تحلیل دلایل خرابی و مراحل رفع آن در برشکن‌های SF6

در قطعکننده‌ی SF₆، گاز SF₆ می‌تواند در محیط دمای بالا به گازهای سمی و خورنده و آب تجزیه شود که می‌تواند لایه‌ی عایق را خراب کند. برای جلوگیری از این وضعیت، در حالی که محافظت از قطعات الکتریکی به طور موثر تقویت می‌شود، سطح عایق بندی نیز باید بهبود یابد. علاوه بر این، باید خطاهای موجود تحلیل شوند و اقدامات متناسب برای درمان آنها انجام شود.

1 تحلیل مورد

یک قطعکننده 110 kV در یک زیرстанسیون با برق آسمانی ضربه خورد که باعث مشکل دوباره‌ی بسته شدن در فاصله‌ی قطعکننده شد. از نظر ظاهری قطعکننده، هیچ پدیده‌ی غیرعادی وجود ندارد. اما پس از تست کردن قطعکننده، مشخص شد که جریان فاز A بسیار بیشتر از فاز B و C است. کارکنان کلاس آزمایش زیرستانسیون قطعکننده را بررسی کردند. این بررسی از طریق آزمایش‌ها انجام شد و محتوای آن عمدتا شامل مقاومت عایق، ویژگی‌های عملکردی قطعکننده، مقاومت حلقه و آزمایش تحمل ولتاژ متناوب است. از طریق این روش آزمایش، می‌توان خطا داخلی قطعکننده را بررسی کرد و همچنین مولفه‌های گاز SF₆ در قطعکننده را نیز می‌توان تست کرد. قطعکننده در این فاصله توسط SIEMENS در هانگژو تولید شده و مدل آن 3AP1FG است. نتایج بدست آمده از بررسی قطعکننده در فاصله به شرح زیر است:

• مقاومت عایق قطعکننده متصل به CT: فاز A 22.5 G، فاز B 17.4 G و فاز C 17.8 G است.

• ویژگی‌های عملکردی قطعکننده، بر اساس محتوای گزارش تولید محصول، زمان بسته شدن 65 میلی ثانیه؛ زمان باز شدن 18 میلی ثانیه است. نتایج بدست آمده از طریق آزمایش به شرح زیر است: برای فاز A، زمان بسته شدن 61.1 میلی ثانیه و زمان باز شدن 16.8 میلی ثانیه؛ برای فاز B، زمان بسته شدن 61.1 میلی ثانیه و زمان باز شدن 16.1 میلی ثانیه؛ برای فاز C، زمان بسته شدن 58.9 میلی ثانیه و زمان باز شدن 16.4 میلی ثانیه. همزمانی بسته شدن 1.2 میلی ثانیه؛ همزمانی باز شدن 0.3 میلی ثانیه است.

• نتیجه آزمایش تحمل ولتاژ متناوب روی قطعکننده جداکننده: 75 kV، 1 دقیقه، موفق.

• آزمایش مولفه‌های گاز SF₆ در قطعکننده نشان می‌دهد که برای فاز A، دی اکسید سولفور 4.13 l/L و سولفید هیدروژن 3.15 l/L است؛ برای فاز B، دی اکسید سولفور 0 l/L و سولفید هیدروژن 0 l/L است؛ برای فاز C، دی اکسید سولفور 0 l/L و سولفید هیدروژن 0 l/L است. بر اساس مقررات مربوطه در روش‌های آزمایش پیشگیرانه تجهیزات الکتریکی، محتوای دی اکسید سولفور باید کمتر از 3 l/L و محتوای سولفید هیدروژن باید کمتر از 2 l/L باشد. نتایج آزمایش مولفه‌های گاز SF₆ فاز A قطعکننده نشان می‌دهد که از مقدار تعیین شده فراتر رفته است، بنابراین آزمایش‌کنندگان باید به این موضوع توجه کنند.

• آزمایش مقاومت حلقه قطعکننده. بر اساس مقررات مربوطه در روش‌های آزمایش، مقدار اندازه‌گیری شده باید کمتر از 120٪ مقدار تعیین شده توسط سازنده باشد. برای این آزمایش از دستگاه آزمایش مقاومت حلقه استفاده شده و داده‌های بدست آمده از سه آزمایش به شرح زیر است: نتیجه اولین آزمایش: فاز A 1368 μΩ; فاز B 694 μΩ; فاز C 579 μΩ; نتیجه دومین آزمایش: فاز A 38 μΩ; فاز B 36 μΩ; فاز C 35 μΩ; نتیجه سومین آزمایش: فاز A 38 μΩ; فاز B 39 μΩ; فاز C 38 μΩ.

با تحلیل اطلاعات داده‌ای کسب شده از آزمایش، برخی ویژگی‌ها قابل شناسایی هستند: اولاً، مقدار آزمایش فاز A بسیار بیشتر از فاز B و C است و حتی بیش از 1000 μΩ است که به طور جدی از مقاومت نرمال فراتر رفته است. ثانیاً، از نتایج سه آزمایش، نتایج آزمایش فاز A بسیار متفاوت و ناپایدار است و تکرارپذیری در سه آزمایش تقریباً وجود ندارد. ثالثاً، با مقایسه نتایج آزمایش بین فاز A، B و C، مقادیر اختلاف زیادی دارند. رابعاً، نتیجه آزمایش فاز A نسبت به آزمایش‌های قبلی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. از طریق روش آزمایش و تحلیل اطلاعات داده‌ای کسب شده، می‌توان تعیین کرد که عایق بندی فاز A قطعکننده خوب است و ویژگی‌های عملکردی قطعکننده با مقررات مربوطه مطابقت دارد. اما مولفه‌های گاز SF₆ فاز A به طور جدی از استاندارد تعیین شده فراتر رفته و مقاومت حلقه نیز از استاندارد تعیین شده فراتر رفته است. بنابراین، پس از جداسازی و تحلیل، ویژگی‌های قطعکننده به شرح زیر است: اولاً، پودر سیاهی به تماس‌های فاز A متصل شده است. اگرچه مقدار آن زیاد نیست، اما موه‌ها و ریشه‌های روی سطح بسیار واضح هستند. ثانیاً، اثرات سوختگی آرک در تماس‌های متحرک مشاهده شده است.

2 خطاها و علل خطا در قطعکننده‌ی SF₆

مورد فوق یک خطا در قطعکننده‌ی SF₆ است که به صورت مشکل دوباره‌ی بسته شدن ظاهر می‌شود. وقتی یک قطعکننده خراب شده ادامه می‌یابد، وجود چنین خطا در قطعکننده می‌تواند منجر به خطا در عدم عملکرد، خطا در عملکرد غیرمجاز و خطا در عایق بندی شود که بسیار مضر است.

2.1 خطا در عدم عملکرد و خطا در عملکرد غیرمجاز قطعکننده‌ی SF₆

عدم عملکرد قطعکننده‌ی SF₆، یعنی عدم باز شدن و عدم بسته شدن، به این معناست که قطعکننده بعد از ارسال سیگنال باز یا بسته شدن عملکرد متناظر را انجام نمی‌دهد. خطا در عملکرد غیرمجاز قطعکننده به این معناست که قطعکننده بدون دریافت دستور العمل عملکرد باز یا بسته شدن را انجام می‌دهد و همچنین ممکن است عملکرد قطعکننده با دستور العمل مطابقت نداشته باشد. قطعکننده‌ی SF₆ ممکن است نیز مشکل "トリップなし" を持つ場合があります。つまり、保護装置が動作信号を送信していないにもかかわらず、回路遮断器が手動操作なしで自動的にトリップします。回路遮断器の不動作または誤動作の問題には多くの理由があり、例えば回路遮断器の機械的な故障、電気設備の故障、リレー保護装置の故障などが考えられます。

2.2 SF₆ 回路遮断器の絶縁障害

回路遮断器に絶縁障害がある場合、SF₆ガスの漏れが発生し、機械的な故障も引き起こされます。主に内部絶縁のフラッシュオーバー破壊（接地）、雷による過電圧によるフラッシュオーバー破壊、コンデンサブッシングのフラッシュオーバー、外部絶縁のフラッシュオーバー破壊（接地）、ポーセリンブッシングと絶縁棒のフラッシュオーバーなどの形で現れます。

2.3 不動作および誤動作の主な原因

回路遮断器の不動作の機械的原因は、製造、設置、調整、または技術的なメンテナンスにおいて欠陥があり、品質上の問題を引き起こすことです。このような機械的な故障による回路遮断器の不動作は、すべての回路遮断器の不動作の60％以上を占めています。電気的原因による回路遮断器の故障は、主に二次配線の問題、開閉鉄心の詰まり、コイルの焼き切れ、開ループ抵抗の焼き切れ、ロックリレープロテクション装置の故障、操作電源の故障、補助スイッチの故障などとして現れます。

2.4 絶縁障害の原因

回路遮断器の内部絶縁障害の原因には、回路遮断器内部に金属物体が存在し、導通と放電障害を引き起こすこと、回路遮断器内部に浮遊電位が存在し、放電障害を引き起こすこと、回路遮断器の絶縁部品表面沿いのフラッシュオーバー障害、絶縁部品の設計不良などがあります。回路遮断器の外部絶縁障害の原因は、ポーセリンブッシングの外部絶縁の爬電距離が規定値を満たさないこと、外観が規定値を満たさないことなどで、これがポーセリンブッシングの外部絶縁フラッシュオーバーを引き起こしやすいです。ポーセリンブッシングの製造に品質上の問題があり、作業環境が汚れている場合も絶縁フラッシュオーバーが発生します。

3 SF₆ 回路遮断器の故障処理方法
3.1 主回路の抵抗測定

回路遮断器のスイッチが閉状態にあるとき、入線と出線間の主回路の抵抗を測定します。電流は100Aから額定電流までの任意の値にすることができます。接地スイッチの導体ロッドのハウジングが絶縁から効果的に分離できる場合、導体ハウジングの並列抵抗を測定し、導体ハウジングの直流抵抗も測定することができます。

3.2 回路遮断器の交流耐電圧試験を行う

回路遮断器に対する交流耐電圧試験を行うことで、試験対象物の欠陥を明らかにすることができます。試験対象物の動作をシミュレーションして、過電圧に対する耐えられる能力を理解します。自由導電粒子の様々な不純物を検査する際、交流電圧の感度は非常に高いです。

3.3 定期的な点検と実験的試験を行う

回路遮断器の動作中に障害を避けるために、定期的な点検と実験的試験を行う必要があります。これには、回路遮断器の定格動作電圧の確認とその時間特性のテストが含まれます。回路遮断器の機械的特性をチェックする際には、すべての機械部品を検査し、操作機構の外観も確認して、開閉コイルが良好であることを確認します。

3.4 分解法と化学的方法を使用して回路遮断器を試験する

回路遮断器が正常に動作しているとき、SF₆は金属材料や有機固体材料と化学反応しません。アーチ放電は触媒の役割を果たし、化学反応を引き起こします。SF₆ガスの分解生成物を検出する際、主に検出すべき化学成分には二酸化硫黄、硫化水素、メタン、一酸化炭素が含まれます。ガス濃度を分析することで、SF₆回路遮断器の潜在的な隠れた障害を判断することができます。

4 結論

結論として、SF₆回路遮断器は電力システムにおいてますます重要な役割を果たしています。SF₆回路遮断器の正常な動作を効果的に維持することは、システムの安全な動作にとって不可欠です。運用および保守担当者にとっては、回路遮断器の性能を理解し、障害の原因を認識し、原因に基づいて合理的な処置を見つけることは、電力システムの安全な動作を確保するために必要な専門スキルとなっています。