Análise das Causas de Falhas e Passos de Manuseio dos Disjuntores SF6

Em um disjuntor SF₆, o gás SF₆ pode se decompor em gases tóxicos e corrosivos e água em um ambiente de alta temperatura, o que pode danificar a camada isolante. Para prevenir essa situação, além de fortalecer efetivamente a proteção dos componentes elétricos, o nível de isolamento também deve ser melhorado. Além disso, as falhas devem ser analisadas e medidas correspondentes devem ser tomadas para tratá-las.

1 Análise de Caso

Um disjuntor de 110 kV em uma subestação foi atingido por um raio, causando um problema de recolocação no intervalo do disjuntor. A partir da aparência do disjuntor, não há fenômenos anormais. No entanto, após testar o disjuntor, descobriu-se que a corrente da fase A é muito maior do que as fases B e C. Os funcionários da classe de teste da subestação inspecionaram o disjuntor. A inspeção foi realizada através de experimentos, e os conteúdos principais incluem a resistência de isolamento, as características operacionais do disjuntor, a resistência de circuito e um teste de tensão alternada. Através deste método de detecção, a falha de arco interna no disjuntor pode ser inspecionada, e os componentes do gás SF₆ no disjuntor também podem ser testados. O disjuntor neste intervalo é produzido pela SIEMENS em Hangzhou, e o modelo é 3AP1FG. Os resultados dos testes obtidos ao inspecionar o disjuntor são os seguintes:

• A resistência de isolamento do disjuntor conectado ao TC: fase A é 22,5 G, fase B é 17,4 G, e fase C é 17,8 G.

• As características operacionais do disjuntor, conforme o conteúdo do relatório de produção do produto, o tempo de fechamento é 65 ms; o tempo de abertura é 18 ms. Os resultados obtidos através da detecção são os seguintes: para a fase A, o tempo de fechamento é 61,1 ms, e o tempo de abertura é 16,8 ms; para a fase B, o tempo de fechamento é 61,1 ms, e o tempo de abertura é 16,1 ms; para a fase C, o tempo de fechamento é 58,9 ms, e o tempo de abertura é 16,4 ms. A sincronização de fechamento é 1,2 ms; a sincronização de abertura é 0,3 ms.

• O resultado do teste de tensão alternada no interruptor desligador: 75 kV, 1 minuto, aprovado.

• O teste dos componentes gaseosos no SF₆ do disjuntor mostra que, para a fase A, o dióxido de enxofre é 4,13 l/L, e o sulfeto de hidrogênio é 3,15 l/L; para a fase B, o dióxido de enxofre é 0 l/L, e o sulfeto de hidrogênio é 0 l/L; para a fase C, o dióxido de enxofre é 0 l/L, e o sulfeto de hidrogênio é 0 l/L. De acordo com as regulamentações relevantes nos procedimentos de teste preventivo para equipamentos elétricos, o teor de dióxido de enxofre deve ser inferior a 3 l/L, e o teor de sulfeto de hidrogênio deve ser inferior a 2 l/L. Os resultados do teste dos componentes gaseosos do SF₆ da fase A do disjuntor mostram que excederam o valor especificado, portanto, os testadores precisam prestar atenção a isso.

• O teste da resistência de circuito do disjuntor. De acordo com as regulamentações relevantes nos procedimentos de teste, o valor medido deve ser inferior a 120% do valor especificado pelo fabricante. O medidor de resistência de circuito é usado para este teste, e os dados obtidos através de três testes são os seguintes: o resultado do primeiro teste: fase A é 1368 μΩ; fase B é 694 μΩ; fase C é 579 μΩ; o resultado do segundo teste: fase A é 38 μΩ; fase B é 36 μΩ; fase C é 35 μΩ; o resultado do terceiro teste: fase A é 38 μΩ; fase B é 39 μΩ; fase C é 38 μΩ.

Ao analisar as informações de dados obtidas no teste, algumas características podem ser identificadas: Primeiro, o valor de teste da fase A é muito maior do que as fases B e C, e até mesmo ultrapassa 1000 μΩ, o que supera seriamente o valor de resistência normal. Segundo, a partir dos resultados dos três testes, os resultados de teste da fase A variam muito e são muito instáveis, e quase não há repetibilidade nos três testes. Terceiro, comparando os resultados de teste entre as fases A, B e C, os valores têm uma grande diferença. Quarto, o resultado de teste da fase A aumentou significativamente em comparação com testes anteriores. Através do método de teste e a análise das informações de dados obtidas, pode-se determinar que o efeito de isolamento da fase A do disjuntor é bom, e as características operacionais do disjuntor estão de acordo com as regulamentações relevantes. No entanto, os componentes gaseosos do SF₆ da fase A do disjuntor superam seriamente o padrão especificado, e a resistência de circuito excede o padrão especificado. Portanto, após a desmontagem e análise, as características do disjuntor são as seguintes: Primeiro, há pó preto aderido aos contatos da fase A. Embora a quantidade não seja grande, as farpas e penugens na superfície são muito evidentes. Segundo, foram encontradas marcas de queima de arco nos contatos móveis.

2 Falhas do Disjuntor SF₆ e as Causas das Falhas

O caso acima é uma falha do disjuntor SF₆, manifestada como um problema de recolocação. Quando um disjuntor com falha continua sendo usado, a existência de tal falha no disjuntor pode levar a falhas de recusa de operação, falhas de operação indevida e falhas de isolamento, o que é muito prejudicial.

2.1 Falhas de Recusa de Operação e Operação Indevida do Disjuntor SF₆

A recusa de operação do disjuntor SF₆, ou seja, recusa de abrir e recusa de fechar, significa que o disjuntor não realiza ações correspondentes após o envio do sinal de abertura ou fechamento. A operação indevida do disjuntor significa que o disjuntor realiza ações de abertura ou fechamento sem receber um comando de operação, e também é possível que as ações do disjuntor não se conformem ao comando de operação. O disjuntor SF₆ também pode ter o problema de "desligamento não autorizado", ou seja, o dispositivo de proteção não envia um sinal de ação, e o disjuntor desliga automaticamente sem operação manual. Existem muitas razões para os problemas de recusa de operação ou operação indevida do disjuntor, como falhas mecânicas do disjuntor, falhas de equipamentos elétricos e falhas de dispositivos de proteção por relé.

2.2 Falhas de Isolamento do Disjuntor SF₆

Se o disjuntor tiver falhas de isolamento, ocorrerá vazamento de gás SF₆, e também serão causadas falhas mecânicas, principalmente manifestadas como flashover interno de isolamento para o solo, flashover causado por sobretensão devido a raios, flashover de buchas capacitivas, flashover externo de isolamento para o solo, e flashover de buchas de porcelana e varas isolantes.

2.3 Principais Causas das Falhas de Recusa de Operação e Operação Indevida

A causa mecânica da falha de recusa de operação do disjuntor é que existem omissões na produção, instalação, ajuste ou manutenção técnica do disjuntor, levando a problemas de qualidade. A recusa de operação do disjuntor causada por tais falhas mecânicas representa mais de 60% de todas as falhas de recusa de operação do disjuntor. As falhas do disjuntor causadas por razões elétricas são principalmente manifestadas como problemas na fiação secundária, travamento dos núcleos de abertura e fechamento, queima de bobinas, queima da resistência do circuito de abertura, falhas do dispositivo de proteção por relé de bloqueio, falhas da fonte de alimentação de operação e falhas de chaves auxiliares.

2.4 Causas das Falhas de Isolamento

As causas das falhas de isolamento interno do disjuntor incluem a presença de objetos metálicos dentro do disjuntor, o que leva a falhas de condução e descarga; a presença de um potencial flutuante dentro do disjuntor, o que causa falhas de descarga; falhas de flashover ao longo da superfície das partes isolantes do disjuntor, e design imperfeito das partes isolantes. As causas das falhas de isolamento externo do disjuntor são que a distância de rastejamento do isolamento externo da bucha de porcelana não atende ao padrão especificado, e, em termos de aparência, as especificações não atendem aos requisitos, o que provavelmente causará flashover externo da bucha de porcelana. Se houver problemas de qualidade na fabricação da bucha de porcelana e o ambiente de trabalho for sujo, também ocorrerá flashover de isolamento.

3 Métodos de Tratamento para Falhas do Disjuntor SF₆
3.1 Medindo a Resistência do Circuito Principal

Quando o disjuntor está no estado de fechado, meça a resistência do circuito principal entre a linha de entrada e a linha de saída. A corrente pode ser qualquer valor entre 100 A e a corrente nominal. Se a carcaça do condutor do interruptor de aterramento puder ser isolada efetivamente do isolamento, a resistência paralela da carcaça do condutor pode ser medida, e a resistência DC da carcaça do condutor também pode ser medida.

3.2 Realizando um Teste de Tensão Alternada no Disjuntor

Realizar um teste de tensão alternada no disjuntor pode revelar os defeitos da amostra de teste. Simule a operação da amostra de teste para entender sua capacidade de suportar sobretensão. Ao inspecionar várias impurezas de partículas condutoras livres, a sensibilidade da tensão alternada é muito alta.

3.3 Realizando Inspeções Rotineiras e Testes Experimentais

Para evitar falhas durante a operação do disjuntor, inspeções rotineiras e testes experimentais devem ser realizados, incluindo a verificação da tensão de operação nominal do disjuntor e o teste de suas características de tempo. Ao verificar as características mecânicas do disjuntor, todos os componentes mecânicos devem ser inspecionados, e a aparência do mecanismo de operação também deve ser inspecionada para garantir que as bobinas de abertura e fechamento estejam em boas condições.

3.4 Testando o Disjuntor Usando o Método de Desmontagem e Químico

Quando o disjuntor está em operação normal, o SF₆ não reage quimicamente com materiais metálicos e materiais sólidos orgânicos. A descarga de arco pode desempenhar um papel catalítico, resultando em reações químicas. Ao detectar os produtos de decomposição do gás SF₆, os principais componentes químicos a serem detectados incluem dióxido de enxofre, sulfeto de hidrogênio, metano e monóxido de carbono. Analisando a concentração do gás, podem-se julgar as falhas ocultas potenciais do disjuntor SF₆.

4 Conclusão

Em conclusão, o disjuntor SF₆ desempenha um papel cada vez mais importante no sistema de energia. Manter a operação normal do disjuntor SF₆ é crucial para a operação segura do sistema. Para os profissionais de operação e manutenção, compreender o desempenho do disjuntor, reconhecer as causas das falhas e encontrar métodos de tratamento razoáveis de acordo com as causas tornou-se habilidades profissionais necessárias para garantir a operação segura do sistema de energia.