Аналіз та вирішення аварій з пробоєм ізоляції у 35 кВ зовнішніх вакуумних вимикачів

Опис обладнання

Вакуумний високовольтажний автоматичний вимикач типу ZW7 - 40.5 — це зовнішньо встановлене, трифазне, AC 50 Гц високовольтажне електричне обладнання, яке використовує вакуум як середовище для гасіння дуги. Він використовується переважно для комутації номінального та аварійного струму в системі передачі та розподілу електроенергії на 40.5 кВ [1], особливо підходить для місць, де потрібні часті операції.

Загальна конструкція цього продукту є керамічним циліндровим типом, як показано на рисунку 1. Верхній керамічний циліндр — це керамічний циліндр вакуумного переривача, в який встановлений вакуумний переривач, а нижній керамічний циліндр — це підтримуючий керамічний циліндр. Як керамічний циліндр вакуумного переривача, так і підтримуючий керамічний циліндр заповнені вакуумною ізоляційною мастикою з відмінними ізоляційними властивостями. Трифазні керамічні циліндри встановлені на одному каркасі разом.

Трифазні трансформатори струму встановлені всередині цього каркасу і поєднуються з головним контуром вимикача всередині трифазних підтримуючих керамічних циліндри. Каркас оснащений герметизувальними плитами з усіх чотирьох сторін та знизу, щоб адаптуватися до зовнішнього середовища.

Рухомий кінець вакуумного переривача з'єднаний з виходним валом механізму через кривошип і ізоляційну штангу. Операції відключення та включення вимикача, а також керування та захист проводяться через компоненти та клеми всередині коробки механізму. Трифазна зв'язана операція здійснюється через операційну конструкцію та передавальну конструкцію.

Рисунок 1 Схема вакуумного вимикача

Аналіз причин виникнення аварії

18 березня 2010 року під час планової стан-орієнтованої технічної обслуговування обладнання в одній з підстанцій, тестувальники виявили, що в фазі A вакуумного вимикача 3515 (модель: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) відбулася ізоляційна пробив відносно землі під час спроби пропуску випробувального напруги.

Тестувальники провели відповідний аналіз та випробування щодо ізоляційної пробиву в фазі A вимикача 3515. Конкретні дані наведені в таблиці 1 нижче:

Згідно з регламентом рутинних випробувань Державної мережі, ізоляційний опір вакуумних вимикачів на 35 кВ та вище не повинен бути нижчим за 3000 МΩ, а випробувальна напруга повинна становити 80% від заводського значення, тобто 76 кВ/хв. Перед тим, як тестувальники провели випробування на витривалість напруги вимикача 3515, ізоляційний опір головного контура у всіх трьох фазах відповідав вимогам регламенту.

Після цього тестувальники провели випробування на витривалість напруги головного контура у кожній з трьох фаз окремо. Було виявлено, що коли напруга в головному контурі фази A зростала до 35 кВ, струм зростав моментально, і відбувалася пробив.

Після появи цього явища тестувальники провели наступні випробування, враховуючи конструкцію цього типу вимикача:

• Вакуумний вимикач був відкритий, і було проведено випробування ізоляційного опору верхнього керамічного циліндра вимикача. Результати випробування відповідали вимогам регламенту, що підтвердило, що дефектна частина знаходилася в нижньому керамічному циліндрі.

• Було проведено випробування ізоляційного опору нижнього керамічного циліндра. Результати випробування не відповідали вимогам регламенту, що підтвердило, що дефектна частина знаходилася в нижньому керамічному циліндрі.

• Нижній керамічний циліндр складався з корпусу нижнього керамічного циліндра, ізоляційної штанги та підтримуючого керамічного вазона. Тому тестувальники відключили кривошип між ізоляційною штангою та підтримуючим керамічним вазоном, і провели випробування ізоляційного опору ізоляційної штанги та підтримуючого керамічного вазона окремо. Ізоляційні опори як підтримуючого керамічного вазона, так і ізоляційної штанги відповідали вимогам регламенту, що визначило, що дефектна частина знаходилася в корпусі нижнього керамічного циліндра.

• Корпус нижнього керамічного циліндра містив вакуумну ізоляційну мастику та трансформатори струму. Зниження ізоляційного опору могло бути спричинене вологістю вакуумної ізоляційної мастики та пробивом трансформаторів струму.

Усунення аварії

В кінці жовтня 2010 року виробник розібрав та оглянув вимикач фази A. Кроки та результати випробування були такими:

• Були знімільні верхній керамічний циліндр та підтримка вакуумного вимикача, і було проведено випробування ізоляційного опору безпосередньо всередині підтримуючого керамічного вазона. Результати випробування підтвердили точність вищезазначеного аналізу.

• Були розділені вакуумна ізоляційна мастика та трансформатори струму вакуумного вимикача, і було проведено випробування ізоляційного опору окремо. Ізоляційний опір вакуумної ізоляційної мастики становив приблизно 50 МΩ, тоді як ізоляційний опір трансформаторів струму відповідав вимогам регламенту. Було визначено, що пробив ізоляції був спричинений вакуумною ізоляційною мастикою.

• Після заміни вакуумної ізоляційної мастики було проведено випробування ізоляційного опору та витривалості напруги фази A вакуумного вимикача. Результати випробування відповідали вимогам регламенту.

Профілактичні заходи

Зовнішня ізоляція вакуумного вимикача типу ZW7 - 40.5 використовує вакуумну ізоляційну мастику, яка є рідкісним ізоляційним середовищем. Під час експлуатації та встановлення обладнання вміст води в рідкому середовищі збільшується. Вода знаходиться у підвішеному стані в ізоляційній мастіці електричного обладнання. Під дією сили електричного поля, вода поступово утворює "міст" вздовж ліній сили.

Цей "міст" проходить через дві полюси та може значно знизити напругу пробиву. Це також пояснює, чому ізоляційний опір був дуже низьким при напрузі 5 кВ під час телеметрії ізоляційного опору, але ця потенційна загроза не виявилася при експлуатаційній напрузі.

На основі вищезазначеного аналізу, щоб уникнути аварії, спричиненої вологістю вакуумної ізоляційної мастики вакуумного вимикача, пропонуються наступні профілактичні заходи:

• Встановлюйте обладнання в строгому відповідності до процесу зборки, щоб уникнути забруднення та контакту середовища з атмосферою.

• Посилюйте контроль та проводьте випробування часткових випадків за допомогою ультрафіолетового тестера.

• Проводьте випробування в строгому відповідності до електричних випробувальних регламентів, включаючи випробування герметичності, випробування вакууму, випробування ізоляції тощо.