Analisis kegagalan pemutus litar SF6 di substesen 750 kV

Felix Spark

Medan: Kegagalan dan Pemeliharaan

China

Oleh kerana sifat pemisah elektrik yang cemerlang dan keupayaan memadam lengas, gas sulfur heksafluorida (SF₆) telah digunakan secara meluas dalam sistem kuasa tegangan tinggi dan sangat tinggi. Berbanding dengan pemutus litar tradisional, pemutus litar SF₆ lebih boleh dipercayai dan mempunyai jangka hayat yang lebih panjang. Walau bagaimanapun, seiring dengan peningkatan masa penggunaan dan beban, kerosakan pada pemutus litar SF₆ muncul secara beransur-ansur, terutamanya kerosakan pemecahan, yang telah menjadi ancaman tersembunyi kepada operasi selamat grid kuasa. Kerosakan pemecahan tidak hanya merosakkan peralatan tetapi juga boleh menyebabkan gangguan kuasa berskala besar dan memberi kesan kepada kestabilan grid kuasa. Apabila kerosakan berlaku, disertai oleh lengas dan suhu tinggi, ia mungkin merosakkan bahan-bahan pemisah dalaman dan komponen logam, dan bahkan boleh memicu kebakaran dan letupan. Oleh itu, mengkaji mekanisme kerosakan pemecahan pemutus litar SF₆, mengenal pasti punca asas, dan mencadangkan langkah-langkah pencegahan adalah amat penting untuk menjamin operasi selamat sistem kuasa.

Pada masa kini, para cendekiawan di dalam dan luar negara telah melakukan penyelidikan yang luas tentang mekanisme kerosakan pemutus litar SF₆, terutamanya fokus kepada aspek seperti ujian prestasi elektrik, analisis pencetus usia, dan simulasi taburan medan elektrik. Walau bagaimanapun, disebabkan struktur dalaman pemutus litar SF₆ yang kompleks dan melibatkan pelbagai faktor, penyelidikan sedia ada masih mempunyai had. Terutamanya untuk kerosakan pemecahan dalam operasi sebenar, disebabkan oleh had-had keadaan di tapak dan kesukaran membongkar peralatan, tiada penyelidikan sistematik dan menyeluruh.

Oleh itu, makalah ini melakukan analisis menyeluruh, termasuk penyiasatan kerosakan di tapak, analisis pembongkaran peralatan, dan ujian prestasi elektrik, untuk kerosakan pemecahan pemutus litar SF₆ di sebuah substation tertentu. Tujuannya adalah untuk mengungkapkan secara menyeluruh mekanisme kerosakan dan memberikan asas saintifik serta sokongan teknikal untuk penambahbaikan reka bentuk, operasi dan penyelenggaraan, serta pencegahan kerosakan peralatan serupa di masa depan.

(2) Pengesanan Hasil Pemecahan Gas SF₆, Kandungan Air Mikro, dan Kebersihan

Ujian di tapak telah dilakukan untuk hasil pemecahan gas SF₆, kandungan air mikro, dan kebersihan pemutus litar yang rosak. Data ujian ditunjukkan dalam Jadual 1. Berdasarkan analisis hasil ujian, hasil pemecahan gas SF₆ dan kandungan air mikro di dalam bilik pemadam lengas fasa C pemutus litar yang rosak secara signifikan melebihi had piawai yang dinyatakan dalam "Kod Ujian Penyelenggaraan Berdasarkan Keadaan Peralatan Penghantaran dan Penjanaan Kuasa" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, air mikro ≤ 300 μL/L) [5]. Sebaliknya, hasil ujian bilik gas pemutus litar lain semua normal, tanpa ketidaknormalan dikesan. Berdasarkan data di atas, dapat diperkirakan bahawa mungkin terdapat kerosakan pelepasan di dalam bilik pemadam lengas fasa C pemutus litar yang rosak.

Jadual 1 Data Ujian Hasil Pemecahan Gas SF₆, Kandungan Air Mikro, dan Kebersihan

(3) Pemeriksaan Rintangan Pemisah Utama Pemutus Litar
Semasa ujian rintangan pemisah fasa C pemutus litar yang rosak, prosedur operasi standard mesti dipatuhi, dan mesti dipastikan bahawa pemutus litar berada dalam keadaan sambungan terbuka. Semasa ujian, satu bushing disambung ke tanah manakala voltan dikenakan pada bushing yang lain. Dengan cara ini, prestasi pemisah setiap port pemutus litar, serta antara litar konduktif dan casing, dinilai secara menyeluruh.
Melalui analisis data ujian, didapati bahawa prestasi pemisah fasa C pemutus litar secara umumnya tidak mencukupi, terutamanya masalah prestasi pemisah di port putus pada sisi bus Ⅱ pemutus litar sangat mencolok. Data ujian ditunjukkan dalam Jadual 2.

Jadual 2 Data Ujian Pemisah di Port Putus pada Sisi Bus Ⅱ Pemutus Litar

(4) Ujian Kapasitansi dan Rugi Daya Dielektrik Kapasitor Paralel Antara Port Putus Pemutus Litar

Dalam keadaan ujian di tapak, kerana tidak mungkin untuk menguji kapasitansi setiap kapasitor port putus secara individu, kaedah ujian perbandingan untuk kapasitansi dan rugi daya dielektrik kapasitor paralel antara port putus pemutus litar fasa ABC telah digunakan. Semasa operasi spesifik, dengan pemutus litar dalam keadaan sambungan terbuka, kaedah ujian antara bushing (sambungan positif) dan bushing ke tanah (sambungan negatif) digunakan untuk menguji kapasitansi dan rugi daya dielektrik. Data ujian ditunjukkan dalam Jadual 3.

Jadual 3 Data Ujian Kapasitansi dan Rugi Daya Dielektrik Pemutus Litar yang Rosak

Melalui analisis perbandingan Jadual 3, didapati bahawa nilai kapasitansi yang diperoleh dari ujian sambungan positif antara bushing agak hampir dengan nilai sebenar. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kapasitansi parasit di dalam pemutus litar, masih terdapat sesetengah perbezaan antara nilai yang diukur dan nilai yang dikira. Namun, berdasarkan hasil ujian kapasitor paralel port putus antara fasa ABC, perbezaan kapasitansi antara tiga fasa agak kecil. Berdasarkan ini, dapat diperkirakan bahawa keadaan kapasitor paralel port putus fasa C adalah normal.

(5) Pemeriksaan Di Dalam Tangki Pemutus Litar

Di tapak penyelesaian kerosakan, gas fasa C pemutus litar yang rosak telah dipulihkan secara profesional. Setelah itu, endoskop digunakan untuk melakukan pemeriksaan mendalam di dalam tangki. Selepas pemeriksaan terperinci, didapati bahawa rintangan penutup berhampiran sisi bus Ⅱ telah pecah. Serpihan chip rintangan hitam tersebar di dasar tangki. Selain itu, juga didapati bahawa selubung politetrafluoroetilena salah satu rintangan penutup telah retak dan jatuh ke dasar tangki.

2.1.1 Pemeriksaan Peralatan Putus Hubung

Selepas pemeriksaan terperinci di tapak, tanda-tanda terbakar yang ketara ditemui pada bahagian jari lengas kontak bergerak pada kedua-dua sisi fasa C peralatan putus hubung di kedua-dua sisi pemutus litar yang rosak. Kemudian, dengan mengoperasikan peralatan putus hubung fasa C di tapak, proses operasi seluruhnya lancar tanpa sebarang tersangkut. Selain itu, semasa pemeriksaan, didapati bahawa tidak terdapat fenomena penyambungan antara kontak bergerak dan kontak statik. Setelah operasi putus selesai, pemeriksaan terperinci terhadap asas kontak statik dan jari-jari kontak dilakukan, dan tidak ditemui tanda-tanda terbakar yang serius.

2.1.2 Pemeriksaan Peralatan Sekunder

Pada 12:31:50.758 pada 18 Jun 2022, fasa C pemutus litar yang rosak di substation 750kV telah ditanahkan. Selepas kerosakan berlaku, perlindungan perbezaan optik jalur dan perlindungan perbezaan bus 750kV Bus - Ⅱ kedua-duanya beroperasi dengan betul. Melalui analisis mendalam arus kerosakan dan operasi perlindungan perbezaan bus dan perlindungan jalur, apabila peralatan putus hubung berada dalam keadaan sambungan (di mana voltan sistem kekal stabil tanpa overvolt), didapati bahawa 750kV Bus - Ⅱ mensuplai arus kerosakan ke titik kerosakan. Patut diberi perhatian bahawa CT₇ dan CT₈ yang terlibat dalam perlindungan perbezaan bus pemutus litar yang rosak tidak mengesan keberadaan arus kerosakan. Berdasarkan pemerhatian ini, ditentukan bahawa titik kerosakan harus berada di kawasan antara pemutus litar CT₇ dan bus. Sementara itu, CT₁ dan CT₂ untuk perlindungan jalur mengesan keberadaan arus kerosakan, dan nilai arus kerosakan mencapai arus utama 4.5kA. Oleh itu, dapat diperkirakan bahawa titik kerosakan berada di kawasan antara CT₂ pemutus litar yang rosak dan port putus pada sisi bus Ⅱ pemutus litar. Inferensi ini sesuai dengan lokasi titik kerosakan yang ditemui dalam pemeriksaan dalaman di tapak.

2.2 Pemeriksaan Pembongkaran

Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, semasa pemeriksaan di dalam tangki semasa proses pembongkaran pemutus litar, serpihan rintangan penutup dan selubung pelindungnya diperhatikan tersebar di sekitar. Beberapa chip rintangan keempat, yang disambungkan secara paralel dengan port putus utama pada sisi mekanisme pemutus litar, telah meledak, dan dua selubung pelindung rintangan yang berkaitan juga telah pecah. Shield A rintangan menunjukkan jejak abrasi pelepasan pada dinding dalam tangki, dan shield B juga menunjukkan jejak abrasi pelepasan pada A. Selain itu, permukaan batang sokongan insulasi menunjukkan jejak hitam. Dengan memeriksa data perakitan, ujian kilang, dan pemasangan di tapak pemutus litar, dan memeriksa bahagian insulasi utama, tidak ditemui ketidaknormalan.

3 Analisis Punca Kerosakan

Melalui analisis pembongkaran, kesimpulan berikut ditarik: Semasa proses penutupan peralatan putus hubung, shield A rintangan pertama kali melepaskan ke dinding dalam tangki. Ini menyebabkan arus tidak normal dalam rintangan penutup keempat, ketiga, dan kedua. Kemudian, shield B melepaskan ke A, menyebabkan rintangan kedua dan ketiga short-circuit, dan arus utama terpusat pada kolom keempat. Fenomena ini menyebabkan suhu chip rintangan di kolom keempat meningkat dengan cepat, akhirnya menyebabkan ledakan, dan selubung pelindung rintangan pecah dan terlepas. Semasa proses pelepasan, generasi lengas suhu tinggi menyebabkan permukaan batang sokongan insulasi menjadi hitam.

Pemutus litar jenis tangki boleh menahan voltan impuls petir sehingga 2100kV. Semasa proses penutupan normal peralatan putus hubung, walaupun overvolt mungkin berlaku, dalam keadaan operasi normal, tahap overvolt ini tidak cukup untuk memicu mekanisme pelepasan pemutus litar. Walau bagaimanapun, melalui analisis mendalam dan inferensi, dicurigai bahawa mungkin terdapat objek asing di dalam tangki. Objek asing ini mungkin memberi kesan negatif terhadap taburan medan elektrik, menyebabkan medan elektrik terdistorsi dan melebihi kekuatan pemisah yang dapat ditanggung oleh jurang gas SF₆. Dalam keadaan ini, shield A rintangan mungkin melepaskan ke dinding dalam tangki. Mengingat objek asing di dalam tangki mungkin tersembunyi di celah-celah yang tidak dapat dilihat, apabila peralatan putus hubung ditutup dengan tenaga, overvolt yang dihasilkan mungkin, di bawah tindakan daya medan elektrik, memindahkan objek asing ke kawasan dengan medan elektrik yang lebih kuat, sehingga menyebabkan distorsi medan elektrik dan memicu fenomena pelepasan.

4 Kesimpulan

Mengingat penggunaan meluas peralatan pemutus litar canggih dalam sistem kuasa, kemalangan seperti trip pemutus litar jenis tangki dan peralatan GIS disebabkan oleh objek asing berlaku dengan kerap. Untuk mencegah kerosakan sedemikian, perlu memperkuatkan kerja deteksi hidup, terutamanya meningkatkan frekuensi deteksi untuk pemutus litar yang beroperasi secara kerap. Pada masa yang sama, semasa penerimaan di tapak, patut diperiksa secara ketat sama ada peralatan telah menyelesaikan 200 operasi mekanikal untuk memastikan running-in mekanisme dan mengelakkan kesan buruk serpihan logam terhadap operasi peralatan selepas komisen.

Berikan Tip dan Galakkan Penulis