Анализ и устранение неисправностей из-за пробоя изоляции в 35 кВ наружных вакуумных выключателях

Описание оборудования

Высоковольтный вакуумный выключатель типа ZW7-40.5 предназначен для наружной установки, трехфазный, переменного тока 50 Гц, использует вакуум в качестве среды для гашения дуги. Он主要用于切换40.5 kV高压输配电系统中的额定电流和故障电流，特别适用于需要频繁操作的场所。 整体结构为瓷套管支柱型，如图1所示。上部瓷套管是真空灭弧室的瓷套管，其中安装了真空灭弧室，下部瓷套管是支撑瓷套管。真空灭弧室的瓷套管和支撑瓷套管都填充了具有优良绝缘性能的真空绝缘脂。三相瓷套管安装在一个框架上。 三相电流互感器安装在此框架内，并分别连接到三相支撑瓷套管内的断路器主电路。框架四周及底部装有密封板，以适应户外环境。 真空灭弧室的动端通过曲臂和绝缘拉杆与操动机构的输出轴相连。断路器的分合操作以及控制和保护接线通过机构箱内的部件和端子引出。三相联动操作通过操动结构和传动结构实现。 Рисунок 1 Схема вакуумного выключателя

Анализ причин неисправности

18 марта 2010 года во время планового обслуживания оборудования на одной из подстанций персонал обнаружил пробой изоляции фазы A вакуумного выключателя 3515 (модель: ZW7-40.5/T1250-25) при испытании на переменное напряжение.

Персонал провел соответствующий анализ и испытания по поводу пробоя изоляции фазы A выключателя 3515. Конкретные данные приведены в таблице 1 ниже:

Согласно нормативным требованиям компании "Государственная сетевая корпорация", сопротивление изоляции вакуумных выключателей на 35 кВ и выше должно быть не менее 3000 МОм, а напряжение испытания на переменное напряжение должно составлять 80% от заводского значения, то есть 76 кВ/мин. Перед проведением испытания на переменное напряжение на вакуумном выключателе 3515, сопротивление изоляции основной цепи всех трех фаз соответствовало требованиям нормативов.

Затем персонал провел испытания на переменное напряжение на основных цепях трех фаз. Было установлено, что при увеличении напряжения основной цепи фазы A до 35 кВ, ток мгновенно увеличился, и произошел пробой.

После этого явления персонал провел следующие испытания на основе конструкции данного типа выключателя:

• Вакуумный выключатель был открыт, и проведен тест на сопротивление изоляции верхней фарфоровой изоляторной втулки выключателя. Данные теста соответствовали требованиям нормативов, что подтвердило, что дефект находится в нижней фарфоровой изоляторной втулке.

• Был проведен тест на сопротивление изоляции нижней фарфоровой изоляторной втулки. Данные теста не соответствовали требованиям нормативов, что дополнительно подтвердило, что дефект находится в нижней фарфоровой изоляторной втулке.

• Нижняя фарфоровая изоляторная втулка состояла из корпуса нижней фарфоровой изоляторной втулки, изолирующей штанги и опорного фарфорового вазона. Поэтому персонал отсоединил рычаг между изолирующей штангой и опорным фарфоровым вазоном, и провел тесты на сопротивление изоляции изолирующей штанги и опорного фарфорового вазона соответственно. Сопротивление изоляции как опорного фарфорового вазона, так и изолирующей штанги соответствовали требованиям нормативов, что определило, что дефект находится в корпусе нижней фарфоровой изоляторной втулки.

• Корпус нижней фарфоровой изоляторной втулки включал в себя вакуумную изолирующую смазку и трансформаторы тока. Уменьшение сопротивления изоляции могло быть вызвано увлажнением вакуумной изолирующей смазки и пробоем трансформаторов тока.

Устранение неисправности

В конце октября 2010 года производитель разобрал и осмотрел выключатель фазы A. Шаги и результаты тестирования были следующими:

• Были сняты верхняя фарфоровая изоляторная втулка и опора вакуумного выключателя, и непосредственно внутри опорного фарфорового вазона был проведен тест на сопротивление изоляции. Результаты тестирования подтвердили, что вышеупомянутый анализ был точным.

• Вакуумная изолирующая смазка и трансформаторы тока вакуумного выключателя были разделены, и на них были проведены тесты на сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции вакуумной изолирующей смазки было около 50 МОм, тогда как сопротивление изоляции трансформаторов тока соответствовало требованиям нормативов. Было установлено, что пробой изоляции был вызван вакуумной изолирующей смазкой.

• После замены вакуумной изолирующей смазки, были проведены тесты на сопротивление изоляции и переменное напряжение на фазе A вакуумного выключателя. Все данные тестов соответствовали требованиям нормативов.

Профилактические меры

Внешняя изоляция вакуумного выключателя типа ZW7-40.5 использует вакуумную изолирующую смазку, которая является жидкой изоляционной средой. Во время эксплуатации и установки оборудования содержание влаги в жидкой среде увеличивается. Влага находится в подвешенном состоянии в изолирующей смазке электрооборудования. Под действием электрического поля вода постепенно располагается вдоль силовых линий, образуя "мостик".

Этот "мостик" проходит через два полюса и может значительно снизить напряжение пробоя. Это также объясняет, почему сопротивление изоляции было очень низким при 5 кВ напряжения при телеметрии сопротивления изоляции, но эта скрытая опасность не была обнаружена при рабочем напряжении.

На основе вышеупомянутого анализа, чтобы избежать неисправности пробоя изоляции, вызванной увлажнением вакуумной изолирующей смазки вакуумного выключателя, предлагаются следующие профилактические меры:

• Установка оборудования в строгом соответствии с технологическим процессом сборки, чтобы избежать попадания примесей и предотвратить контакт среды с атмосферой.

• Усиление контроля и проведение тестов на частичные разряды с использованием ультрафиолетового тестера.

• Проведение тестов в строгом соответствии с нормативами электрических испытаний, включая тесты на герметичность, степень вакуума, изоляцию и т.д.