Analyse und Lösungen für den Brand der 35 kV Niederspannungsseite Eingangsschaltanlage in PV-Anlagen

Am 4. August 2022 um 12:45 Uhr erhielt ein Leitungsnetzwerkknoten eine Meldung von einer 100 MW Photovoltaik-Kraftwerksanlage. Es wurde gemeldet, dass das Eingangsleitungs-Schaltgerät auf der 35 kV Niederspannungsseite des Haupttransformators im Sammelschaltwerk in Brand geriet und durch den Schutzmechanismus abgeschaltet wurde. Nach Erhalt der Benachrichtigung begaben sich die zuständigen Personen zum Ort des Geschehens und führten gemeinsam mit den Betriebsingenieuren eine Unfalluntersuchung vor Ort durch. Die Untersuchung ergab, dass der Kontaktkasten des Schaltgeräts, der Wagen und die Kupferleitung für die Eingangsleitung der U-Phase des starren Leitungssystems ausgebrannt waren.

1 Unfallursachenanalyse

Durch die Analyse der vor Ort festgestellten Fehlersymptome sowie der Spannungs- und Stromwellenformen der Fehleraufzeichnung konnte als Hauptursache für den Fehler der schlechte Kontakt des V-Phasenkontakts des Schalters identifiziert werden. Aufgrund des schlechten Kontakts des V-Phasenkontakts stieg die Temperatur dieser Stelle während des Betriebs anormal an und fing Feuer, wodurch ein Kurzschlussbogen zwischen den Phasen U und V entstand. Dies führte zur Ausbrennung des beweglichen Kontakts des Wagenschalters, des statischen Kontakts im Kontaktkasten, des Kontaktkastens und des Ableiters der U-Phase. Gleichzeitig wurden die Stromwandler in unterschiedlichem Maße durch den Bogen und elektrischen Schlag beschädigt. Durch die vor Ort durchgeführte Inspektion und Analyse konnten die Hauptgründe für den schlechten Kontakt der V-Phase auf die folgenden zwei Aspekte zurückgeführt werden:

• Fehlbedienung des Wagenschalters: Beim Bedienen des Wagenschalters war die mittlere V-Phase nicht vollständig eingerastet (d. h., der Wagen war nicht vollständig eingeschoben und gesetzt), sodass die Kontakte keinen guten Kontakt herstellen konnten.

• Zu geringer Kontaktfederdruck: Der Druck der V-Phasenkontaktfeder war zu gering, was den Kontaktwiderstand erhöhte. Wenn der Kontaktwiderstand des V-Phasenstromkreises zu hoch war, neigte die Kontaktlücke dazu, Entladungen und Wärmeerzeugung zu verursachen, und die Wärmeerzeugung nahm mit dem kontinuierlichen Stromfluss stark zu. Wenn die übliche Wärmeableitung des Schaltgeräts die Wärme nicht rechtzeitig abführen konnte, stieg die lokale Temperatur anormal an.

Die Entstehung des Heizfehlers im Hochspannungsschaltgerät ist kein plötzlicher kurzfristiger Vorgang, sondern ein gradueller Ablauf. Aufgrund der ungünstigen Arbeitsbedingungen und eigener Anomalien steigt zunächst die Temperatur der Kontaktoberfläche des Hochspannungsschaltgeräts an. Überlagert durch die kontinuierliche Wirkung der Stromheizeffekte steigt die Kontaktemperatur schrittweise. Sobald die Temperaturanstiegsneigung außer Kontrolle gerät und die Kontaktemperatur die vorgegebenen Wärmebeständigkeitsspezifikationen des internen Stromwandlers und des Isolierbuchses übersteigt, wird die Ausrüstung beschädigt, es kommt zu einem Einphasen- oder Zweiphasenkurzschluss, die Fehlerschäden werden verstärkt und breiten sich auf die umliegenden Hilfsanlagen aus. In diesem Fall, wenn das Schutzgerät nicht korrekt reagiert, würde die Ausbreitung des Feuers und die kontinuierliche Temperatursteigerung höchstwahrscheinlich zu einer Explosion führen.

2 Offengelegte Probleme
(1) Lücken in der Personalausbildung und -wartung

Das Personal der Photovoltaik-Kraftwerksanlage verfügt über unzureichendes Fachwissen, ist nicht vertraut mit den Funktionen des Automatisierungssystems, führt keine tiefgehende Analyse und Bewertung der Hintergrundmeldungen durch, und die Rundgänge sind rein formaler Natur. Erst als die Rauchwarnanlage im Hochspannungsraum losging, bemerkten sie die Brandgefahr. Dies zeigt, dass das Personal systematische Schulungen fehlen, über unzureichende fachspezifische Kenntnisse verfügt, an Sicherheitsbewusstsein mangelt und seine Aufsichtspflichten in Bezug auf die Gerätebetreuung und -wartung nicht effektiv erfüllt.

(2) Mangel an Wartungs- und Betriebsmechanismen für die Ausrüstung

Für das Hochspannungsschaltgerät wurden keine regelmäßigen Wartungs- und Inspektionsmaßnahmen durchgeführt, und die verborgenen Gefahren haben sich im Laufe der langjährigen Nutzung angesammelt. Einerseits hat das Hochspannungsschaltgerät hohe Anforderungen an mechanische Stabilität und Zuverlässigkeit des Schließvorgangs. Wenn der Wagen des Schalters nicht richtig eingerastet ist, kann bei Betrieb mit hohen Strömen der Wagen und der Gehäusekörper verschieben, der Kontaktwiderstand der Kontakte stark zunehmen, was zu einem Bogen und sogar zu einer Explosion führen kann; andererseits verschlimmern sich die mechanischen Abnutzungen der beweglichen und statischen Kontakte bei langjährigem Betrieb, was die Gefahr eines schlechten Kontakts hervorhebt. Darüber hinaus bestehen auch Risiken in der Ausrüstungsmontagephase. Die Ebene der Wagenbahn des Wagenschalters und die Standardisierung der Montageoperation können die Integrität des Schaltgeräts beeinträchtigen und den Grundstein für Unfälle legen.

3 Lösungen
(1) Verbesserung des Wartungs- und Betriebsmanagementsystems

Während der Bauphase von Photovoltaik- und erneuerbare Energiekraftwerken ist es notwendig, ein vollständiges Inspektions- und Überwachungssystem einzurichten, Simulationsübungen durchzuführen und die systematische Schulung der Mitarbeiter zu intensivieren. Das Fachwissen und die Fähigkeiten des Personals sollen verbessert werden, damit sie die Geräteprinzipien und Automatisierungssysteme kennen, Anomalien in den Hintergrundmeldungen genau erkennen und standardisierte Inspektionen durchführen können.

(2) Standardisierung des Wartungs- und Betriebsprozesses

Die Betriebs- und Wartungseinheit des Photovoltaikkraftwerks sollte das Wartungssystem verbessern und die Mitarbeiter streng dazu verpflichten, die Betriebsvorschriften zu lernen und anzuwenden. Die Standards des Betriebsprozesses müssen klar definiert werden, um sicherzustellen, dass wichtige Schritte wie das Einfahren des Wagenschalters und der Kontakt der Kontakte standardisiert durchgeführt werden, und die stabile Betriebsfähigkeit des Schaltgeräts vom Wartungs- und Betriebsprozess her gewährleistet ist.

(3) Vertiefung der Präventivtest-Management

Bevor das Hochspannungsschaltgerät in Betrieb genommen wird, müssen Präventivtests streng durchgeführt werden. Während des Tests darf der Fehler nicht nur aufgrund des Ergebnisses eines einzelnen Tests beurteilt werden. Es ist notwendig, die historischen Daten für vertikale Vergleiche und eine umfassende Analyse zu kombinieren, um potenzielle Defekte der Ausrüstung präzise zu identifizieren und die verborgenen Gefahren im Voraus zu beseitigen, um die zuverlässige Betriebsfähigkeit der Ausrüstung zu gewährleisten.