Analiza greške raspadanja SF6 prekidača u podstanici od 750 kV

Felix Spark

Polje: Poteškoće i održavanje

China

Zahvaljujući svojim odličnim elektroizolacijskim svojstvima i sposobnostima gasnjenja luka, šestfluorid siroviha (SF₆) gas se široko koristi u visokonaponskim i izuzetno visokonaponskim električnim sustavima. U usporedbi s tradicionalnim prekidačima, SF₆ prekidači su pouzdaniji i imaju duži vijek trajanja. Međutim, kako se povećava vrijeme korištenja i opterećenje, pojave se greške u SF₆ prekidačima, posebno propadne greške, koje postaju skrivena opasna za sigurno funkcioniranje mreže. Propadne greške ne samo da oštećuju opremu, već mogu dovesti i do velikih ispadova struje i utjecati na stabilnost mreže. Kada se dogodi greška, prateći lukovi i visoke temperature mogu oštetiti unutarnje izolacijske materijale i metaličke komponente, čak i dovesti do požara i eksplozija. Stoga je studiranje mehanizma propadnih grešaka SF₆ prekidača, identifikacija temeljnih uzroka i predlaganje preventivnih mjera izuzetno važno za osiguranje sigurnog rada električnog sustava.

Trenutno, domaći i strani znanstvenici provode ekstenzivna istraživanja o mehanizmima grešaka SF₆ prekidača, fokusirajući se glavno na aspekte poput testiranja elektroenergetskih performansi, analize starenja materijala i simulacije distribucije električnog polja. Međutim, zbog složene interne strukture SF₆ prekidača i uključenosti više faktora, postojeće istraživanje još uvijek ima ograničenja. Posebno za propadne greške tijekom stvarnog rada, zbog ograničenja na mjestu i teškoće razbijanja opreme, nedostaje sistematsko i kompleksno istraživanje.

Stoga ovaj rad provodi kompleksnu analizu, uključujući istragu grešaka na mjestu, analizu razbijanja opreme i testiranje elektroenergetskih performansi, za propadnu grešku SF₆ prekidača u određenoj podstanici. Cilj je potpuno otkriti mehanizam greške i pružiti znanstvenu osnovu i tehničku podršku za poboljšanje dizajna, održavanje i prevenciju grešaka slične opreme u budućnosti.

(2) Detekcija proizvoda dekompozicije SF₆ plina, mikrokoličine vode i čistoće

Na mjestu su provedeni testovi proizvoda dekompozicije SF₆ plina, mikrokoličine vode i čistoće oštećenog prekidača. Testne podatke možete vidjeti u tablici 1. Prema analizi rezultata testa, proizvodi dekompozicije SF₆ plina i mikrokoličina vode u gasnom prostoru faze C oštećenog prekidača značajno su premašili standardne granice navedene u "Pravilniku o testovima održavanja stanja prijenosne i transformacijske opreme" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikrovoda ≤ 300 μL/L) [5]. U suprotnom, testni rezultati gasnih prostora ostalih prekidača bili su normalni, bez otkrivenih anomalija. Na temelju gornjih podataka, preliminarno se zaključuje da bi u gasnom prostoru faze C oštećenog prekidača mogla biti greška propadanja.

Tablica 1 Testni podaci proizvoda dekompozicije SF₆ plina, mikrokoličine vode i čistoće

(3) Inspekcija glavnog otpora izolacije prekidača
Tijekom testiranja otpora izolacije faze C oštećenog prekidača, moraju se slijediti standardni postupci, a mora se osigurati da je prekidač u otvorenom stanju. Tijekom testa, jedna preska se zemlji dok se na drugoj primjenjuje napon. Time se kompjelativno procjenjuje izolacijska performansa svakog priključka prekidača, kao i između vodljive cijevi i kućišta.
Analizom testnih podataka otkriveno je da je izolacijska performansa faze C prekidača općenito nedovoljna, posebno izolacijski problem na priključku odvojitelja na strani Ⅱ - busa prekidača bio je izrazito izražen. Testni podaci prikazani su u tablici 2.

Tablica 2 Testni podaci izolacije na priključku odvojitelja na strani Ⅱ - busa prekidača

(4) Testiranje kapacitance i dielektrične gubitke paralelnih kondenzatora između priključaka prekidatelja

U okviru testiranja na mjestu, budući da nije bilo moguće individualno testirati kapacitancu svakog priključnog kondenzatora, upotrijebljena je metoda usporednog testiranja kapacitance i dielektričnih gubitaka paralelnih kondenzatora između priključaka prekidača faza ABC. Tijekom specifične operacije, s prekidačem u otvorenom stanju, korišteni su metodi testiranja između preski (pozitivna veza) i preska-prema-zemlji (negativna veza) za testiranje kapacitance i dielektričnih gubitaka. Testni podaci prikazani su u tablici 3.

Tablica 3 Testni podaci kapacitance i dielektričnih gubitaka oštećenog prekidača

Kroz usporednu analizu tablice 3, otkriveno je da je vrijednost kapacitance dobivena pozitivnom vezom između preski relativno blizu stvarnoj vrijednosti. Međutim, uz utjecaj stranog kapacitansa unutar prekidača, postoji određena devijacija između izmjerene i izračunate vrijednosti. Ipak, iz rezultata testa paralelnih kapacitansa priključaka faza ABC, razlike u kapacitanci između tri faze bile su relativno male. Na temelju toga, preliminarno se zaključuje da je stanje paralelnog kondenzatora priključka faze C normalno.

(5) Inspekcija unutar spremnika prekidača

Na mjestu obrade greške, plin faze C oštećenog prekidača profesionalno je oporabljen. Zatim je korišten endoskop za dubinsku inspekciju unutar spremnika. Nakon detaljne inspekcije, otkriveno je da je bliski otpor na strani Ⅱ - busa imao propadanje. Crni fragmenti čipova otpora rasuti su na dnu spremnika. Također je otkriveno da je tetrafluoroetilenska omotačka jednog od bliskih otpora imala pukotine i padnula na dno spremnika.

2.1.1 Inspekcija odvojitelja

Nakon detaljne inspekcije na mjestu, na arčnim prstovima pokretnih kontakata na obje strane faze C odvojitelja na obje strane oštećenog prekidača otkriveni su očiti tragovi gore. Zatim, ručnim upravljanjem odvojiteljem faze C na mjestu, cijeli proces rada bio je gladak bez ikakvih blokiranja. Također, tijekom inspekcije, uočeno je da ne postoji fenomen savarivanja između pokretnih i statičnih kontakata. Nakon završetka otvaranja, detaljnija inspekcija baze statičnog kontakta i kontakt prstiju je dalje provedena, a ne otkriveni su ozbiljni tragovi gore.

2.1.2 Inspekcija sekundarnih oprema

Dana 18. lipnja 2022. u 12:31:50.758, faza C oštećenog prekidača u 750kV podstanici bila je zemljena. Nakon što se dogodila greška, vlakna-optička diferencijalna zaštita linije i diferencijalna zaštita 750kV Bus - Ⅱ obje su ispravno reagirale. Kroz dubinsku analizu strujnog vala greške i rada diferencijalne zaštite busa i zaštite linije, kada je odvojitelj bio u zatvorenom stanju (tijekom kojeg je napon sustava ostao stabilan bez prenapona), uočeno je da 750kV Bus - Ⅱ isporučio je strujni val greške na mjesto greške. Važno je napomenuti da CT₇ i CT₈ uključeni u diferencijalnu zaštitu oštećenog prekidača nisu detektirali prisustvo strujnog vala greške. Na temelju ove promatrane situacije, zaključeno je da bi mjesto greške trebalo biti u području između prekidača CT₇ i busa. Također, CT₁ i CT₂ za zaštitu linije detektirali su prisustvo strujnog vala greške, a vrijednost strujnog vala greške dosegnula je primarnu struju od 4,5kA. Stoga se dalje zaključilo da je mjesto greške bilo u području između CT₂ oštećenog prekidača i priključka na strani Ⅱ - busa prekidača. Ova konkluzija bila je u skladu s lokacijom mesta greške otkrivene na mjestu internom inspekcijom.

2.2 Demontažna inspekcija

Kao što je prikazano na slici 2, tijekom inspekcije unutar spremnika tijekom demontaže prekidača, fragmenti bliskih otpora i njihovih zaštitnih omotački bile su rasute oko. Neki čipovi otpora četvrte stupnjeve, koji su bili paralelni glavnom priključku na strani mehanizma prekidača, eksplodirali su, a odgovarajuće dvije zaštitne omotačke također su se puknule. End shield A otpora pokazao je traga ablacije ispuštanja unutar spremnika, a shield B također je pokazao traga ablacije A. Također, površina izolacijske nosačne štapiće pokazala je crne tragove. Provjerom montaže, fabričnih testova i podataka o montaži na mjestu prekidača, te inspekcijom glavnih izolacijskih dijelova, nisu otkriveni nikakvi anomalije.

3 Analiza uzroka greške

Putem demontažne analize, dovedeni su sljedeći zaključci: Tijekom procesa zatvaranja odvojitelja, end shield A otpora prvo je ispuštena na unutrašnju stijenu spremnika. To je dovelo do abnormalnih struja u četvrtom, trećem i drugom stupnjevu bliskih otpora. Zatim, shield B ispuštena je na A, što je dovelo do kratak spoj drugog i trećeg stupnjeva otpora, a struja je bila uglavnom koncentrirana u četvrtom stupnjevu. Taj fenomen dovelo je do brzog porasta temperature čipova otpora u četvrtom stupnjevu, što je eventualno dovelo do eksplozije, a zaštitna omotačka se raspala i odpala. Tijekom procesa ispuštanja, generiranje visokotemperaturnih lukova dovelo je do crne boje površine izolacijske nosačne štapiće.

Spremnik prekidača može podnijeti udarni napon bleska do 2100kV. Tijekom normalnog procesa zatvaranja odvojitelja, iako se može dogoditi prenapon, u normalnim uvjetima rada, taj nivo prenapona nije dovoljan da aktivira mehanizam ispuštanja prekidača. Međutim, putem dubinske analize i zaključivanja, preliminarno se sumnja da se unutar spremnika može nalaziti tuđi predmet. Ti tuđi predmeti mogu imati negativan utjecaj na distribuciju električnog polja, što dovodi do distorzije polja i prelaska preko izolacijske čvrstoće koju SF₆ plinski razmak može podnijeti. U tom slučaju, end shield A otpora može prvo ispuštena na unutrašnju stijenu spremnika. Uzimajući u obzir da tuđi predmeti unutar spremnika mogu biti sakriveni u nerazglednim šupljevinama, kada se odvojitelj zatvara pod napajanjem, generirani prenapon, pod djelovanjem sile električnog polja, može premjestiti tuđi predmete u područja s jačim električnim poljem, što dovodi do distorzije polja i dojavljanja fenomena ispuštanja.

4 Zaključak

Uzimajući u obzir široku primjenu naprednih prekidača u električnom sustavu, incidenti poput ispadanja spremnika prekidača i GIS opreme zbog tuđih predmeta često se događaju. Za sprečavanje takvih grešaka potrebno je jačati rad sa živim vodom, posebno povećavajući frekvenciju otkrivanja za prekidače koji se često koriste. Također, tijekom prihvatanja na mjestu, strogo treba provjeriti je li oprema završila 200 mehaničkih radova kako bi se osiguralo nagibanje mehanizma i izbjegao negativni utjecaj metalnih odlomaka na rad opreme nakon ulaska u promet.