Аналіз відмови преривача на SF6 у підстанції напруги 750 кВ

Felix Spark

Поле: Помилки та обслуговування

China

Завдяки відмінним електроізоляційним властивостям та здатності гасити дугу, газ шестифтористий вуглець (SF₆) широко використовується в системах високого та надвисокого напруги. Порівняно з традиційними комутаторами, SF₆ комутатори більш надійні та мають довший термін служби. Однак зі збільшенням часу використання та навантаження, поступово виникають аварії SF₆ комутаторів, особливо пробої, які стали потенційною загрозою для безпечного функціонування електромережі. Пробої не лише пошкоджують обладнання, але можуть також призвести до масштабних відключень електроенергії та вплинути на стабільність електромережі. При виникненні аварії, супроводженої дугами та високою температурою, може бути пошкоджено внутрішні ізоляційні матеріали та металеві деталі, що може спричинити пожежі та вибухи. Тому дослідження механізму пробоїв SF₆ комутаторів, визначення кореневих причин та запропонування профілактичних заходів мають велике значення для забезпечення безпечного функціонування електроенергетичної системи.

Наразі, науковці в Україні та за кордоном провели розширений дослідження механізмів аварій SF₆ комутаторів, зосереджуючись на таких аспектах, як тестування електричних характеристик, аналіз старіння матеріалів та моделювання розподілу електричного поля. Однак через складну внутрішню структуру SF₆ комутаторів та залучення численних факторів, існуючі дослідження все ще мають обмеження. Особливо для пробоїв у реальній роботі, через обмеження на місцевості та складність демонтажу обладнання, немає системного та всебічного дослідження.

Тому ця стаття проводить всебічний аналіз, включаючи розслідування аварій на місці, аналіз демонтажу обладнання та тестування електричних характеристик, для пробою SF₆ комутатора в певній підстанції. Метою є повне розкриття механізму аварії та надання наукового підґрунтя та технічної підтримки для покращення проектування, експлуатації та технічного обслуговування, а також профілактики подібного обладнання в майбутньому.

(2) Виявлення продуктів розкладу газу SF₆, мікро-води та чистоти

На місці було проведено перевірки продуктів розкладу газу SF₆, мікро-води та чистоти аварійного комутатора. Дані тестів представлені в таблиці 1. Згідно з аналізом результатів тестів, продукти розкладу газу SF₆ та мікро-вода в камері гашення дуги фази C аварійного комутатора значно перевищили нормативні ліміти, встановлені в "Кодексі для умовно-ремонтних випробувань обладнання передачі та перетворення електроенергії" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, мікро-вода ≤ 300 μL/L) [5]. Натомість, результати тестів газових камер решти комутаторів були нормальними, без виявлених аномалій. На основі вищезазначених даних, в першу чергу, вважається, що в камері гашення дуги фази C аварійного комутатора може бути аварія з відключенням.

Таблиця 1. Дани тестів продуктів розкладу газу SF₆, мікро-води та чистоти

(3) Перевірка основного опору ізоляції комутатора
Під час тестування опору ізоляції фази C аварійного комутатора, слід дотримуватися стандартних процедур, та гарантувати, що комутатор знаходиться в стані відключення. Під час тесту одна сторона вставки заземлюється, а на іншу застосовується напруга. Таким чином, оцінюється ізоляційна характеристика кожного порту комутатора, а також між провідним контуром та корпусом.
Аналізуючи дані тестів, було виявлено, що ізоляційна характеристика фази C комутатора загалом недостатня, особливо проблема ізоляції на порту відключення на стороні ІІ-шини комутатора була особливо видимою. Дані тестів представлені в таблиці 2.

Таблиця 2. Дані тестів ізоляції на порту відключення на стороні ІІ-шини комутатора

(4) Тестування ємності та диелектричних втрат паралельних конденсаторів між портами відключення комутатора

У місцевих умовах тестування, оскільки не було можливим окремо тестувати ємність кожного конденсатора порту відключення, було використано метод порівняльного тестування ємності та диелектричних втрат паралельних конденсаторів між портами відключення комутаторів ABC-фаз. Під час конкретного виконання, з комутатором в стані відключення, були використані методи тестування між вставками (позитивне з'єднання) та вставка-земля (негативне з'єднання) для проведення тестів ємності та диелектричних втрат. Дані тестів представлені в таблиці 3.

Таблиця 3. Дані тестів ємності та диелектричних втрат аварійного комутатора

Після порівняльного аналізу таблиці 3 було виявлено, що значення ємності, отримане при позитивному з'єднанні між вставками, було достатньо близьким до фактичного значення. Однак, через вплив паразитної ємності всередині комутатора, між виміряним та розрахованим значеннями залишається певна відмінність. Незважаючи на це, з результатів тестів паралельних ємностей портів відключення між фазами ABC, відмінності ємностей між трьома фазами були досить невеликими. На основі цього, було визначено, що стан паралельного конденсатора порту відключення фази C є нормальним.

(5) Перевірка всередині бака комутатора

На місці ліквідації аварії, газ фази C аварійного комутатора був професійно відновлений. Потім, за допомогою ендоскопа, було проведено детальне дослідження всередині бака. Після детального дослідження було виявлено, що закриття опору поблизу сторони ІІ-шини було пробито. Чорні частинки опору були розкидані на дні бака. Крім того, було також виявлено, що політетрафторефірна оболонка одного з опорів закриття була тріснута і впала на дно бака.

2.1.1 Перевірка відключаючого пристрою

Після детальної місцевої перевірки, було виявлено очевидні сліди палення на частинах аркушів контактів рухомих контактів фази C відключаючих пристроїв з обох сторін аварійного комутатора. Потім, виконуючи ручне управління відключаючим пристроєм фази C на місці, весь процес операції був плавним без будь-яких затримок. Більше того, під час перевірки було спостерігалося, що між рухомими та нерухомими контактами не було явища зварювання. Після завершення операції відключення, було проведене детальне дослідження основи нерухомого контакту та контактних пальців, і не було виявлено серйозних слідів палення.

2.1.2 Перевірка вторинного обладнання

О 12:31:50.758 18 червня 2022 року, фаза C аварійного комутатора в 750кВ підстанції була заземлена. Після виникнення аварії, волоконно-оптична диференційна захиста лінії та диференційна захиста шини 750кВ Шина-ІІ правильно працювали. Під час глибокого аналізу аварійного струму та роботи диференційної захисти шини та захисти лінії, коли відключаючий пристрій був у замкненому стані (коли напруга системи залишалася стабільною без перевищення), було спостерігалося, що шина-ІІ 750кВ надавала аварійний струм до точки аварії. Варто звернути увагу, що CT₇ та CT₈, що брали участь у диференційній захисті аварійного комутатора, не виявили наявності аварійного струму. На основі цього спостереження, було визначено, що точка аварії має бути в області між комутатором CT₇ та шиною. Однак, CT₁ та CT₂ для захисту лінії виявили наявність аварійного струму, і значення аварійного струму досягло первинного струму 4,5кА. Тому було зроблено висновок, що точка аварії знаходиться в області між CT₂ аварійного комутатора та портом відключення на стороні шини ІІ. Цей висновок був узгоджений з місцем аварії, знайденим під час детальної внутрішньої перевірки на місці.

2.2 Розбирання та перевірка

Як показано на рисунку 2, під час перевірки всередині бака під час розбирання комутатора, було спостерігалося, що частинки опору закриття та його захисної оболонки були розкидані навколо. Деякі частинки опору четвертого стовпчика, який був підключений паралельно головному порту відключення на стороні механізму комутатора, вибухли, а відповідні дві захисні оболонки опору також розривалися. Щит A опору показав сліди випалювання на внутрішній стінці бака, а щит B також показав сліди випалювання на A. Крім того, поверхня ізоляційного опору показала чорні сліди. Перевірка зборки, заводських випробувань та місцевих даних про встановлення комутатора, а також перевірка основних ізоляційних частин, не виявили аномалій.

3 Аналіз причин аварії

На основі розбирання та аналізу, були зроблені наступні висновки: під час процесу закриття відключаючого пристрою, щит A опору спочатку випустив електричний струм на внутрішню стінку бака. Це призвело до аномальних струмів в опорах четвертого, третього та другого стовпчиків. Потім, щит B випустив електричний струм на A, що призвело до короткого замикання опорів другого та третього стовпчиків, і струм був зосереджений в основному в четвертому стовпчику. Це явище призвело до швидкого зростання температури частинок опору в четвертому стовпчику, що в кінцевому підсумку призвело до вибуху, і захисна оболонка опору розривалася та відірвалася. Під час випускання електричного струму, виникнення високотемпературних дуг призвело до чорніння поверхні ізоляційного опору.

Баковий комутатор може витримувати молнієвий імпульсний напруг до 2100кВ. Під час нормального процесу закриття відключаючого пристрою, хоча може виникнути перевищення напруги, при нормальних умовах роботи, цей рівень перевищення напруги недостатній для запуску випускання електричного струму комутатором. Однак, на основі глибокого аналізу та висновків, наразі підозрюється, що всередині бака можуть бути посторонні предмети. Ці посторонні предмети можуть мати негативний вплив на розподіл електричного поля, призводячи до його деформації та перевищення ізоляційної міцності, яку може витримати газова щілина SF₆. У такому випадку, щит A опору може спочатку випустити електричний струм на внутрішню стінку бака. враховуючи, що посторонні предмети всередині бака можуть бути приховані в непомітних щілинах, під час закриття відключаючого пристрою під напругою, виникнене перевищення напруги може, під впливом електричного поля, перемістити посторонні предмети в область з більш сильним електричним полем, що призведе до деформації електричного поля та виникнення явища випускання електричного струму.

4 Висновок

З урахуванням широкого застосування передового комутаційного обладнання в електроенергетичній системі, аварії, такі як відключення бакових комутаторів та обладнання GIS через посторонні предмети, часто виникають. Для запобігання таким аваріям, необхідно посилювати роботу з живленням, особливо збільшуючи частоту перевірок комутаторів, які часто використовуються. Однак, під час місцевої приймальності, слід строго перевіряти, чи обладнання виконало 200 механічних операцій, щоб забезпечити притертя механізму та уникнути негативного впливу металевих частинок на роботу обладнання після введення в експлуатацію.