750 kV pārvades stacijas SF6 strāvas pārslēguma bojājuma analīze
Felix Spark
Lauks: Neizdošana un remonts
China
Tālrunīšanās par labajām elektriskajām izolācijas īpašībām un loku apgāztādo spēju, šesterfluorūrs (SF₆) gāze tiek plaši izmantota augstsprieguma un ļoti augstsprieguma elektrosistēmās. Salīdzinājumā ar tradicionālajiem loku apgāztājiem, SF₆ loku apgāztāji ir uzticībāki un to darbības laiks ir ilgāks. Tomēr, kā palielinās lietošanas laiks un slodze, SF₆ loku apgāztāju defekti, it īpaši caurāšanās defekti, kļūst par drošas tīkla darbības apdraudējošu faktoru. Caurāšanās defekti ne tikai bojā visus ierīces, bet var arī izraisīt platu mēroga elektrosapgādes traucējumu un ietekmēt tīkla stabilitāti. Kad notiek defekts, tos bieži satver ar lokiem un augstu temperatūru, kas var bojāt iekšējos izolācijas materiālus un metāliskos komponentus, pat var izraisīt ugunsgrēkus un eksplozijas. Tāpēc SF₆ loku apgāztāju caurāšanās defektu mehānismu pētīšana, galveno cēloņu identifikācija un preventīvo pasākumu piedāvāšana ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu elektrosistēmas drošu darbību.
Pašreiz daudzi zinātnieki gan valstī, gan ārvalstīs veic plašas pētījumus par SF₆ loku apgāztāju defektu mehānismiem, galvenokārt fokusējoties uz elektriskās rīcības testēšanu, materiālu novecošanas analīzi un elektriskā lauka sadalījuma simulāciju. Tomēr, tā kā SF₆ loku apgāztāju iekšējā struktūra ir sarežģīta un iesaistīti daudzi faktori, esošie pētījumi joprojām ir ierobežoti. Īpaši attiecībā uz reālās darbības laikā radušos caurāšanās defektiem, tā kā vietas apstākļu ierobežojumi un ierīču demontāžas grūtības, sistēmiskas un pilnīgas pētījumi vēl nav veikti.
Tāpēc šajā rakstā tiek veikta visaptveroša analīze, ieskaitot vietas defektu izmeklēšanu, ierīču demontāžas analīzi un elektriskās rīcības testēšanu, konkrētā pārvadātavas SF₆ loku apgāztāja caurāšanās defektam. Mērķis ir pilnībā atklāt defektu mehānismu un sniegt zinātnisko pamatojumu un tehnisko atbalstu līdzīgu ierīču nākotnes dizaina uzlabošanai, darbībai un uzturēšanai, kā arī defektu novēršanai.
(2) SF₆ Gāzes Sadalījuma Produkta, Mikroudens Saturs un Dzīvība
Vietā tika veikti testi, lai noteiktu defektā gādātāja SF₆ gāzes sadalījuma produktu, mikroudens saturu un dzīvību. Testa dati ir redzami Tabulā 1. Pēc testa rezultātu analīzes, defektā gādātāja C fāzes lokapgaismošanas kamerā SF₆ gāzes sadalījuma produkti un mikroudens saturs būtiski pārsniedza standarta robežas, kas norādītas "Elektrosistēmu nosacījuma balstīto uzturēšanas testu kodeksā" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikroudens ≤ 300 μL/L) [5]. Savukārt pārējo gādātāju gāzkameru testa rezultāti bija normāli, nekas nelabvēlīgi netika atklāts. Pārskatot datus, tiek pieņemts, ka varētu būt iekšējs izplūdes defekts C fāzes lokapgaismošanas kamerā defektā gādātājā.
Tabula 1 SF₆ Gāzes Sadalījuma Produkta, Mikroudens Satura un Dzīvības Testa Dati
(3) Gādātāja Galvenā Izolācijas Uzticamības Pārbaude
Defektā gādātāja C fāzes izolācijas uzticamības testēšanā jāievēro standarta darbības kārtība, un jānodrošina, ka gādātājs atrodas atvērtā stāvoklī. Testēšanas laikā viens pusējais ķermenis tiek saistīts ar zemi, savukārt otrā pusē tiek piemērots spriegums. Šādi tiek pilnībā novērtēta katras gādātāja priekšmetes izolācijas rīcība, kā arī starp vedošo ceļu un ķermenī.
Testa datu analīze parādīja, ka C fāzes gādātāja izolācijas rīcība kopumā nebija pietiekama, īpaši problēmas ar izolācijas rīcību bija acīmredzamas II autobusu puses atslēgšanas priekšmetē. Testa dati ir redzami Tabulā 2.
Defektā gādātāja C fāzes izolācijas uzticamības testēšanā jāievēro standarta darbības kārtība, un jānodrošina, ka gādātājs atrodas atvērtā stāvoklī. Testēšanas laikā viens pusējais ķermenis tiek saistīts ar zemi, savukārt otrā pusē tiek piemērots spriegums. Šādi tiek pilnībā novērtēta katras gādātāja priekšmetes izolācijas rīcība, kā arī starp vedošo ceļu un ķermenī.
Testa datu analīze parādīja, ka C fāzes gādātāja izolācijas rīcība kopumā nebija pietiekama, īpaši problēmas ar izolācijas rīcību bija acīmredzamas II autobusu puses atslēgšanas priekšmetē. Testa dati ir redzami Tabulā 2.
Tabula 2 Izolācijas Testa Dati II Autobusu Puses Atslēgšanas Priekšmetē
(4) Paralēlo Kondensatoru Starp Gādātāja Atslēgšanas Priekšmetiem Kapacitance un Dielektriskā Zaudējuma Testēšana
Vietā testēšanas apstākļos, jo nebijās iespējams individuāli testēt katru atslēgšanas priekšmeta kondensatora kapacitanci, tika izmantota salīdzinoša testēšanas metode paralēlo kondensatoru kapacitance un dielektriskā zaudējuma starp ABC fāžu gādātāju atslēgšanas priekšmetiem. Konkrētā operācijā, kad gādātājs atradās atvērtā stāvoklī, tika izmantotas starppusējās (pozitīvā savienojuma) un pusējās pret zemi (negatīvā savienojuma) testēšanas metodes, lai veiktu kapacitances un dielektriskā zaudējuma testus. Testa dati ir redzami Tabulā 3.
Tabula 3 Defektā Gādātāja Kapacitance un Dielektriskā Zaudējuma Testa Dati
Pēc Tabulas 3 salīdzinošas analīzes, tika atklāts, ka pozitīvā savienojuma starp pusēm iegūtā kapacitance vērtība bija relatīvi tuva faktiskajai vērtībai. Tomēr, tika ietekmēta gādātāja iekšējā strāvas kapacitance, tāpēc bija noteikta atšķirība starp mērīto un aprēķināto vērtību. Tomēr, pēc paralēlo kondensatoru atslēgšanas priekšmetu starp ABC fāžām testa rezultātiem, trīs fāžu kapacitance bija salīdzinoši vienāda. Tāpēc tika pieņemts, ka C fāzes atslēgšanas priekšmeta paralēlais kondensators bija normāls.
(5) Iekšējā Inspekcija Gādātāja Ķermenī
Defektu novēršanas vietā profesionāli tika atgūta defektā gādātāja C fāzes gāze. Tālāk tika izmantots endoskops, lai veiktu detalizētu inspekciju ķermenī. Pēc detalizētas inspekcijas tika atklāts, ka II autobusu puses blakusējā slēgšanas pretestība bija caurā. Melni pretestības čipsu gabali bija izkopoti uz ķermenī. Turklāt tika atklāts, ka vienas slēgšanas pretestības politerfluroetilēna apdare bija sagriezta un bija nokritusi uz ķermenī.
2.1.1 Atslēgšanas Kontaktora Inspekcija
Pēc detalizētas vietējās inspekcijas, bija acīmredzami degsmes zīmes uz C fāzes atslēgšanas kontaktora abām puses kustīgo kontaktu loksnieku daļām. Tālāk, manuāli manipulējot ar C fāzes atslēgšanas kontaktoru, vesels darbības process bija vieglāks bez jebkādu bloķēšanas. Turklāt, pēc inspekcijas, tika novērots, ka starp kustīgo un nemainīgo kontaktu nekad nebija sasaldējušies. Pēc atslēgšanas darbības pabeigšanas, tika veikta detalizēta inspekcija nemainīgā kontakta pamatā un kontakta loksniekos, un neatklāja nopietnas degsmes zīmes.
2.1.2 Otrās Tehnikas Inspekcija
2022. gada 18. jūnijā plkst. 12:31:50.758, 750kV pārvadātavas defektā gādātāja C fāze tika saistīta ar zemi. Pēc defekta, līnijas fiberoptikas diferenciālā aizsardzība un 750kV Bus - Ⅱ diferenciālā aizsardzība pareizi strādāja. Pēc defekta strāvas un Bus - Ⅱ diferenciālā aizsardzības un līnijas aizsardzības darbības dziļā analīze, kad atslēgšanas kontaktors bija slēgts (kurā sistēmas spriegums palika stabils bez pārsprieguma), tika novērots, ka 750kV Bus - Ⅱ nodrošināja defekta strāvu defekta punktam. Jāatzīmē, ka defektā gādātāja bus diferenciālā aizsardzībā iesaistītie CT₇ un CT₈ neuztverēja defekta strāvas pastāvēšanu. Ņemot vērā šo novērojumu, tika secināts, ka defekta punkts bija starp gādātāja CT₇ un bus. Savukārt līnijas aizsardzībai iesaistītie CT₁ un CT₂ uztverēja defekta strāvas pastāvēšanu, un defekta strāvas vērtība sasniedza primāro strāvu 4.5kA. Tāpēc tika turpmāk secināts, ka defekta punkts bija starp defektā gādātāja CT₂ un atslēgšanas priekšmetu II bus pusei. Šis secinājums sakritēja ar vietējās iekšējās inspekcijas atklāto defekta punkta atrašanās vietu.
2.2 Demontāžas Inspekcija
Kā redzams Attēlā 2, gādātāja demontāžas procesā, pētot ķermenī, tika novēroti slēgšanas pretestības un tās aizsargās fragmenti izkopoti apkārt. Ceturta kolonna slēgšanas pretestības daļa, kas bija savienota paralēli ar gādātāja mehānisma puses galveno atslēgšanas priekšmetu, bija eksplodējusi, un atbilstošie divi aizsargās bija sagriezti. A aizsargs pretestībā bija izplūdes abrazīves pazīmes uz ķermenī iekšējā sienā, un B aizsargs arī bija izplūdes abrazīves pazīmes uz A. Tāpat izolācijas atbalsta stāba virsma bija melnišķēja. Pārbaudot gādātāja montāžu, ražošanas testus un vietējās instalācijas datus, un pārbaudot galvenos izolācijas daļas, nekas nelabvēlīgs netika atklāts.
3 Defekta Cēlonu Analīze
Pēc demontāžas analīzes, tika izdarīti šādi secinājumi: Slēgšanas kontaktora darbības laikā, pretestības A aizsargs pirmais izplūdēja uz ķermenī iekšējo sienā. Tas izraisīja nepārējo strāvu ceturtajā, trešajā un otrajā kolonnā slēgšanas pretestībā. Tālāk B aizsargs izplūdēja uz A, izraisot otrā un trešā kolonna pretestību īsu slēgumu, un strāva tika koncentrēta galvenokārt ceturtajā kolonnā. Šī parādība izraisīja pretestības čipu ceturtajā kolonnā strauju temperatūras paaugstināšanos, galu galā izraisot eksplodēšanu, un aizsargās bija sagriezti un nokrituši. Izplūdes procesā, augsta temperatūras loki izraisīja izolācijas atbalsta stāba virsmas melnišķēšanu.
Ķermenī gādātājs var izturēt līdz 2100kV vainaga impulsu. Normālas slēgšanas kontaktora darbības laikā, neskatoties uz iespējamo pārspriegumu, normālos darbības apstākļos šāds pārspriegums nav pietiekams, lai aktivizētu gādātāja izplūdes mehānismu. Tomēr, pēc dziļas analīzes un secinājumiem, tiek pieņemts, ka ķermenī varētu būt ārpussējas objekti. Šie objekti varētu negatīvi ietekmēt elektriskā lauka sadalījumu, izraisot lauka deformāciju un pārsniedzot izolācijas stiprumu, ko var izturēt SF₆ gāzes spraugas. Šādā gadījumā, pretestības A aizsargs varētu pirmais izplūdēt uz ķermenī iekšējo sienā. Ņemot vērā, ka ārpussējas objekti var būt slēpti neuzmanības spraugās, kad slēgšanas kontaktors tiek slēgts ar strāvu, radītais pārspriegums, elektriskā lauka spēka iedarbībā, varētu pārbīdīt objektus uz stiprākiem elektriskajiem laukiem, izraisot lauka deformāciju un izplūdes parādību.
4 Secinājumi
Ņemot vērā pašreizējo augsttehnoloģiju izmantošanu elektrosistēmā, ļoti bieži notiek tādas situācijas kā ķermenī gādātāju un GIS ierīču trieciens, izraisīts ārpussējas objektiem. Lai novērstu šādas situācijas, ir jāpārbauda dzīvā līnija, īpaši palielinot testēšanas biežumu tiem gādātājiem, kuri bieži darbojas. Tāpat, pārbaudot vietējās pieņemšanas, ir jāpārbauda, vai ierīce ir veikusi 200 mehāniskas darbības, lai nodrošinātu mehānismu iestrādāšanu un izvairītos no metāla fragmentu negatīvās ietekmes uz ierīces darbību pēc uzsākšanas.
