la corriente nominal y la corriente de falla en el sistema de transmisión y distribución de energía de 40.5 kV [1], y es especialmente adecuado para lugares donde se requieren operaciones frecuentes.
La estructura general de este producto es de tipo poste de cubierta de porcelana, como se muestra en la Figura 1. La cubierta de porcelana superior es la cubierta de porcelana del interrumpidor de vacío, en la cual se instala el interrumpidor de vacío, y la cubierta de porcelana inferior es la cubierta de soporte. Tanto la cubierta de porcelana del interrumpidor de vacío como la cubierta de soporte están rellenas de grasa aislante de vacío con excelentes propiedades aislantes. Las tres cubiertas de porcelana se instalan juntas en un solo armazón.
Los transformadores de corriente trifásicos se instalan dentro de este armazón y se conectan respectivamente al circuito principal del interruptor dentro de las tres cubiertas de soporte de porcelana. El armazón está equipado con placas de sellado en los cuatro lados y en la parte inferior para adaptarse al entorno exterior.
El extremo móvil del interrumpidor de vacío se conecta al eje de salida del mecanismo de operación a través de un brazo de manivela y una varilla aislante. Las operaciones de apertura y cierre del interruptor, así como el cableado de control y protección, se sacan mediante los componentes y terminales dentro de la caja del mecanismo. La operación de enlace trifásico se logra a través de la estructura de operación y la estructura de transmisión.
Figura 1 Diagrama estructural del interruptor de circuito de vacío
Análisis de las Causas del Fallo
El 18 de marzo de 2010, durante el mantenimiento rutinario basado en el estado del equipo en una subestación determinada, el personal de pruebas descubrió que se produjo un fallo de aislamiento en la fase A del interruptor de circuito de vacío 3515 (modelo: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) durante la prueba de voltaje de resistencia de CA.
El personal de pruebas realizó un análisis y pruebas relevantes sobre el fallo de aislamiento en la fase A del interruptor 3515. Los datos específicos se muestran en la Tabla 1 a continuación:
De acuerdo con las regulaciones de pruebas rutinarias de la Corporación Estatal de Red, la resistencia aislante de los interruptores de circuito de vacío a 35 kV y superiores no debe ser inferior a 3000 MΩ, y el voltaje de la prueba de resistencia de CA debe ser el 80% del valor probado en fábrica, es decir, 76 kV/min. Antes de que el personal de pruebas realizara la prueba de resistencia de CA en el interruptor de circuito de vacío 3515, la resistencia aislante del circuito principal en las tres fases cumplía con los requisitos de las regulaciones.
Posteriormente, el personal de pruebas realizó pruebas de resistencia de CA en los circuitos principales de las tres fases respectivamente. Se descubrió que cuando el voltaje del circuito principal de la fase A aumentó a 35 kV, la corriente aumentó instantáneamente y se produjo un fallo.
Después de que ocurrió este fenómeno, el personal de pruebas realizó las siguientes pruebas basadas en la estructura de este tipo de interruptor:
Manejo del Fallo
A finales de octubre de 2010, el fabricante desmontó e inspeccionó el interruptor de la fase A. Los pasos de la prueba y los resultados fueron los siguientes:
Medidas Preventivas
El aislamiento externo del interruptor de circuito de vacío tipo ZW7 - 40.5 utiliza grasa aislante de vacío, que es un medio aislante líquido. Durante la operación e instalación del equipo, el contenido de humedad del medio líquido aumentará. El agua está en un estado suspendido en la grasa aislante del equipo eléctrico. Bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, el agua se organizará gradualmente en un "puente" a lo largo de las líneas de fuerza eléctrica.
Este "puente" atraviesa los dos polos y es probable que reduzca significativamente el voltaje de ruptura. Esto también explica por qué la resistencia aislante fue bastante baja bajo un voltaje de 5 kV durante la telemetría de resistencia aislante, pero este peligro oculto no se expuso bajo el voltaje de operación.
A través del análisis mencionado anteriormente, para evitar el fallo de aislamiento causado por la humedad de la grasa aislante de vacío del interruptor de circuito de vacío, se proponen las siguientes medidas preventivas:
Instalar el equipo estrictamente de acuerdo con el proceso de montaje para evitar la mezcla de impurezas y prevenir que el medio entre en contacto con la atmósfera.
Intensificar los esfuerzos de inspección y realizar pruebas de descarga parcial utilizando un tester ultravioleta.
Realizar pruebas estrictamente de acuerdo con las regulaciones de pruebas eléctricas, incluyendo pruebas de estanqueidad, pruebas de grado de vacío, pruebas de aislamiento, etc.
