Анализ на дефекта при пробой на SF6 брекера в 750 кВ подстанция

Felix Spark

Поле: Повреда и поддръжка

China

Благодарение на отличните си електроизолационни свойства и способности за изгасване на дъга, газът шестфлуорид на сулфур (SF₆) е широко използван в системи с високо и извънредно високо напрежение. В сравнение с традиционните прекъсвители, SF₆ прекъсвителите са по-надеждни и имат по-дълъг срок на полезност. Обачно, с увеличаването на времето на употреба и товара, дефектите на SF₆ прекъсвителите бавно започват да се проявяват, особено дефектите от разрушаване, които са станали скрита опасност за безопасната работа на мрежата. Дефектите от разрушаване не само повредяват оборудването, но могат да доведат и до масови прекъсвания на електричеството и да засегнат стабилността на електрическата мрежа. При настъпване на дефект, придружен от дъга и висока температура, може да се повредят вътрешните изолационни материали и метални компоненти, а дори да се предизвика пожар или взрив. Ето защо, изучаването на механизма на дефектите от разрушаване на SF₆ прекъсвителите, установяването на основните причини и предлагането на превантивни мерки са от голямо значение за гарантиране на безопасната работа на електрическата система.

В момента учени от цял свят провеждат обширни изследвания на механизмите на дефектите на SF₆ прекъсвителите, като основната фокусировка е върху аспекти като тестове на електрическите характеристики, анализ на стареене на материали и моделиране на разпределението на електрическото поле. Обачно, поради сложната вътрешна структура на SF₆ прекъсвителите и включването на множество фактори, съществуващи изследвания все още имат ограничения. Особено за дефектите от разрушаване при действителна употреба, поради ограниченията на местните условия и трудностите при демонтажа на оборудването, липсва систематично и цялостно изследване.

Ето защо, настоящата работа провежда цялостен анализ, включващ изследване на дефектите на място, анализ при демонтаж и тестове на електрическите характеристики, за дефект от разрушаване на SF₆ прекъсвител в определена подстанция. Целта е да се разкрие комплексно механизъмът на дефекта и да се предостави научна база и техническа подкрепа за подобряване на проектуването, експлоатацията, поддръжката и предотвратяването на дефектите на подобни устройства в бъдеще.

(2) Измерване на продуктите от разпадането на SF₆ газ, микроводородното съдържание и чистотата

На място бяха проведени тестове за продуктите от разпадането на SF₆ газ, микроводородното съдържание и чистотата на дефектния прекъсвител. Тестовите данни са показани в таблица 1. Според анализ на резултатите от тестовете, продуктите от разпадането на SF₆ газ и микроводородното съдържание в дъгогасещата камера на фаза C на дефектния прекъсвител значително надвишават стандартните граници, определени в "Кодекс за изпитвания при ремонтно-поддръжкови работи на преходни и трансформаторни устройства" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, микроводород ≤ 300 μL/L) [5]. В сравнение, резултатите от тестовете на газовите камери на останалите прекъсвители бяха нормални, без открити аномалии. На база на горните данни, е предварително заключено, че възможно е да има дефект от разрядване в дъгогасещата камера на фаза C на дефектния прекъсвител.

Таблица 1 Тестови данни за продуктите от разпадането на SF₆ газ, микроводородното съдържание и чистотата

(3) Проверка на основното изолационно съпротивление на прекъсвителя
По време на теста на изолационното съпротивление на фаза C на дефектния прекъсвител, трябва да се следват стандартни оперативни процедури, и трябва да се гарантира, че прекъсвителят е в отворено състояние. По време на теста, една странична обвивка се заземява, докато напрежението се прилага към другата страна. По този начин, изолационните характеристики на всеки порт на прекъсвителя, както и между проводящия път и корпуса, се оценяват комплексно.
Чрез анализ на тестовите данни, беше установено, че изолационните характеристики на фаза C на прекъсвителя са общо недостатъчни, особено проблемът с изолационните характеристики на разединителния порт на страната Ⅱ - автобус на прекъсвителя е особено изразен. Тестовите данни са показани в таблица 2.

Таблица 2 Изолационни тестови данни на разединителния порт на страната Ⅱ - автобус на прекъсвителя

(4) Тестове на капацитета и диелектричните загуби на паралелни кондензатори между разединителните портове на прекъсвителя

При тестове на място, тъй като не беше възможно да се проведат отделни тестове на капацитета на всеки кондензатор на разединителния порт, беше използван метод на сравнителни тестове на капацитета и диелектричните загуби на паралелните кондензатори между разединителните портове на прекъсвителите на фази ABC. По време на конкретната операция, прекъсвителят беше в отворено състояние, и бяха използвани методи на изпитвания между обвивките (положително свързване) и обвивка-земя (отрицателно свързване) за провеждане на тестове на капацитета и диелектричните загуби. Тестовите данни са показани в таблица 3.

Таблица 3 Тестови данни за капацитета и диелектричните загуби на дефектния прекъсвител

Чрез сравнителен анализ на таблица 3, беше установено, че стойността на капацитета, получена при положително свързване между обвивките, е относително близка до реалната стойност. Обачно, влиянието на паразитните кондензатори в прекъсвителя, все още има определена разлика между измерената и изчисленията стойност. Въпреки това, от резултатите на тестовете на паралелните кондензатори на разединителните портове на фази ABC, разликите в капацитета между трите фази са относително малки. На база на това, е предварително заключено, че състоянието на паралелния кондензатор на разединителния порт на фаза C е нормално.

(5) Проверка във вътрешността на резервоара на прекъсвителя

На място на обработката на дефекта, газът на фаза C на дефектния прекъсвител беше професионално възстановен. След това, ендоскоп беше използван за детайлна проверка във вътрешността на резервоара. След подробна проверка, беше установено, че затварящото съпротивление близо до страната Ⅱ - автобус е имало пробив. Черни фрагменти от съпротивителните чипове бяха разпръснати на дъното на резервоара. Освен това, беше установено, че полиетиленфлуоретиленовата обвивка на един от затварящите резистори е била разцепена и паднала на дъното на резервоара.

2.1.1 Проверка на разединителя

След детайлна проверка на място, явни следи от изгаряне бяха открити на частите на дъговия пръст на движещите контакти на двете страни на фаза C на разединителите на двете страни на дефектния прекъсвител. След това, чрез ръчно управление на разединителя на фаза C на място, целият процес на управление беше гладък, без забавяне. Освен това, по време на проверката, не беше установено наличие на сваряване между движещите и неподвижните контакти. След завършване на операцията за разединяване, беше проведена допълнителна детайлна проверка на основата на неподвижния контакт и контактните пръсти, и не бяха открити сериозни следи от изгаряне.

2.1.2 Проверка на вторичното оборудване

На 18 юни 2022 г. в 12:31:50.758, фаза C на дефектния прекъсвител в 750kV подстанцията беше заземена. След настъпването на дефекта, волоконно-оптичната диференциална защита на линията и диференциалната защита на 750kV Автобус-Ⅱ работиха правилно. Чрез детайлна анализа на дефектния ток и функционирането на диференциалната защита на автобуса и защитата на линията, когато разединителят беше в затворено състояние (по време, когато системното напрежение оставаше стабилно, без наднапряжение), беше установено, че 750kV Автобус-Ⅱ доставя дефектен ток до точката на дефект. Забележително е, че CT₇ и CT₈, участващи в диференциалната защита на дефектния прекъсвител, не регистрираха наличието на дефектен ток. На база на това наблюдение, беше заключено, че точката на дефект трябва да е в областта между прекъсвителя CT₇ и автобуса. Междувременно, CT₁ и CT₂ за защитата на линията регистрираха наличието на дефектен ток, и стойността на дефектния ток достигна основен ток от 4.5kA. Ето защо, беше допълнително заключено, че точката на дефект е в областта между CT₂ на дефектния прекъсвител и разединителния порт на страната Ⅱ - автобус на прекъсвителя. Това заключение е съвместимо с местоположението на точката на дефект, открита по време на вътрешната проверка на място.

2.2 Демонтажна проверка

Както е показано на фигура 2, по време на проверка на вътрешността на резервоара при процеса на демонтажа на прекъсвителя, бяха наблюдавани разпръснати фрагменти от затварящото съпротивление и неговата защитна обвивка. Някои чипове от четвъртата колона на затварящото съпротивление, които са свързани паралелно с главния разединителен порт на страната на механизма на прекъсвителя, бяха експлодирали, и съответните две защитни обвивки на съпротивлението също бяха пръснати. Щит A на съпротивлението показва следи от разрядване и аблативни следи върху вътрешната стена на резервоара, и щит B също има следи от разрядване и аблативни следи върху A. Освен това, повърхността на изолационната опора показва черни следи. Чрез проверка на съставянето, заводските изпитвания и данните за инсталацията на място на прекъсвителя, и проверка на основните изолационни части, не бяха открити аномалии.

3 Анализ на причината за дефекта

Чрез анализ при демонтаж, бяха направени следните заключения: По време на процеса на затваряне на разединителя, щит A на съпротивлението първо разяде до вътрешната стена на резервоара. Това доведе до аномални токове в четвъртата, третата и втората колона на затварящите съпротивления. След това, щит B разяде до A, което доведе до краткосвързване на втората и третата колона, и токът се концентрираше главно в четвъртата колона. Това явление доведе до остър скок на температурата на чиповете на съпротивлението в четвъртата колона, което в крайна сметка доведе до експлозия, и защитната обвивка на съпротивлението се пръсна и падна. По време на процеса на разядане, генерирането на високотемпературни дъги доведе до потъмняване на повърхността на изолационната опора.

Резервоарният прекъсвител може да издържа мълниев удар до 2100kV. По време на нормалния процес на затваряне на разединителя, въпреки че може да настъпи наднапряжение, при нормални условия за работа, този ниво на наднапряжение не е достатъчно, за да активира механизма за разядане на прекъсвителя. Обачно, чрез детайлна анализа и заключение, е предварително подозирано, че във вътрешността на резервоара може да има чужди тела. Тези чужди тела може да имат неблагоприятно въздействие върху разпределението на електрическото поле, което може да доведе до искривяване на полето и надвишаване на изолационната сила, която SF₆ газовата промеждутък може да издържи. В този случай, щит A на съпротивлението може първо да разяде до вътрешната стена на резервоара. С оглед на това, че чуждите тела във вътрешността на резервоара може да са скрити в невидими пукнатини, когато разединителят е затворен с включено напрежение, генерираното наднапряжение може, под действието на електрическата сила, да премести чуждите тела в области с по-силно електрическо поле, което води до искривяване на полето и настъпване на явленията на разядане.

4 Заключение

Учителвайки широкото приложение на напредък в комутационните устройства в електрическата система, случки като спадане на резервоарни прекъсвители и GIS оборудване поради чужди тела се случват често. За да се предотвратят такива дефекти, е необходимо да се засили живолинейната проверка, особено увеличавайки честотата на проверките за прекъсвители, които работят често. В същото време, по време на приемството на място, трябва стриктно да се провери дали оборудването е завършило 200 механични операции, за да се гарантира обработката на механизма и да се избегнат неблагоприятните ефекти на металните остатъци върху функционирането на оборудването след влизане в употреба.