750 kV trafiğe alma istasyonundaki SF6 devre kesicisinin arızası analizi

Felix Spark

Alan: Arızalar ve Bakım

China

Sülfür hekzaflorür (SF₆) gazı, mükemmel elektriksel yalıtım özellikleri ve kavis söndürme yetenekleri nedeniyle yüksek gerilimli ve çok yüksek gerilimli güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel devre kesicilere kıyasla, SF₆ devre kesicileri daha güvenilir ve daha uzun ömürlüdür. Ancak, kullanım süresi ve yük arttıkça, SF₆ devre kesicilerinin arızaları, özellikle kavuşma arızaları, elektrik şebekesinin güvenli işlemesi için bir tehlike haline gelmektedir. Kavuşma arızaları ekipmanları zararlı olmakla kalmayıp, geniş ölçekli enerji kesintilerine yol açabilir ve şebeke istikrarını etkileyebilir. Arızalar sırasında, parçacıklar ve yüksek sıcaklıklar, iç yalıtım malzemelerini ve metal bileşenleri hasar gösterebilir ve hatta yangınlar ve patlamalar tetiklenebilir. Bu nedenle, SF₆ devre kesicilerinin kavuşma arızası mekanizmasını incelemek, temel nedenleri belirlemek ve önleyici önlemler önermek, güç sisteminin güvenli işlemesi açısından büyük önem taşımaktadır.

Şu anda, yurtiçi ve yurtdışındaki bilim insanları, SF₆ devre kesicilerinin arıza mekanizmaları üzerinde geniş kapsamlı araştırma yapmışlardır. Bu araştırmalar, elektriksel performans testleri, malzeme yaşlanma analizi ve elektrik alan dağılımı simülasyonlarına odaklanmaktadır. Ancak, SF₆ devre kesicilerinin karmaşık iç yapısı ve birçok faktörün dahil olması nedeniyle, mevcut araştırmaların hala sınırları bulunmaktadır. Özellikle gerçek çalışma koşullarında oluşan kavuşma arızaları konusunda, saha koşullarının sınırlamaları ve ekipmanın ayrılması zorluğu nedeniyle, sistematik ve kapsamlı bir araştırma eksikliği bulunmaktadır.

Bu nedenle, bu makale, belirli bir trafiğe ait SF₆ devre kesicisindeki kavuşma arızasına ilişkin kapsamlı bir analiz yapmaktadır. Analiz, saha arızası incelemesi, ekipman ayrılma analizi ve elektriksel performans testlerini içerir. Amaç, arıza mekanizmasını kapsamlı bir şekilde ortaya koymak ve benzer ekipmanların gelecekteki tasarım iyileştirmeleri, işletme bakımı ve arıza önleme için bilimsel dayanak ve teknik destek sağlamaktır.

(2) SF₆ Gaz Ayrışma Ürünleri, Mikro Su İçeriği ve Safiyet Testi

Arızalı devre kesicisindeki SF₆ gaz ayrışma ürünleri, mikro su içeriği ve safiyet üzerine saha testleri yapılmıştır. Test verileri Tablo 1'de gösterilmiştir. Test sonuçlarının analizine göre, arızalı devre kesicisinin C fazındaki kavuşma odasındaki SF₆ gaz ayrışma ürünleri ve mikro su içeriği, "Güç Taşıma ve Dönüşüm Ekipmanları Koşullara Göre Bakım Testleri Yönetmeliği" [5] tarafından belirlenen standart sınırların (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, mikro su ≤ 300 μL/L) aşındığı görülmüştür. Buna karşılık, diğer devre kesicilerin gaz odalarındaki test sonuçları normaldir ve herhangi bir anormallik tespit edilmemiştir. Yukarıdaki verilere dayanarak, arızalı devre kesicisinin C fazındaki kavuşma odasında bir salma arızası olabileceği ilk olarak çıkarılmıştır.

Tablo 1 SF₆ Gaz Ayrışma Ürünleri, Mikro Su İçeriği ve Safiyet Test Verileri

(3) Devre Kesicinin Ana Yalıtım Direnci Kontrolü
Arızalı devre kesicinin C fazındaki yalıtım direnci testi sırasında, standart işletme prosedürleri takip edilmelidir ve devre kesicinin açık devre durumda olduğundan emin olunmalıdır. Test sırasında, bir taraftaki izolatör yerleştirilirken diğer tarafa gerilim uygulanır. Bu sayede, devre kesicinin her bir portunun yalıtım performansı ve iletim yolu ile kap arasındaki yalıtım performansı kapsamlı bir şekilde değerlendirilir.
Test verilerinin analizine göre, devre kesicinin C fazındaki yalıtım performansı genel olarak yetersiz bulunmuştur, özellikle devre kesicinin II otobüsü tarafındaki kesme noktasındaki yalıtım performansı sorunu oldukça belirgin olmuştur. Test verileri Tablo 2'de gösterilmiştir.

Tablo 2 Devre Kesicinin II Otobüsü Tarafındaki Kesme Noktasındaki Yalıtım Test Verileri

(4) Devre Kesicinin Kesme Noktası Arasındaki Paralel Kondansatörlerin Kapasitansı ve Dielektrik Kaybı Testi

Saha test koşullarında, her bir kesme noktası kondansatörünün kapasitansını ayrı ayrı test etmek mümkün olmadığından, ABC faz devre kesicilerinin kesme noktaları arasındaki paralel kondansatörlerin kapasitansı ve dielektrik kaybı üzerine karşılaştırmalı bir test yöntemi kullanılmıştır. Spesifik işlemler sırasında, devre kesicinin açık devre durumda olduğu kabul edilerek, inter-bushing (pozitif bağlantı) ve bushing-to-ground (negatif bağlantı) test yöntemleri kullanılarak kapasitans ve dielektrik kayıp testleri gerçekleştirilmiştir. Test verileri Tablo 3'te gösterilmiştir.

Tablo 3 Arızalı Devre Kesicinin Kapasitansı ve Dielektrik Kaybı Test Verileri

Tablo 3'ün karşılaştırmalı analizine göre, inter-bushing pozitif bağlantısı testinden elde edilen kapasitans değeri, gerçek değere oldukça yakındır. Ancak, devre kesicinin iç çapraz kapasitansı etkisiyle, ölçüm değeri ile hesaplanan değer arasında hala belirli bir sapma bulunmaktadır. Bununla birlikte, ABC fazların kesme noktaları arasındaki paralel kondansatörlerin kapasitansı arasındaki farklar oldukça küçüktür. Buna dayanarak, C faz kesme noktasındaki paralel kondansatörün durumu normal olduğu ilk olarak değerlendirilmiştir.

(5) Devre Kesicinin Tankı İçinde İnceleme

Arızalı devre kesicinin C fazındaki gaz, profesyonel olarak toplanmıştır. Daha sonra, tankın içinde endoskop kullanılarak derin bir inceleme yapılmıştır. Detaylı incelemeye göre, II otobüsü yanındaki kapanma direncinde bir kavuşma olduğu tespit edilmiştir. Siyah direnç çipleri, tankın tabanına dağılmıştır. Ayrıca, kapanma dirençlerinden birinin politetrafloroetilen (PTFE) kaplamasının çatladığını ve tankın tabanına düşmesi de gözlemlenmiştir.

2.1.1 Kesme Anahtarı İncelemesi

Saha incelemesi sonucunda, arızalı devre kesicinin her iki yanındaki C faz kesme anahtarlarının hareketli kontaktların ark parmaklık kısımlarında açık yanma izleri tespit edilmiştir. Daha sonra, C faz kesme anahtarı manuel olarak çalıştırıldığında, tüm işlem süresince herhangi bir takılma olmadan pürüzsüz bir şekilde gerçekleşmiştir. Ayrıca, inceleme sırasında hareketli ve sabit kontaktlar arasında herhangi bir kaynaklaşma olmamıştır. Açma işlemi tamamlandıktan sonra, sabit kontakt tabanı ve kontakt parmakları üzerinde detaylı bir inceleme yapılmış ve ciddi yanma izleri tespit edilmemiştir.

2.1.2 İkincil Ekipman İncelemesi

18 Haziran 2022 tarihinde saat 12:31:50.758'de, 750kV trafiğindeki arızalı devre kesicinin C fazı yere bağlanmıştır. Arıza oluşmasından sonra, hat fiber diferansiyel koruması ve 750kV Bus - II diferansiyel koruması doğru bir şekilde çalışmıştır. Arıza akımı ve bus diferansiyel koruma ile hat korumanın çalışması üzerinde derin bir analiz yapıldığında, kesme anahtarı kapalı durumdayken (sistem geriliminin stabil olması ve aşırı gerilim oluşmaması), 750kV Bus - II'nin arıza noktasına arıza akımı sağladığı gözlemlenmiştir. Bu gözlemde, arızalı devre kesicinin bus diferansiyel korumasına katılan CT₇ ve CT₈'in arıza akımının varlığını tespit etmediği belirlenmiştir. Bu gözlem sonucunda, arıza noktasının devre kesicinin CT₇ ile bus arasında olması gerektiği belirlenmiştir. Ayrıca, hat korumasına katılan CT₁ ve CT₂'nin arıza akımının varlığını tespit ettiği ve arıza akımının birincil akım değeri 4.5kA olduğunu belirlenmiştir. Bu nedenle, arıza noktasının devre kesicinin CT₂ ile II otobüsü tarafındaki kesme noktası arasında olması gerektiği çıkarılmıştır. Bu çıkarım, saha iç incelemesinde bulunan arıza noktasının konumu ile tutarlıdır.

2.2 Ayrıştırma İncelemesi

Şekil 2'de gösterildiği gibi, devre kesicinin tankının içindeki incelemesi sırasında, kapanma direnci ve koruma kaplaması parçalarının dağılmış olduğu görülmüştür. Dördüncü sütun kapanma direncinin bazı direnç çipleri patlamış ve karşılık gelen iki koruma kaplaması da yıpranmıştır. Dirençin A bitişiklik ekranı, tankın iç duvarında salma ablasyon izleri göstermiştir ve B bitişiklik ekranı da A üzerinde salma ablasyon izleri göstermiştir. Ayrıca, yalıtım destek çubuğu yüzeyi siyahlaşmış izler göstermiştir. Devre kesicinin montaj, fabrika testi ve saha kurulum verileri kontrol edilmiş ve ana yalıtım parçaları incelenmiş, ancak herhangi bir anormallik tespit edilmemiştir.

3 Arıza Nedeni Analizi

Ayrıştırma analizi sonucunda, aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: Kesme anahtarı kapanırken, dirençin A bitişiklik ekranı önce tankın iç duvarına salma yapmıştır. Bu, dördüncü, üçüncü ve ikinci sütun kapanma direncinde anormal akımlara yol açmıştır. Daha sonra, B bitişiklik ekranı A'ya salma yapmış, ikinci ve üçüncü sütun dirençler kısa devre olmuş ve akım çoğunlukla dördüncü sütunda yoğunlaşmıştır. Bu olay, dördüncü sütundaki direnç çiplerinin sıcaklığının hızla yükselmesine ve patlamasına, direnç koruma kaplamasının yıpranmasına ve düşmesine neden olmuştur. Salma sürecinde, yüksek sıcaklıklu kavisler, yalıtım destek çubuğunun yüzeyini siyahlaştırmıştır.

Tank tipi devre kesicisi, 2100kV'ye kadar olan bir yıldırım darbe gerilimini dayanabilir. Kesme anahtarı normal kapanma sırasında, aşırı gerilim oluşabilir, ancak normal işletim koşullarında bu seviyedeki aşırı gerilim, devre kesicinin salma mekanizmasını tetiklemeye yetmez. Ancak, derin bir analiz ve çıkarım sonucunda, tankta yabancı cisimlerin olabileceği şüphesi ortaya atılmıştır. Bu yabancı cisimler, elektrik alan dağılımını bozarak, SF₆ gaz boşluğunun dayanabileceği yalıtım gücünü aşabilir. Bu durumda, dirençin A bitişiklik ekranı, tankın iç duvarına salma yapabilir. Tank içindeki yabancı cisimler, algılanmayacak derecede küçük çatlaklarda saklanmış olabilir. Kesme anahtarı güçle kapatıldığında, oluşturulan aşırı gerilim, elektrik alan kuvveti altında, yabancı cisimleri daha güçlü bir elektrik alanına taşıyabilir, böylece elektrik alan bozulabilir ve salma olayları oluşabilir.

4 Sonuç

Güç sistemlerinde gelişmiş anahtar ekipmanlarının yaygın kullanımıyla birlikte, yabancı cisimler nedeniyle tank tipi devre kesicileri ve GIS ekipmanlarında tripping gibi olaylar sıkça meydana gelmektedir. Bu tür arızaları önlemek için, özellikle sık kullanılan devre kesiciler için canlı hat tarama çalışmalarını güçlendirmek ve frekansını artırmak gerekmektedir. Aynı zamanda, saha kabul sırasında, ekipmanın 200 mekanik operasyonu tamamlanıp tamamlanmadığını sıkı bir şekilde kontrol etmek, mekanizmanın çalışmasını sağlamak ve ekipmanın komisyona alınmasından sonra metallerin ekipmanın çalışmasını etkilemesini önlemek gerekmektedir.