Analiza i obsługa awarii izolacji w zewnętrznych przerywaczach próżniowych 35kV

Opis sprzętu

Wysokoenergetyczny próżniowy wyłącznik obwodów ZW7 - 40.5 to zewnętrznie montowany, trójfazowy, prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz, urządzenie elektryczne wysokiego napięcia, które używa próżni jako środka gaszącego łuki elektryczne. Głównie służy do przeprowadzania prądu nominalnego i prądu uszkodzeniowego w systemie przesyłania i rozdziału energii o napięciu 40,5 kV [1], szczególnie nadaje się dla miejsc, gdzie wymagane są częste operacje.

Całkowita struktura tego produktu jest typu izolator porcelanowy na słupie, jak pokazano na Rysunku 1. Górny izolator porcelanowy to izolator porcelanowy wyłącznika próżniowego, w którym jest zamontowany wyłącznik próżniowy, a dolny izolator porcelanowy to izolator podtrzymujący. Oba izolatory, zarówno izolator porcelanowy wyłącznika próżniowego, jak i izolator podtrzymujący, są wypełnione smarem izolacyjnym próżniowym o doskonałych właściwościach izolacyjnych. Trzyfazowe izolatory porcelanowe są montowane na jednej ramie.

Trójfazowe transformatory prądowe są zamontowane w tej ramie i są odpowiednio połączone z głównym obwodem wyłącznika wewnątrz trójfazowych izolatorów podtrzymujących. Ramę wyposażono w płyty szczelne ze wszystkich czterech stron oraz od spodu, aby dostosować ją do warunków zewnętrznych.

Ruchomy koniec wyłącznika próżniowego jest połączony z wałem napędowym mechanizmu poprzez ramię dźwigniowe i izolowaną drążkę. Operacje otwierania i zamykania wyłącznika, a także prowadniki kontrolne i ochronne, są wyprowadzane przez komponenty i zaciski znajdujące się w skrzyni mechanizmu. Operacja trójfazowa jest realizowana poprzez strukturę napędową i strukturę transmisyjną.

Rysunek 1 Schemat struktury wyłącznika próżniowego

Analiza przyczyn awarii

18 marca 2010 roku, podczas rutynowej konserwacji stanu sprzętu w pewnej stacji transformatorowej, personel testujący stwierdził, że w fazie A wyłącznika próżniowego 3515 (model: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) wystąpiło przebicie izolacji podczas testu wytrzymałości napięciem przemiennym.

Personel testujący przeprowadził odpowiednią analizę i testy dotyczące przebicia izolacji w fazie A wyłącznika 3515. Konkretna dane przedstawione są w Tabeli 1 poniżej:

Zgodnie z regulaminem rutynowych testów Państwowego Korporacyjnego Sieci Elektroenergetycznej, opór izolacyjny wyłączników próżniowych o napięciu 35 kV i wyższym nie powinien być niższy niż 3000 MΩ, a napięcie testu wytrzymałości napięciem przemiennym powinno wynosić 80% wartości fabrycznej, czyli 76 kV/min. Przed przeprowadzeniem testu wytrzymałości napięciem przemiennym wyłącznika próżniowego 3515, opór izolacyjny głównego obwodu we wszystkich trzech fazach spełniał wymagania regulaminu.

Następnie personel testujący przeprowadził testy wytrzymałości napięciem przemiennym głównych obwodów w trzech fazach osobno. Stwierdzono, że gdy napięcie głównego obwodu fazy A wzrosło do 35 kV, natychmiastowo zwiększył się prąd i nastąpiło przebicie.

Po wystąpieniu tego zjawiska, personel testujący przeprowadził następujące testy, bazując na strukturze tego typu wyłącznika:

• Wyłącznik próżniowy został otwarty, a następnie przeprowadzono test oporu izolacyjnego górnego izolatora porcelanowego wyłącznika. Dane testowe spełniały wymagania regulaminu, potwierdzając, że wada była w dolnym izolatorze porcelanowym.

• Przeprowadzono test oporu izolacyjnego dolnego izolatora porcelanowego. Dane testowe nie spełniały wymagań regulaminu, co dodatkowo potwierdzało, że wada była w dolnym izolatorze porcelanowym.

• Dolny izolator porcelanowy składał się z ciała dolnego izolatora porcelanowego, izolującej tyczki łączącej i podtrzymującego wazonu porcelanowego. Dlatego personel testujący odłączył ramię dźwigniowe między izolującą tyczką łączącą a podtrzymującym wazonem porcelanowym, a następnie przeprowadził testy oporu izolacyjnego na izolującej tyczce łączącej i podtrzymującym wazonie porcelanowym. Opory izolacyjne zarówno podtrzymującego wazonu porcelanowego, jak i izolującej tyczki łączącej, spełniały wymagania regulaminu, co pozwoliło określić, że wada była w ciele dolnego izolatora porcelanowego.

• Ciało dolnego izolatora porcelanowego obejmowało smar izolacyjny próżniowy i transformator prądowy. Spadek oporu izolacyjnego mógł być spowodowany wilgotnością smaru izolacyjnego próżniowego i przebiciem transformatora prądowego.

Obsługa awarii

Na koniec października 2010 roku producent rozmontował i sprawdził wyłącznik fazy A. Kroki testowe i wyniki były następujące:

• Zdjęto górny izolator porcelanowy i podpora wyłącznika próżniowego, a następnie bezpośrednio przeprowadzono test oporu izolacyjnego wewnątrz podtrzymującego wazonu porcelanowego. Wyniki testów potwierdziły, że powyższa analiza była dokładna.

• Oddzielono smar izolacyjny próżniowy i transformatory prądowe wyłącznika próżniowego, a następnie przeprowadzono na nich osobno testy oporu izolacyjnego. Opór izolacyjny smaru izolacyjnego próżniowego wynosił około 50 MΩ, podczas gdy opór izolacyjny transformatorów prądowych spełniał wymagania regulaminu. Uznano, że przebicie izolacji było spowodowane smarem izolacyjnym próżniowym.

• Po wymianie smaru izolacyjnego próżniowego, przeprowadzono testy oporu izolacyjnego i wytrzymałości napięciem przemiennym na fazie A wyłącznika próżniowego. Wszystkie dane testowe spełniały wymagania regulaminu.

Zapobiegawcze środki

Zewnętrzna izolacja wyłącznika próżniowego typu ZW7 - 40.5 korzysta ze smaru izolacyjnego próżniowego, który jest płynnym środkiem izolacyjnym. Podczas eksploatacji i montażu sprzętu, zawartość wilgoci w płynnym środku zwiększa się. Wilgoć jest w stanie zawieszenia w smarze izolacyjnym urządzenia elektrycznego. Pod wpływem sił pola elektrycznego, woda stopniowo ustawia się w "most" wzdłuż linii sił pola elektrycznego.

Ten "most" biegnie pomiędzy dwoma biegunami i może znacznie obniżyć napięcie przebicia. To również wyjaśnia, dlaczego opór izolacyjny był bardzo niski pod napięciem 5 kV podczas telepomiaru oporu izolacyjnego, ale ta ukryta wada nie była widoczna pod napięciem roboczym.

Na podstawie powyższej analizy, aby uniknąć awarii spowodowanej wilgotnością smaru izolacyjnego próżniowego wyłącznika próżniowego, proponuje się następujące zapobiegawcze środki:

• Montowanie sprzętu w ścisłym zgodzie z procesem montażu, aby uniknąć mieszania się zanieczyszczeń i zapobiec kontaktowi środka z atmosferą.

• Wzmocnienie działań inspekcyjnych i przeprowadzenie testów częściowych rozładowań przy użyciu testeru ultrafioletowego.

• Przeprowadzanie testów w ścisłym zgodzie z regulaminem testów elektrycznych, w tym testów szczelności, stopnia próżni, izolacji itp.