A 750 kV áramváltóban található SF6-körzetállító hibájának elemzése

Felix Spark

Mező: Hiba és karbantartás

China

A szénhexafluorid (SF₆) gáz kiváló elektrikus izolációs tulajdonságai és kioltó képességei miatt széles körben használatban van magfeszültségű és extra-magfeszültségű villamos rendszerekben. A hagyományos átkötőkkel ellentétben az SF₆ átkötők megbízhatóbbak és hosszabb ideig működnek. Azonban a használati idő és a terhelés növekedésével az SF₆ átkötők hibái fokozatosan felbukkanak, különösen a töréshibák, amelyek veszélyt jelentenek a hálózat biztonságos működésére. A töréshibák nemcsak károsítják a berendezéseket, de nagy léptékű áramkimaradásokhoz is vezethetnek, befolyásolva a hálózat stabilitását. Ha hiba történik, az ívökkel és a magas hőmérséklettel együtt ez károsíthatja a belső izolációs anyagokat és fémalkotó részeket, sőt, tűz és robbanás is lehetséges. Ezért az SF₆ átkötők töréshibamechanizmusának tanulmányozása, a gyökérproblémák azonosítása és a megelőző intézkedések javaslata nagyon fontos a villamos rendszer biztonságos működtetéséhez.

Jelenleg hazai és külföldi kutatók széles körben kutatták az SF₆ átkötők hibamechanizmusát, elsősorban az elektromos teljesítmény tesztelésére, anyagok öregedésének elemzésére és az elektromos mező eloszlásának szimulációjára összpontosítva. Azonban az SF₆ átkötők bonyolult belső szerkezete és a több tényező bevonulása miatt a meglévő kutatások továbbra is korlátozottak. Különösen a tényleges működés során bekövetkező töréshibák esetén a helyi feltételek korlátai és a berendezések lebontásának nehézsége miatt hiányzik a rendszerezett és átfogó kutatás.

Ezért ebben a tanulmányban átfogó elemzést végezünk, beleértve a helyszíni hiba vizsgálatát, a berendezések lebontásának elemzését és az elektromos teljesítmény tesztelését egy adott alámerési állomás SF₆ átkötőjének töréshibájának esetében. A cél az, hogy átfogóan feltárjuk a hiba mechanizmusát, és tudományos alapot és technikai támogatást nyújtsunk a hasonló berendezések jövőbeni tervezési fejlesztéséhez, üzemeltetéséhez és hibaelőzéséhez.

(2) Az SF₆ gáz bomlástermékeinek, mikro-víztartalmának és tisztaságának érzékelése

Helyszíni tesztek végzése a hibás átkötő SF₆ gáz bomlástermékeit, mikro-víztartalmát és tisztaságát illetően. A tesztadatok láthatók táblázat 1-ben. A teszt eredményeinek elemzése alapján a hibás átkötő C-fázisának ívkioltó kamrájában található SF₆ gáz bomlástermékei és mikro-víztartalma jelentősen meghaladta a "Villamos átmeneti és transzformációs berendezések állapot-alapú karbantartási tesztjei" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikro-víz ≤ 300 μL/L) [5] szabványban meghatározott határértékeket. Szemben ezzel a többi átkötő gáz kamráinak teszt eredményei normális voltak, nincs semmilyen anomália. A fenti adatok alapján előzetesen feltehető, hogy a hibás átkötő C-fázisának ívkioltó kamrájában belső kilépési hiba lehet.

Táblázat 1 Az SF₆ gáz bomlástermékeit, mikro-víztartalmát és tisztaságát érzékelő adatok

(3) Az átkötő fő izolációs ellenállásának vizsgálata
A hibás átkötő C-fázisának izolációs ellenállásának tesztelésekor a standard műveleti eljárásokat kell követni, és biztosítani kell, hogy az átkötő nyitott állapotban legyen. A teszt során az egyik oldali csöveket földbe kapcsolják, míg a másik oldalon feszültséget alkalmaznak. Így az átkötő minden portjának, valamint a vezető út és a burkolat közötti izolációs teljesítményét átfogóan értékelik.
A tesztadatok elemzése során kiderült, hogy az átkötő C-fázisának izolációs teljesítménye általánosságban elégtelen volt, különösen a II-bus oldali leválasztó port izolációs problémája különösen kiemelkedő volt. A tesztadatok láthatók táblázat 2-ben.

Táblázat 2 A II-bus oldali leválasztó port izolációs tesztadatai

(4) A párhuzamos kondenzátorok kapacitásának és dielektrikus veszteségének tesztelése az átkötő leválasztó portjai között

A helyszíni tesztelési feltételek mellett, mivel nem volt lehetséges külön-külön tesztelni minden leválasztó port kondenzátorának kapacitását, a ABC-fázisú átkötők leválasztó portjai közötti párhuzamos kondenzátorok kapacitásának és dielektrikus veszteségének összehasonlító tesztelési módszert választották. A konkrét műveletek során, amikor az átkötő nyitott állapotban volt, inter-csovopárok (pozitív csatlakozás) és csöv-párföld (negatív csatlakozás) tesztelési módszereket használtak a kapacitás és a dielektrikus veszteség tesztelésére. A tesztadatok láthatók táblázat 3-ban.

Táblázat 3 A hibás átkötő kapacitás és dielektrikus veszteség tesztadatai

Táblázat 3 összehasonlító elemzése alapján kiderült, hogy a pozitív csatlakozású tesztelés során a csövök közötti kapacitás értéke relatíve közel állt az aktuális értékhez. Azonban az átkötő belső mellék-kapacitásainak hatására a mérési érték és a számított érték között továbbra is bizonyos eltérés volt. Ennek ellenére az ABC fázisok leválasztó portjai közötti párhuzamos kondenzátorok teszt eredményeinek alapján a három fázis közötti kapacitásbeli különbségek viszonylag kis mértékűek voltak. Ezen alapján előzetesen megállapították, hogy a C-fázisú leválasztó port párhuzamos kondenzátora normál állapotban volt.

(5) Az átkötő tartály belső részének vizsgálata

A hibakezelési helyszínen a hibás átkötő C-fázisának gázát szakmailag visszaszereztek. Ezután endoszkópot használtak a tartály belső részének részletes vizsgálatához. A részletes vizsgálat után kiderült, hogy a II-bus oldali záróellenállás közelében történt kilépés. Fekete ellenálláscippek darabjai szórtan hevert a tartály alján. Emellett azt is megállapították, hogy az egyik záróellenállás politétrafluroetilénez burkolata repedt, és a tartály aljára esett.

2.1.1 A kapcsoló vizsgálata

Részletes helyszíni vizsgálat után nyilvánvaló égési jeleket találtak a hibás átkötő mindkét oldalán lévő C-fázisú kapcsolók mozgó kontaktjának ívujján. Ezután helyszínen manuálisan működtették a C-fázisú kapcsolót, és az egész művelet simán, akadálytalanul zajlott. Továbbá a vizsgálat során azt is megállapították, hogy nincs varrás a mozgó és a statikus kontaktok között. A nyitás befejezése után további részletes vizsgálatot végeztek a statikus kontakt alapján és a kontaktujjakon, és nem találtak komoly égési jeleket.

2.1.2 A másodlagos berendezések vizsgálata

2022. június 18-án, 12:31:50.758-kor a 750kV alámerési állomás C-fázisú hibás átkötője földre kapcsolt. A hiba bekövetkezése után a vonallal összefüggő optikai differenciálvédő és a 750kV Bus - Ⅱ differenciálvédő helyesen működött. A hibajáradat és a busz differenciálvédő, valamint a vonalvédő működésének részletes elemzése alapján, amikor a kapcsoló zárt állapotban volt (ahol a rendszerfeszültség stabil volt, nincs túlfeszültség), megfigyeltek, hogy a 750kV Bus - Ⅱ hibajáradatot szolgáltatta a hibapontnak. Megjegyzendő, hogy a hibás átkötő busz differenciálvédőjében részt vevő CT₇ és CT₈ nem észlelte a hibajáradat létét. Ez alapján megállapították, hogy a hibapont a CT₇ és a busz közötti területen kell, hogy legyen. Ugyanakkor a vonalvédő CT₁ és CT₂ észlelte a hibajáradat létét, és a hibajáradat értéke elérte a 4,5kA primáris áramot. Ezért további következtetésre jutottak, hogy a hibapont a hibás átkötő CT₂ és a Ⅱ-bus oldali leválasztó port közötti területen kell, hogy legyen. Ez a következtetés összhangban volt a helyszíni belső vizsgálat során megtalált hibapont helyével.

2.2 A lebontás és vizsgálat

Ahogy látható a 2. ábrán, az átkötő lebontása során a tartály belső részének vizsgálata közben a záróellenállás és annak védelmi burkolatának darabjait szórtan találták. A negyedik oszlop záróellenállás néhány ellenálláscippe, amely párhuzamosan volt csatlakoztatva az átkötő fő leválasztó portjával a mechanika oldalán, felrobbant, és a hozzá tartozó két ellenállás védelmi burkolata is szakadt. Az A védelem az ellenállás belső falán nyoma volt a kilépési abrazsolódásnak, és a B védelem is nyoma volt az A-n. Továbbá az izoláló támogató rúd felületén fekete nyomok voltak. Az átkötő összeállításának, gyári tesztelésének és a helyszíni telepítési adatainak ellenőrzése, valamint a fő izoláló részek vizsgálata során nem találtak anomáliát.

3 Hibaoorzati elemzés

A lebontás és elemzés alapján a következő következtetésekre jutottak: A kapcsoló zárása során az ellenállás A védelem először kilépett a tartály belső falához. Ez vezetett anormális áramokhoz a negyedik, harmadik és második oszlop záróellenállásban. Ezután a B védelem kilépett az A-hoz, ami a második és harmadik oszlop ellenállások közötti rövidzárat okozta, és az áram főként a negyedik oszlopban koncentrált. Ez a jelenség drámai módon emelte a negyedik oszlop ellenálláscippeinek hőmérsékletét, végül felrobbant, és az ellenállás védelmi burkolata szakadt és leesett. A kilépés során a magas hőmérsékletű ívok keletkezése sötétedést okozott az izoláló támogató rúd felületén.

A tartály típusú átkötő képes 2100kV vastagsági villámos impulzus feszültség ellenállására. A kapcsoló normális zárása során, bár túlfeszültség fordulhat elő, normális működési feltételek mellett ez a túlfeszültség nem elegendő a kilépési mechanizmus aktiválásához. Azonban a részletes elemzés és következtetés alapján előzetesen gyanítják, hogy a tartályban található külső testek lehetnek. Ezek a külső testek negatív hatással lehetnek az elektromos mező eloszlására, ami a mező torzulását és a SF₆ gáz résszel bíró izoláció erejének túllépését okozza. Ilyen esetben az ellenállás A védelem először kiléphet a tartály belső falához. Mivel a külső testek a tartályban rejtettek lehetnek, a kapcsoló zárása során a generált túlfeszültség a mezőerő hatására mozdíthatja őket a erősebb elektromos mezőhöz, ami a kilépési jelenség bekövetkezését eredményezi.

4 Következtetés

A fejlett kapcsoló berendezések széles körben történő alkalmazása mellett a külső testek okozta tank típusú átkötők és GIS-berendezések tripolói gyakran fordulnak elő. A hibák megelőzése érdekében szükséges a live-line detektálás megerősítése, különösen a gyakran működő átkötők esetében. Ugyanakkor a helyszíni elfogadás során szigorúan ellenőrizni kell, hogy a berendezés 200 mechanikai műveletet végzett-e, hogy biztosítsa a mechanizmus beszerelését, és kerülje a fémmelléktermék hatását a berendezés működésére a beüzemelés után.