Analiza napake prekinitve v preklopniku SF6 v podstanici na 750 kV

Felix Spark

Polje: Nesreče in vzdrževanje

China

Zaradi odličnih lastnosti električne izolacije in sposobnosti za ugasanje lokov se plin šesterfluorid svibine (SF₆) široko uporablja v visokonapetostnih in izredno visokonapetostnih električnih sistemih. V primerjavi z tradicionalnimi preklopniki so SF₆ preklopniki bolj zanesljivi in imajo daljšo življenjsko dobo. Vendar s časom in povečanjem obremenitve postajajo težave SF₆ preklopnikov vedno bolj vidne, še posebej propadne težave, ki so postale skrita nevarnost za varno delovanje električnega omrežja. Propadne težave ne le poškodujejo opremo, ampak lahko tudi povzročijo velike odtaje struje in vplivajo na stabilnost električnega omrežja. Ko se zgodi težava, jo pogosto spremljajo loki in visoke temperature, ki lahko poškodujejo notranje izolacijske material in kovinske komponente, ter celo sprožijo požare in eksplozije. Zato je raziskovanje mehanizmov propadnih težav SF₆ preklopnikov, identifikacija osnovnih vzrokov in predlaganje preventivnih ukrepov zelo pomembno za zagotavljanje varnega delovanja električnega sistema.

Trenutno so domači in tuji znanstveniki izvedli obsežna raziskovanja mehanizmov težav SF₆ preklopnikov, predvsem na področjih, kot so testiranje električnih lastnosti, analiza starenja materialov in simulacija porazdelitve električnega polja. Vendar zaradi kompleksne notranje strukture SF₆ preklopnikov in vključenosti več faktorjev obstajajo omejitve pri obstoječih raziskavah. Še posebej za propadne težave v dejanski operaciji, zaradi omejitev na mestu in težav pri razbiralnem delu, manjka sistemično in celovito raziskovanje.

Zato ta članek izvaja celovito analizo, vključno s preiskavo težav na mestu, razbiralnim analiziranjem in testiranjem električnih lastnosti, za propadno težavo SF₆ preklopnika v določeni pretvorjalni postaji. Cilj je celovito razkrivati mehanizem težave in pružati znanstveno podlago in tehnično podporo za izboljšave v projektiranju, delovanju in vzdrževanju ter preprečevanju težav podobne opreme v prihodnosti.

(2) Merjenje produktov razcepa plina SF₆, vsebnosti mikrovode in čistote

Na mestu so izvedeni testi produktov razcepa plina SF₆, vsebnosti mikrovode in čistote za težavnega preklopnika. Podatki testov so prikazani v Tabeli 1. Na podlagi analize rezultatov testov so produkti razcepa plina SF₆ in vsebnost mikrovode v ugasevalnem prostoru faze C težavnega preklopnika značilno presegala standardne omejitve, določene v "Pravilniku za usmerjeno vzdrževalno testiranje prenosnih in pretvarjalnih naprav" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikrovoda ≤ 300 μL/L) [5]. V nasprotju s tem so bili rezultati testov plinskih prostorov ostalih preklopnikov normalni, brez zaznamanih anomalij. Na podlagi zgornjih podatkov je možno predpostaviti, da bi lahko v ugasevalnem prostoru faze C težavnega preklopnika nastopila težava s propadom.

Tabela 1 Podatki testa produktov razcepa plina SF₆, vsebnosti mikrovode in čistote

(3) Preverjanje glavne izolacijske upornosti preklopnika
Med testom izolacijske upornosti faze C težavnega preklopnika morajo biti slednjeni standardni operativni postopki in zagotovljeno, da je preklopnik v stanju odprtih kontaktnih točk. Med testom je ena stran naboja zazemljena, medtem ko se napetost uporablja na drugi strani. S tem se celovito oceni izolacijska zmogljivost vsakega porta preklopnika in tudi med vodilnim tokom in motnjico.
Analiza podatkov testa je pokazala, da je izolacijska zmogljivost faze C preklopnika splošno nedostatna, zlasti je izstopajoča težava s izolacijo pri odvoznem portu na strani Ⅱ-bus preklopnika. Podatki testa so prikazani v Tabeli 2.

Tabela 2 Podatki testa izolacije na odvoznem portu na strani Ⅱ-bus preklopnika

(4) Testiranje kapacitance in dielektričnih izgub paralelnih kondenzatorjev med prekinitvenimi porti preklopnika

V okviru testiranja na mestu, ker ni bilo mogoče individualno testirati kapacitance vsakega prekinitvenega portnega kondenzatorja, je bil uporabljen primerjavni metod za merjenje kapacitance in dielektričnih izgub paralelnih kondenzatorjev med prekinitvenimi porti preklopnikov faza ABC. Pri specifičnem izvajanju, z preklopnikom v stanju odprtih kontaktnih točk, so bile uporabljene metode testiranja med naboji (pozitivna vez) in naboji-do-zemlje (negativna vez) za izvajanje testov kapacitance in dielektričnih izgub. Podatki testa so prikazani v Tabeli 3.

Tabela 3 Podatki testa kapacitance in dielektričnih izgub težavnega preklopnika

Preko primerjalne analize Tabele 3 je bilo ugotovljeno, da je vrednost kapacitance, dobljena z pozitivno vezjo med naboji, relativno blizu dejanske vrednosti. Vendar je zaradi stranskih kapacitanc notranjosti preklopnika še vedno obstajala določena odstopanja med meritveno in izračunano vrednostjo. Vendar pa iz rezultatov testa paralelnih kapacitanc prekinitvenih portov med fazami ABC so bila razlika v kapacitanci med tremi fazami relativno majhna. Na podlagi tega je bilo predvideno, da je stanje paralelnega kondenzatorja prekinitvenega porta faze C normalno.

(5) Preverjanje notranjosti tanka preklopnika

Na mestu obravnave težave je bil plin faze C težavnega preklopnika strokovno zbiran. Nato je bil uporabljen endoskop za globoko preverjanje notranjosti tanka. Po podrobni preverjanji je bilo ugotovljeno, da je prišlo do propada zaporne upornosti blizu strani Ⅱ-bus. Črne fragmenti čipa upornosti so bili razpršeni na dnu tanka. Poleg tega je bilo tudi ugotovljeno, da je petfluoretenova etilenasta prepona ene od zapornih upornosti trčila in odpadla na dno tanka.

2.1.1 Preverjanje ločevalnega preklopnika

Po podrobni preverjanji na mestu so bile očitne ožogi na delih arčnih prstov premičnih kontaktov na obeh straneh faze C ločevalnih preklopnikov na obeh straneh težavnega preklopnika. Nato je bilo z ročnim delovanjem ločevalnega preklopnika faze C na mestu izvedeno gladko, brez kakršnekoli zaklepavanja. Poleg tega je bilo opaženo, da ni bilo varilnega pojavana med premičnimi in statičnimi kontakti. Po dokončanem odpiranju je bilo izvedeno podrobno preverjanje statičnega kontaktne osnove in kontaktne prste, pri čemer ni bilo najdenih resnih ožogov.

2.1.2 Preverjanje sekundarnih naprav

Ob 12:31:50.758 dne 18. junija 2022 je faza C težavnega preklopnika v 750kV pretvorjalni postaji bila zazemljena. Po nastopu težave sta pravilno delovala vlaknova diferencialna zaščita in diferencialna zaščita 750kV Bus - Ⅱ. Skozi podrobno analizo težavnega toka in delovanja diferencialne zaščite busa in linije je bilo opaženo, da je 750kV Bus - Ⅱ posreduval težavnega toka na mesto težave, medtem ko je bil ločevalni preklopnik v stanju zaprtih kontaktnih točk (sicer je bil sistemski napon stabilni, brez prekomernega napona). Opomba vredno je, da transformatorji toka (CT₇ in CT₈), vključeni v diferencialno zaščito težavnega preklopnika, nista zaznala prisotnosti težavnega toka. Na podlagi tega opažanja je bilo določeno, da bi mesto težave moralo biti v območju med preklopnikom CT₇ in busom. Sicer so transformatorji toka (CT₁ in CT₂) za linijo zaznali prisotnost težavnega toka, katerega vrednost je dosegl primarni tok 4,5kA. Torej je bilo dodatno predpostavljeno, da bi mesto težave moralo biti v območju med CT₂ težavnega preklopnika in prekinitvenim portom na strani Ⅱ-bus preklopnika. Ta predpostavka je bila v skladu s položajem mesta težave, ki je bil najden na mestu notranjega preverjanja.

2.2 Razbiralno preverjanje

Kot je prikazano na Sliki 2, med preverjanjem notranjosti tanka med razbiralnim postopkom preklopnika, so bili opaženi fragmenti zaporne upornosti in njenega zaščitnega omota razpršeni okoli. Nekatere čipe upornosti četrte vrstice zaporne upornosti, ki je bila vzporedno povezana z glavnim prekinitvenim portom na strani mehanizma preklopnika, so ekspirirale, in ustrezni dva zaščitna omota upornosti so se tudi raztrgala. Endskrnjava A upornosti je pokazala sledi izpuščanja ablacije na notranji steni tanka, in skrnjava B je tudi pokazala sledi izpuščanja ablacije na A. Poleg tega je površina izolacijskega podpornega palice pokazala črne sledi. S pregledom montaže, tovarniških testov in podatkov o namestitvi na mestu preklopnika, in preverjanjem glavnih izolacijskih delov, ni bilo najdenih anomalij.

3 Analiza vzrokov težave

Skupaj s razbiralno analizo so bili pritegnjeni naslednji zaključki: Med postopkom zapiranja ločevalnega preklopnika je najprej endskrnjava A upornosti izpuščala na notranjo steno tanka. To je vodilo do nenormalnih tokov v četrtem, tretjem in drugem stolpcu zapornih upornosti. Nato je skrnjava B izpuščala na A, kar je povzročilo kratico drugi in tretji vrstice upornosti, in tok je bil predvsem koncentriran v četrtem stolpcu. Ta pojav je povzročil hitro povišanje temperature čipov upornosti v četrtem stolpcu, kar je končno vodilo do eksplozije, in zaščitni omot upornosti se je raztrgal in odpadel. Med postopkom izpuščanja je nastanek visokotemperaturnih lokov povzročil, da se površina izolacijske podpornega palice posmrtila.

Tank preklopnika lahko izdrži udarno napetost do 2100kV. Med normalnim postopkom zapiranja ločevalnega preklopnika, čeprav se lahko pojavi prekomerna napetost, v normalnih delovnih pogoji ta stopnja prekomerne napetosti ni zadostna, da bi sprožila mehanizem izpuščanja preklopnika. Vendar s podrobno analizo in predpostavkami, je bilo predvideno, da bi lahko notranjosti tanka vsebovale tuje telesa. Te tuje telesa lahko negativno vplivajo na porazdelitev električnega polja, kar povzroči, da se električno polje izkrivi in preseže izolacijsko moč, ki jo lahko izdrži SF₆ plinskih luknje. V tem primeru bi lahko endskrnjava A upornosti najprej izpuščala na notranjo steno tanka. Upoštevajoč, da bi lahko tuje telesa notranjosti tanka bile skrite v nezaznamanih ravninah, ko je ločevalni preklopnik zapiran z napajanjem, bi lahko prekomerna napetost, generirana z električnim poljem, premaknila tuje telesa v območja z močnejšim električnim poljem, kar bi povzročilo izkrivljenost električnega polja in vodilo do nastanka pojavov izpuščanja.

4 Zaključek

Zaradi obsežne uporabe naprednih preklopnih naprav v električnem sistemu se pogosto dogajajo nesreče, kot so padci tank preklopnikov in GIS opreme zaradi tuje telesa. Za preprečevanje takšnih težav je potrebno okrepiti delo z nadzorom z napajanjem, zlasti z povečanjem frekvence testiranja preklopnikov, ki pogosto delujejo. Tako, med prejemom na mestu, je treba strogo preveriti, ali je oprema izvedla 200 mehanskih operacij, da bi zagotovili trenje mehanizma in preprečili negativne učinke metalnih odlomkov na delovanje opreme po vpeljavi.

Podari in ohrani avtorja!