Analiza greške raspada SF6 prekidača u podstanici od 750 kV

Felix Spark

Polje: Kvar i održavanje

China

Zahvaljujući svojim izvanrednim elektroizolacionim osobinama i sposobnostima gasenja luka, šestfluorid sumpora (SF₆) gas se široko koristi u visokonaponskim i extra-visokonaponskim sistemu snabdevanja električnom energijom. U poređenju sa tradicionalnim prekidačima, SF₆ prekidači su pouzdaniji i imaju duži vek trajanja. Međutim, kako se povećava vreme korišćenja i opterećenje, greške SF₆ prekidača postepeno nastaju, posebno greške usled proboja, koje su postale skrivena opasnost za bezbednu radnju mreže. Greške proboja ne samo što oštećuju opremu, već mogu dovesti do velikih isključivanja struje i uticati na stabilnost mreže. Kada dođe do greške, prateći lukovi i visoke temperature mogu oštetiti unutrašnje izolacione materijale i metaličke komponente, a čak i izazvati požare i eksplozije. Stoga je istraživanje mehanizma grešaka proboja SF₆ prekidača, identifikacija temeljnih uzroka i predlaganje preventivnih mera od velike važnosti za osiguranje bezbedne radnje sistema snabdevanja električnom energijom.

Trenutno, domaći i strani naučnici su provedli obilazna istraživanja mehanizama grešaka SF₆ prekidača, fokusirajući se uglavnom na aspekte poput testiranja električnih performansi, analize starenja materijala i simulacije raspodele električnog polja. Međutim, zbog složene interne strukture SF₆ prekidača i uključenosti više faktora, postojeće istraživanje još uvek ima ograničenja. Posebno za greške proboja u stvarnoj operaciji, zbog ograničenja na mestu i teškoće dekompletiranja opreme, nedostaje sistematsko i kompleksno istraživanje.

Stoga ovaj rad vrši kompleksnu analizu, uključujući istraživanje grešaka na mestu, dekompletiranje i analizu opreme i testiranje električnih performansi, za grešku proboja SF₆ prekidača u određenoj transformatornoj stanici. Cilj je da se kompletan mehanizam greške otkrije i da se pruži znanstvena osnova i tehnička podrška za poboljšanje dizajna, održavanje i prevenciju grešaka slične opreme u budućnosti.

(2) Detekcija produkata rastavljajućeg SF₆ gaza, sadržaja mikro-vode i čistoće

Na mestu su provedeni testovi produkata rastavljajućeg SF₆ gaza, sadržaja mikro-vode i čistoće defektnog prekidača. Test podaci prikazani su u Tabeli 1. Prema analizi rezultata testiranja, produkati rastavljajućeg SF₆ gaza i sadržaj mikro-vode u gasnom zagradu fazne C defektnog prekidača su značajno prekoracili standardne granice navedene u "Pravilniku o uslovno-osnovanim ispitivanjima opreme za prenos i transformaciju struje" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikro-voda ≤ 300 μL/L) [5]. U suprotnom, test rezultati drugih gasnih zagrada prekidača bili su normalni, bez otkrivenih anomalija. Na osnovu gore navedenih podataka, pretpostavlja se da može biti greške proboja unutar gasne zagrade fazne C defektnog prekidača.

Tabela 1 Test podaci produkata rastavljajućeg SF₆ gaza, sadržaja mikro-vode i čistoće

(3) Ispitivanje glavnog otpora izolacije prekidača
Tokom testiranja otpora izolacije fazne C defektnog prekidača, moraju se prati standardne procedure i mora se osigurati da je prekidač u otvorenom stanju. Tijekom testiranja, jedna strana presednice se zemlji dok se napona druga strana. Time se kompletan pregled izolacionih performansi svake ulazne točke prekidača, kao i između vodnog puta i kućišta, obavija.
Analizom test podataka otkriveno je da su izolacione performanse fazne C prekidača općenito nedovoljne, posebno izolacioni problem na odvojnoj točki na strani II-bus prekidača bio je izrazito izražen. Test podaci prikazani su u Tabeli 2.

Tabela 2 Ispitni podaci izolacije na odvojnoj točki na strani II-bus prekidača

(4) Testiranje kapaciteta i dielektričnih gubitaka paralelnih kondenzatora između prekidnih točaka prekidača

Pod uslovima testiranja na mestu, jer nije bilo moguće pojedinačno testirati kapacitet svakog prekidnog kondenzatora, primenjen je metod usporednog testiranja kapaciteta i dielektričnih gubitaka paralelnih kondenzatora između prekidnih točaka prekidača ABC faze. Tokom specifične operacije, sa prekidačem u otvorenom stanju, korišćeni su metodi između presednice (pozitivna veza) i presednice-zemlja (negativna veza) za testiranje kapaciteta i dielektričnih gubitaka. Test podaci prikazani su u Tabeli 3.

Tabela 3 Test podaci kapaciteta i dielektričnih gubitaka defektnog prekidača

Usporedbom Tablice 3 otkriveno je da je vrijednost kapaciteta dobivena pozitivnim spajanjem između presednica relativno bliska stvarnoj vrijednosti. Međutim, utjecajem stranih kapaciteta unutar prekidača, postoji određena devijacija između izmjerene i izračunate vrijednosti. Ipak, iz rezultata testiranja paralelnih kapaciteta prekidnih točaka između faza ABC, razlike u kapacitetu između tri faze bile su relativno male. Na temelju toga, preliminarno se zaključilo da je stanje paralelnog kondenzatora prekidne točke faze C normalno.

(5) Ispitivanje unutar spremnika prekidača

Na mestu obrade greške, gas faze C defektnog prekidača profesionalno je vraćen. Zatim je upotrebjen endoskop za detaljnu inspekciju unutar spremnika. Nakon detaljnog pregleda, otkriveno je da je zatvarajući otpornik blizu strane II-bus imao proboj. Crne fragmenti otpornika bile su rasute na dnu spremnika. Također je otkriveno da je tetrafluoroetilenova omotačka jednog od zatvarajućih otpornika pukla i pala na dno spremnika.

2.1.1 Ispitivanje odvojnog prekidača

Nakon detaljnog pregleda na mestu, očigledne tragove sagorevanja otkriveni su na dijelu arčnih prstiju pokretnih kontakata na obje strane faze C odvojnih prekidača na obje strane defektnog prekidača. Zatim, ručnim upravljanjem odvojnim prekidačem faze C na mestu, cijeli proces rada bio je gladak bez ikakvih blokada. Također, tokom pregleda, otkriveno je da ne postoji fenomen zavarivanja između pokretnih i statičnih kontakata. Nakon završetka otvaranja, detajlno je pregledano temelje statičnih kontakata i prste, a nisu pronađeni ozbiljni tragovi sagorevanja.

2.1.2 Ispitivanje sekundarne opreme

18. juna 2022. godine u 12:31:50.758, faza C defektnog prekidača u 750kV transformatorskoj stanici bila je zemljena. Nakon događaja, vlaknska diferencijalna zaštita linije i diferencijalna zaštita bus-a 750kV Bus - Ⅱ ispravno su reagirale. Dubokom analizom strujnog signala greške i rada diferencijalne zaštite bus-a i zaštite linije, kada su odvojni prekidači bili u zatvorenom stanju (pri čemu je sistemski napon ostao stabilan bez prenapona), uočeno je da je 750kV Bus - Ⅱ dostavljao strujni signal greške tački greške. Važno je napomenuti da CT₇ i CT₈ uključeni u diferencijalnu zaštitu defektnog prekidača nisu otkrili prisustvo strujnog signala greške. Na osnovu toga, zaključeno je da bi tačka greške trebalo da se nalazi u području između prekidača CT₇ i bus-a. S druge strane, CT₁ i CT₂ za zaštitu linije su otkrile prisustvo strujnog signala greške, a vrijednost strujnog signala greške dossegla je primarnu struju od 4,5 kA. Stoga se dalje zaključilo da se tačka greške nalazi u području između CT₂ defektnog prekidača i prekidne točke na strani Ⅱ-bus prekidača. Ovaj zaključak je bio u skladu sa lokacijom tačke greške koja je otkrivena tokom internog pregleda na mestu.

2.2 Dekompletiranje i pregled

Kao što je prikazano na Slici 2, tokom pregleda unutrašnjosti spremnika tijekom dekompletiranja prekidača, fragmenti zatvarajućeg otpornika i njegovog zaštitnog omotača bile su rasute oko. Neke fragmenti čipova otpornika četvrte kolone, koji su bili spojeni paralelno s glavnim prekidnim portom na strani mehanizma prekidača, eksplodirale su, a odgovarajući dva zaštitna omotača su također puknuli. Unutarnja strana rezervoara A otpornika pokazala je traga dischargiranja ablacije, a B rezervuar također je pokazao traga dischargiranja na A. Također, površina izolacionog nosača pokazala je crne tragove. Proverom montažnih, fabričnih testova i podataka o montaži na mestu prekidača, te pregledom glavnih izolacionih dijelova, nisu pronađene anomalije.

3 Analiza uzroka greške

Dekompletiranjem i analizom dovedeno je do sljedećih zaključaka: Tijekom procesa zatvaranja odvojnog prekidača, zaštitni rezervoar A otpornika prvo je dischargirao na unutarnju stranu spremnika. To je dovelo do anormalnih struja u četvrtom, trećem i drugom stupcu zatvarajućih otpornika. Zatim, B rezervoar je dischargirao na A, što je dovelo do kratak spoja drugog i trećeg stupca otpornika, a struja je bila koncentrirana u četvrtom stupcu. Ovaj fenomen dovelo je do naglog porasta temperature čipova otpornika u četvrtom stupcu, što je konačno dovelo do eksplozije, a zaštitni omotač otpornika je puknuo i otpao. Tijekom procesa dischargiranja, generisanje visokotemperaturnih lukova dovelo je do crnenja površine izolacionog nosača.

Spremnički prekidač može izdržati munjasti impulsnog napona do 2100kV. Tijekom normalnog procesa zatvaranja odvojnog prekidača, iako se može javiti prenapon, u normalnim radnim uvjetima, taj nivo prenapona nije dovoljan da aktivira mehanizam dischargiranja prekidača. Međutim, dubokom analizom i dedukcijom, pretpostavlja se da može postojati stranac unutar spremnika. Taj stranac može imati negativan uticaj na raspodelu električnog polja, dovodeći do distorzije polja i prelaska preko izolacione čvrstoće koju SF₆ gasni razmak može izdržati. U tom slučaju, zaštitni rezervoar A otpornika može prvo dischargirati na unutarnju stranu spremnika. Imajući u vidu da stranac unutar spremnika može biti sakriven u nerazaznatim šupljini, kada se odvojni prekidač zatvori pod napajanjem, generisani prenapon, pod dejstvom sile električnog polja, može premjestiti stranac u područje s jačim električnim poljem, što dovodi do distorzije polja i pojavljuje se dischargiranje.

4 Zaključak

S obzirom na široko korišćenje napredne prekidačke opreme u sistemu snabdevanja električnom energijom, incidenti poput isključivanja spremničkih prekidača i GIS opreme zbog stranaca često se dešavaju. Da bi se takve greške sprečile, potrebno je jačati rad pod napajanjem, posebno povećavajući frekvenciju kontrola prekidača koji često rade. U isto vreme, tokom prihvatanja na mestu, treba strogo proveriti da li je oprema završila 200 mehaničkih radnji kako bi se osigurala prilagođenost mehanizma i izbegli negativni uticaji metalnih komada na rad opreme nakon komisionisanja.