Analisi e gestione dei guasti per rottura dell'isolamento nei disgiuntori a vuoto all'aperto da 35kV
Descrizione dell'Equipaggiamento
L'interruttore ad alta tensione a vuoto del tipo ZW7 - 40.5 è un equipaggiamento elettrico ad alta tensione installato all'esterno, trifase, in corrente alternata a 50 Hz, che utilizza il vuoto come mezzo estintore di arco. È principalmente utilizzato per la commutazione della corrente nominale e della corrente di guasto nel sistema di trasmissione e distribuzione di energia elettrica a 40.5 kV [1], ed è particolarmente adatto per i luoghi in cui sono richieste operazioni frequenti.
La struttura complessiva di questo prodotto è del tipo a colonna con isolatori ceramici, come mostrato nella Figura 1. L'isolatore ceramico superiore è l'isolatore ceramico dell'interruttore a vuoto, in cui è installato l'interruttore a vuoto, mentre l'isolatore ceramico inferiore è l'isolatore ceramico di supporto. Entrambi gli isolatori ceramici, quello dell'interruttore a vuoto e quello di supporto, sono riempiti con grasso isolante a vuoto con eccellenti proprietà isolanti. I tre isolatori ceramici trifase sono installati su un unico telaio.
I tre trasformatori di corrente trifase sono installati all'interno di questo telaio e sono rispettivamente collegati al circuito principale dell'interruttore all'interno dei tre isolatori ceramici di supporto. Il telaio è dotato di pannelli di sigillatura su tutti e quattro i lati e sul fondo per adattarsi all'ambiente esterno.
L'estremità mobile dell'interruttore a vuoto è collegata all'albero di uscita del meccanismo di manovra attraverso un braccio oscillante e un tiro isolante. Le operazioni di apertura e chiusura dell'interruttore, nonché le connessioni di controllo e protezione, vengono portate fuori dai componenti e dai terminali all'interno della scatola del meccanismo. L'operazione di collegamento trifase viene realizzata attraverso la struttura di manovra e la struttura di trasmissione.
Figura 1 Diagramma strutturale dell'interruttore a vuoto
Analisi delle Causali dei Guasti
Il 18 marzo 2010, durante la manutenzione basata sullo stato di routine dell'equipaggiamento in una certa sottostazione, il personale di test ha rilevato che si era verificato un guasto d'isolamento nella fase A dell'interruttore a vuoto 3515 (modello: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) durante il test di resistenza ai voltaggi di prova in corrente alternata.
Il personale di test ha effettuato analisi e prove pertinenti riguardo al guasto d'isolamento nella fase A dell'interruttore 3515. I dati specifici sono mostrati nella Tabella 1 qui di seguito:
Secondo le norme di test di routine della State Grid Corporation, la resistenza d'isolamento degli interruttori a vuoto a 35 kV e superiori non dovrebbe essere inferiore a 3000 MΩ, e la tensione del test di resistenza ai voltaggi di prova in corrente alternata dovrebbe essere l'80% del valore testato in fabbrica, ovvero 76 kV/min. Prima che il personale di test effettuasse il test di resistenza ai voltaggi di prova sull'interruttore a vuoto 3515, la resistenza d'isolamento del circuito principale in tutte e tre le fasi soddisfaceva i requisiti delle norme.
Successivamente, il personale di test ha effettuato test di resistenza ai voltaggi di prova in corrente alternata sui circuiti principali delle tre fasi separatamente. Si è scoperto che quando la tensione del circuito principale della fase A è salita a 35 kV, la corrente è aumentata istantaneamente e si è verificato un guasto.
Dopo che si è verificato questo fenomeno, il personale di test ha effettuato i seguenti test sulla base della struttura di questo tipo di interruttore:
Gestione del Guasto
Alla fine di ottobre 2010, il produttore ha smontato e ispezionato l'interruttore della fase A. I passaggi del test e i risultati erano i seguenti:
Misure Preventive
L'isolamento esterno dell'interruttore a vuoto del tipo ZW7 - 40.5 utilizza un grasso isolante a vuoto, che è un mezzo isolante liquido. Durante l'operazione e l'installazione dell'equipaggiamento, il contenuto di umidità del mezzo liquido aumenterà. L'umidità si trova in uno stato sospeso nel grasso isolante dell'equipaggiamento elettrico. Sotto l'azione della forza del campo elettrico, l'acqua si disporrà gradualmente in una "ponte" lungo le linee di forza elettrica.
Questo "ponte" attraversa i due poli e può ridurre significativamente la tensione di rottura. Questo spiega anche perché la resistenza d'isolamento era molto bassa sotto una tensione di 5 kV durante la telemetria della resistenza d'isolamento, ma questo pericolo nascosto non era esposto sotto la tensione di funzionamento.
Attraverso l'analisi sopra menzionata, per evitare il guasto d'isolamento causato dall'umidità del grasso isolante a vuoto dell'interruttore a vuoto, si propongono le seguenti misure preventive:
Installare l'equipaggiamento in stretto rispetto al processo di assemblaggio per evitare la mescolanza di impurità e prevenire il contatto del mezzo con l'atmosfera.
Rafforzare gli sforzi di ispezione e condurre test di scariche parziali utilizzando un tester ultravioletto.
Condurre test in stretto rispetto alle norme di test elettrici, inclusi test di tenuta, test di grado di vuoto, test di isolamento, ecc.
