Analys av driftstoppet för SF6-brytaren i en 750 kV understation

Felix Spark

Fält: Misslyckande och underhåll

China

På grund av dess utmärkta elektriska isolerande egenskaper och strömbrytningsförmåga har svavexahexafluorid (SF₆) gas blivit brett använd i högspännings- och extra-högspänningssystem. Jämfört med traditionella strömbrytare är SF₆-strömbrytare mer tillförlitliga och har en längre livslängd. När användningstiden och belastningen ökar, dyker dock fel på SF₆-strömbrytarna gradvis upp, särskilt nedbrytningsfel, vilket har blivit ett dolt hot mot det säkra driftsättet av elkraftnätet. Nedbrytningsfel skadar inte bara utrustningen, utan kan också leda till stora strömavbrott och påverka elkraftnätets stabilit性：确保内容完整，但这里不需要翻译为中文。以下是完整的瑞典语翻译： ```html

På grund av dess utmärkta elektriska isolerande egenskaper och strömbrytningsförmåga har svavexahexafluorid (SF₆) gas blivit brett använd i högspännings- och extra-högspänningssystem. Jämfört med traditionella strömbrytare är SF₆-strömbrytare mer tillförlitliga och har en längre livslängd. När användningstiden och belastningen ökar, dyker dock fel på SF₆-strömbrytarna gradvis upp, särskilt nedbrytningsfel, vilket har blivit ett dolt hot mot det säkra driftsättet av elkraftnätet. Nedbrytningsfel skadar inte bara utrustningen, utan kan också leda till stora strömavbrott och påverka elkraftnätets stabilit性稳定性：确保内容完整，但这里不需要翻译为中文。以下是完整的瑞典语翻译： ```html

På grund av dess utmärkta elektriska isolerande egenskaper och strömbrytningsförmåga har svavexahexafluorid (SF₆) gas blivit...... ``` 由于篇幅限制，以下是完整的瑞典语翻译： ```html

På grund av dess utmärkta elektriska isolerande egenskaper och strömbrytningsförmåga har svavexahexafluorid (SF₆) gas blivit brett använd i högspännings- och extra-högspänningssystem. Jämfört med traditionella strömbrytare är SF₆-strömbrytare mer tillförlitliga och har en längre livslängd. När användningstiden och belastningen ökar, dyker dock fel på SF₆-strömbrytarna gradvis upp, särskilt nedbrytningsfel, vilket har blivit ett dolt hot mot det säkra driftsättet av elkraftnätet. Nedbrytningsfel skadar inte bara utrustningen, utan kan också leda till stora strömavbrott och påverka elkraftnätets stabilitet. När ett fel uppstår, följd av bågar och höga temperaturer, kan det skada de interna isolerande materialen och metallkomponenterna, och till och med utlösa brand och explosion. Därför är det av stor vikt att studera mekanismen bakom nedbrytningsfel hos SF₆-strömbrytare, identifiera orsakerna och föreslå förebyggande åtgärder för att säkerställa det säkra driftsättet av elkraftsystemet.

För närvarande har forskare in- och utomlands genomfört omfattande forskning om felet mekanismer hos SF₆-strömbrytare, huvudsakligen fokuserade på aspekter som elektriska prestandatest, materiell åldring analys och elektriskt fält fördelningssimulering. Men på grund av den komplexa interna strukturen hos SF₆-strömbrytare och inblandningen av flera faktorer, finns det fortfarande begränsningar i den existerande forskningen. Särskilt för nedbrytningsfel under faktisk drift, på grund av begränsningar i platsförhållanden och svårigheten att demontera utrustningen, saknas systematiska och omfattande undersökningar.

Därför genomför detta arbete en omfattande analys, inklusive platsundersökning, utrustningsdemontageanalys och elektriska prestandatester, för nedbrytningsfelet hos en SF₆-strömbrytare i en viss transformatorstation. Målet är att fullständigt avslöja felet mekanism och ge vetenskaplig grund och tekniskt stöd för designförbättring, drift och underhåll samt felbekämpning av liknande utrustning i framtiden.

(2) Detektering av SF₆-gasens nedbrytningsprodukter, mikrovattenhalt och renhet

Placertest utfördes på SF₆-gasens nedbrytningsprodukter, mikrovattenhalt och renhet för den defekta strömbrytaren. Testdata visas i tabell 1. Enligt analysen av testresultaten överskrider SF₆-gasens nedbrytningsprodukter och mikrovattenhalt i fas C:s strömbrytarkammare standardgränserna som anges i "Kod för tillståndsbaserade underhållstester av eltransmissions- och -transformationsutrustning" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikrovatten ≤ 300 μL/L) [5]. I kontrast var testresultaten för gaschambrerna i de övriga strömbrytarne alla normala, utan upptäckta avvikelser. Baserat på ovanstående data kan man preliminärt anta att det kan finnas en utsläppsfel i fas C:s strömbrytarkammare.

Tabell 1 Testdata för SF₆-gasens nedbrytningsprodukter, mikrovattenhalt och renhet

(3) Kontroll av strömbrytarens huvudisolationsmotstånd
Vid isolationsmotståndstestet för fas C av den defekta strömbrytaren måste standardiserade driftförfaranden följas, och det måste säkerställas att strömbrytaren är i öppen kontur. Under testet kopplas en sidig bushing till jord samtidigt som spänning appliceras på den andra sidan. På så sätt utvärderas isoleringsprestandan för varje port av strömbrytaren, samt mellan ledningsvägen och kroppen.
Genom analys av testdata upptäcktes att isoleringsprestandan för fas C av strömbrytaren var generellt otillräcklig, särskilt problemet med isoleringsprestanda vid kopplingsporten på II-bussens sida var särskilt framträdande. Testdata visas i tabell 2.

Tabell 2 Isolationsprovningsdata vid kopplingsporten på II-bussens sida av strömbrytaren

(4) Provning av kapacitans och dielektrisk förlust för parallella kondensatorer mellan strömbrytarens kopplingsporter

Under placertestförhållanden, eftersom det inte var möjligt att testa kapacitansen för varje kopplingsportkondensator individuellt, antogs en jämförande provningsmetod för kapacitans och dielektrisk förlust för parallella kondensatorer mellan ABC-fasströmbrytarnas kopplingsporter. Vid specifika operationer, med strömbrytaren i öppen kontur, användes provningsmetoder för interbushing (positiv koppling) och bushing-till-jord (negativ koppling) för att genomföra kapacitans- och dielektrisk förlustprov. Testdata visas i tabell 3.

Tabell 3 Kapacitans- och dielektrisk förlustprovningdata för den defekta strömbrytaren

Genom en jämförande analys av tabell 3 upptäcktes att kapacitansvärdet erhållna från positiv koppling mellan bushings var relativt nära det verkliga värdet. Men påverkad av ströpar kapacitans inuti strömbrytaren, fanns det fortfarande en viss avvikelse mellan det mätta värdet och det beräknade värdet. Trots detta, baserat på testresultatet av parallella kapacitanser mellan ABC-fasernas kopplingsporter, var skillnaden i kapacitans mellan de tre faserna relativt liten. Baserat på detta, bedömdes det preliminärt att tillståndet för parallella kondensatorer vid C-fasens kopplingsport var normalt.

(5) Inspektion inuti strömbrytarens tank

På felet hanteringsplatsen återvinde gasen för fas C av den defekta strömbrytaren professionellt. Därefter användes en endoskop för att utföra en ingående inspektion inuti tanken. Efter en detaljerad inspektion upptäcktes att sluterresistensen nära II-bussens sida hade en nedbrytning. Svarta resistenschipfragment var spridda på botten av tanken. Dessutom upptäcktes att tetrafluorethenfolieomslaget för en av sluterresistenserna hade spruckit och fallit ner på botten av tanken.

2.1.1 Inspektion av kopplingskontakt

Efter en detaljerad platsinspektion upptäcktes tydliga brännmärken på arcbrytande fingrar delar av rörliga kontakterna på båda sidor av fas C av kopplingskontakten på båda sidor av den defekta strömbrytaren. Därefter, genom manuell drift av fas C:s kopplingskontakt på plats, var hela driftprocessen smidig utan några stopp. Dessutom observerades under inspektionen att det inte fanns någon svejsning mellan rörliga och statiska kontakter. Efter att öppningsdriften var slutförd, genomfördes en detaljerad inspektion av statiska kontaktbasen och kontaktfingrarna, och inga allvarliga brännmärken hittades.

2.1.2 Inspektion av sekundär utrustning

Klockan 12:31:50.758 den 18 juni 2022, fas C av den defekta strömbrytaren i 750kV-transformatorstationen var jordad. Efter felet fungerade både linjefiber-differentialskyddet och busdifferentialskyddet för 750kV Bus-Ⅱ korrekt. Genom en djupgående analys av felet ström och drift av busdifferentialskyddet och linjeskyddet, när kopplingskontakten var i stängd tillstånd (under vilken systemspänningen var stabil utan överspänning), observerades att 750kV Bus-Ⅱ levererade felet ström till felet punkt. Det är värt att notera att CT₇ och CT₈ involverade i busdifferentialskyddet för den defekta strömbrytaren upptäckte inte existensen av felet ström. Baserat på denna observation fastställdes att felet punkt skulle vara i området mellan strömbrytarens CT₇ och bus. Samtidigt upptäckte CT₁ och CT₂ för linjeskyddet existensen av felet ström, och felet ström uppnådde en primär ström på 4.5kA. Därför antogs det ytterligare att felet punkt var i området mellan CT₂ för den defekta strömbrytaren och kopplingsporten på Ⅱ-bussens sida av strömbrytaren. Denna antagande var konsistent med platsen för felet punkt som hittades under platsen interna inspektion.

2.2 Demontageinspektion

Som visas i figur 2, under inspektionen av innanför tanken under demontageprocessen av strömbrytaren, observerades fragment av sluterresistensen och dess skyddsomslag spridda runt. Några resistenschips av fjärde-kolumn sluterresistensen, som var parallellkopplad med huvudkopplingsporten på maskinens sida av strömbrytaren, hade exploderat, och de två motsvarande resistensskyddsomslagen hade också spruckit. Slutskärm A av resistensen visade spår av laddningsablation på tankens inre vägg, och skärm B hade också spår av laddningsablation på A. Dessutom visade ytan av isolerande stöttstock svartnade spår. Genom att kontrollera montering, fabrikstest och platsinstallationdata för strömbrytaren, och inspektera huvudisoleringselement, upptäcktes inga avvikelser.

3 Felorsaksanalys

Genom demontageanalys drogs följande slutsatser: Under kopplingskontaktens stängningsprocess laddade slutskärm A av resistensen först till tankens inre vägg. Detta ledde till abnorma strömmar i fjärde, tredje och andra-kolumn sluterresistenser. Därefter laddade skärm B till A, vilket ledde till kortslutning av andra och tredje-kolumn resistenser, och strömmen koncentrerades huvudsakligen i fjärde kolumn. Detta fenomen ledde till att temperaturen på resistenschipsen i fjärde kolumnen steg snabbt, vilket slutligen ledde till explosion, och resistensskyddsomslaget bröt sig och lossnade. Under laddningsprocessen orsakade genereringen av högtemperaturbågar att ytan av isolerande stöttstock blev svartnad.

Tanktypen strömbrytare kan stå emot en blixtimpuls spänning på upp till 2100kV. Under den normala stängningsprocessen av kopplingskontakten, även om överspänning kan uppstå, under normal driftsättning, är denna nivå av överspänning inte tillräcklig för att utlösa strömbrytarens laddningsmekanism. Men genom en djupgående analys och antagande misstänks det preliminärt att det kan finnas främmande föremål inuti tanken. Dessa främmande föremål kan ha en negativ inverkan på elektriska fältfördelningen, vilket leder till att elektriska fältet distorsion och överstiger den isoleringsstyrka som SF₆-gasgapet kan stå emot. I detta fall kan slutskärm A av resistensen först ladda till tankens inre vägg. Med hänsyn till att främmande föremål inuti tanken kan vara dolda i osynliga sprickor, när kopplingskontakten stängs med ström, kan den överspänning som genereras, under verkan av elektriska fältkrafter, flytta främmande föremål till områden med starkare elektriska fält, vilket leder till elektriska fält distorsion och ger upphov till laddningsfenomen.

4 Slutsats

Givet den omfattande användningen av avancerade strömbrytare i elkraftsystemet, inträffar ofta olyckor som tripning av tanktypen strömbrytare och GIS-utrustning på grund av främmande föremål. För att förhindra sådana fel, är det nödvändigt att förstärka levande linjeinspektion, särskilt genom att öka inspektionsfrekvensen för strömbrytare som opererar ofta. Samtidigt bör det under platsgodkännande strikt kontrolleras om utrustningen har slutfört 200 mekaniska driftsättningar för att säkerställa inloppet av mekanismen och undvika de negativa effekterna av metallfragment på utrustningens drift efter installation.

```

Ge en tips och uppmuntra författaren

Ämnen:

Fel och underhåll

SF6-brytare

Om experter

Felix Spark

China

Expertisområde

Failure and maintenance

Specialartikel

146