Por que o Aterramento MVDC Causa Falhas no Sistema?

Análise e Tratamento de Falhas de Aterramento do Sistema DC em Subestações

Quando ocorre uma falha de aterramento no sistema DC, pode ser classificada como aterramento em um único ponto, aterramento em múltiplos pontos, aterramento em laço ou redução de isolamento. O aterramento em um único ponto é dividido ainda em aterramento no polo positivo e no polo negativo. O aterramento no polo positivo pode causar o mau funcionamento de proteções e dispositivos automáticos, enquanto o aterramento no polo negativo pode levar à falha de operação (por exemplo, proteção por relé ou dispositivos de disparo). Uma vez que qualquer falha de aterramento exista, forma-se um novo caminho de aterramento; deve ser eliminado prontamente. Caso contrário, se um segundo ou adicional aterramento se desenvolver, pode levar a falhas graves ou acidentes.

Em operação normal, a resistência de isolamento tanto do polo positivo quanto do polo negativo do sistema DC para o solo é de 999 kΩ. No entanto, quando o equipamento externo fica úmido, a resistência de isolamento do sistema DC diminui. O limite de alarme para um sistema DC de 220V é geralmente de 25 kΩ, e 15 kΩ para um sistema de 110V. A Companhia de Manutenção Hubei da State Grid dá grande importância às armadilhas de aterramento e elevou o padrão de alarme: um aviso é acionado quando o isolamento cai para 40 kΩ para sistemas de 220V e 25 kΩ para sistemas de 110V. Isso permite eliminar as armadilhas antes que a degradação do isolamento se desenvolva em uma falha total de aterramento.

Recentemente, devido ao prolongado período de clima severo e estação de chuvas de pluma com alta umidade, seis subestações de 500 kV na província experimentaram diferentes graus de redução de isolamento DC ou aterramento direto:

• Enshi e Anfu: isolamento caiu para 40 kΩ

• Shuanghe: aterramento no polo positivo

• Jiangxia: aterramento no polo positivo

• Junshan: redução geral do isolamento

• Xian Nv Shan: queda de isolamento, polo negativo a terra em 18 kΩ

• Xinglong: aterramento no polo positivo

Análise de Casos de Problemas de Isolamento do Sistema DC Recentes:

(1) Subestações de 500 kV Enshi & Anfu:
Os dispositivos de monitoramento de isolamento DC mostraram que o isolamento caiu para 40 kΩ. Após observação, o isolamento recuperou parcialmente para uma faixa aceitável. Com base em experiências passadas, a causa provável foi a entrada de umidade no relé térmico dentro das caixas de mecanismo de disjuntor externo.

(2) Subestação de 500 kV Jiangxia:
Após uma falha de aterramento DC, os técnicos de manutenção secundária verificaram o monitor de isolamento e não encontraram sinais anormais. As medições de tensão no local mostraram 0 V no polo positivo para o solo. Usando um detector de aterramento DC, a falha foi rastreada até um contato afetado pela umidade no relé de densidade do gabinete de controle de interligação da barra #2. Após a remoção do contato defeituoso, o isolamento do sistema DC retornou ao normal.

Desafios no Diagnóstico de Aterramento DC:
Localizar e tratar defeitos de aterramento DC é desafiador. As falhas frequentemente recorrem com mudanças climáticas, e os pontos de falha são difíceis de identificar. Também pode ocorrer aterramento em múltiplos pontos. As mais recentes questões de aterramento foram causadas por redução de isolamento nos contatos ou cabos de equipamentos externos. Fatores contribuintes incluem componentes envelhecidos com isolamento degradado e chuvas prolongadas causando entrada de umidade ou falha de equipamento.

Aprimorando a Capacidade de Resposta ao Aterramento DC:
O tratamento eficaz requer esforços coordenados, procedimentos padronizados e integração de sistemas de operação e manutenção (O&M):

• Procedimentos de Segurança:
  Antes de tratar uma falha de aterramento DC, limpe todas as áreas relevantes, especialmente aquelas onde há trabalhos em circuitos secundários. Pelo menos duas pessoas devem estar presentes durante a localização e reparo da falha. Prevenir curtos-circuitos acidentais DC ou aterramento adicional. Implementar medidas de segurança para evitar mal funcionamento de proteções.

• Estratégia de Localização de Falhas:
  Siga os princípios: detecção baseada em microprocessador primeiro, depois manual; externo antes de interno; secundário antes de primário; sinais antes de controle. Primeiro, use o dispositivo de monitoramento de isolamento DC para localizar a falha. Se os dados forem imprecisos, prossiga com a inspeção manual.

• Protocolo de Resposta Rápida:
  A equipe de O&M deve coletar imediatamente mensagens de alarme e sinais anormais do monitor de isolamento. As equipes secundárias devem organizar rapidamente reparos emergenciais. Se o monitor identificar corretamente o circuito com falha, desconecte sua energia e observe se o isolamento se recupera. Se não, use um detector de aterramento DC para varrer todos os circuitos DC, identificar circuitos suspeitos e testar por desconexão de energia.

• Isolamento Preciso de Falhas:
  Uma vez identificado o circuito com falha, use esquemas para localizar possíveis pontos de aterramento. Teste desconectando terminais suspeitos. Após confirmação, aplique isolamento confiável. Coordenar-se de perto com as equipes de equipamentos primários para eliminar a falha prontamente.

Medidas Preventivas para Reduzir Incidentes de Aterramento DC:

• Melhore os ambientes de operação. Instale ar condicionado em áreas com controle de temperatura inadequado. Selar adequadamente caixas terminais, caixas de mecanismo de disjuntor e caixas de disjuntor. Certifique-se de que as portas dos gabinetes sejam à prova de chuva.

• Durante inspeções regulares ou instalações de transformadores, verifique minuciosamente se os relés de gás, relés de fluxo de óleo, indicadores de nível de óleo, termômetros e dispositivos de alívio de pressão têm proteções adequadas contra chuva. Verifique a instalação segura das caixas de fiação, a presença de juntas de vedação e que os cabos secundários estejam adequadamente roteirizados e sem danos.

• Use interrupções programadas para substituir componentes secundários externos vulneráveis que são frequentemente operados ou energizados continuamente.

• Elimine falhas de design ou má execução. Garanta que os circuitos secundários estejam completos durante a comissionamento—evite circuitos parasitas, laços ou cruzamentos. Preste atenção à limpeza e remoção de poeira durante inspeções de proteção e dispositivos automáticos.

• Para atualizações técnicas ou novas construções, siga estritamente os desenhos de projeto. Realize revisões detalhadas dos desenhos pré-construção. Previna misturas entre segmentos I/II DC, misturas AC/DC e circuitos parasitas que possam causar anomalias no sistema DC.

• Fortaleça a operação, manutenção e inspeção de sistemas DC, painéis de distribuição DC e dispositivos de monitoramento de isolamento em todas as subestações. Garanta que os dispositivos de monitoramento reflitam com precisão as localizações de aterramento, permitindo o isolamento rápido pelo pessoal de manutenção.