10kV SF6 okružní jednotky: Struktura příčiny poruch a kvalita ukončení kabelů

1. Úvod do 10kV SF6 okruhových hlavních jednotek (RMU)

Typická 10kV SF6 okruhová hlavní jednotka se obvykle skládá ze tří hlavních částí: kompartmentu s plynem (nádrž), kompartmentu s ovládacím mechanismem a kompartmentu pro připojení kabelů.

• Kompartment s plynem je základní součástí RMU. Je plněn SF6 plynem a obsahuje klíčové prvky jako jsou zátěžový spínač, sběrnice a hřídel spínače. Zátěžový spínač má třípolohový design – zahrnující funkce zapínání, vypínání a zazemlení – a je hlavně vyroben ze spínače s čepelem a komory pro uhasení oblouku, které využívají SF6 plyn k dosažení vynikající izolace a výkonu uhasení oblouku.

• Uvnitř kompartmentu s ovládacím mechanismem je ovládací mechanismus spojen přes hřídel spínače s zátěžovým spínačem a zazemňovacím spínačem. Operátoři vloží ruční ovládací tyč do ovládacího otvoru, aby provedli operace zapínání, vypínání a zazemlení. Protože kontakty spínače jsou uzavřeny v pečlivě zapečetěné nádrži s plyny a nejsou viditelné, je na ovládacím mechanismu poskytnut ukazatel polohy přímo propojený s hřídelem spínače, který jasně zobrazuje aktuální stav zátěžového spínače a zazemňovacího spínače. Mezi zátěžovým spínačem, zazemňovacím spínačem a předním poklopem jsou instalovány mechanické zámky, aby byly splněny požadavky „pěti prevencí“, což zajišťuje bezpečnost provozu.

• Kompartment pro připojení kabelů se nachází v přední části RMU a usnadňuje připojení kabelů. Připojení mezi kabelem a izolačním čepcem RMU může být provedeno pomocí dotykem odolných nebo nedotykem odolných silikonových gumových příslušenství pro kabel, což umožňuje různé požadavky na bezpečnost v různých provozních podmínkách.

2. Analýza dvou incidentů poruch

2.1 Porucha úniku SF6 plynu

31. března 2015 v 21:47 došlo na 10kV lince k poruše a výpadku. Během inspekce linky byl pozorován kouř vyšlehující z RMU Yangmeikeng. Po otevření dveří skříně bylo zjištěno, že terminál spínače č. 2 se rozlomil a nádrž s plyny unikala. Další inspekce po odstranění loktového spoje odhalila, že dvojhlavý šroub použitý k montáži čepece byl nesprávně zarovnán s centrem otvoru kolíku, což vedlo k tomu, že čepec byl trvale vystaven tahové síle z kabelu směrem dolů. To způsobilo prasknutí horní části základny čepece, což vedlo k úniku SF6 plynu. Tento typ RMU (model: GAK4, výrobce: Shenzhen Minyuanshun, tj. Ormazabal) již v minulosti zažil několik podobných selhání, což naznačuje rodinnou konstrukční nebo výrobní vadu.

Takové poruchy se často vyskytují na terminálu kabelu. Hlavní příčiny zahrnují nesprávnou instalaci kabelu, což vede k dlouhodobému mechanickému namáhání terminálu, nebo vlastní výrobní problémy RMU, jako je nedostatečné zapečetění v některých místech, což může vést k úniku SF6 plynu.

2.2 Porucha terminálu kabelu v RMU

V prosinci 2014 bylo během běžného patrolního průkazu zjištěno zčernalí na dveřích skříně 10kV RMU, což naznačovalo možnou elektrickou výbojkovou aktivitu. RMU byla čtyřkomorová jednotka, s čtvrtou komorou nepoužívanou a uchovanou jako rezervní. Po vypnutí napájení a inspekci skříně byly nalezeny zřetelné známky výbojek v druhé a třetí komoře. V druhé komoře bylo zřetelné svědčení o výbojce z napěťového kužele ke skříni.

Napěťový kužel byl nainstalován příliš nízko, úplně pod řez polovodičové vrstvy kabelu. Jeho dolní konec nebyl naříznut nad řez polovodičové vrstvy a horní konec nebyl v kontaktu s vnitřní polovodičovou vrstvou loktového spoje. To vedlo k koncentraci elektrického pole na horním okraji napěťového kužele, což nakonec vedlo k průrazu izolace a následné výbojce ke stěně skříně. V třetí komoře byly zřetelné známky poškození výbojkou u loktového spoje fáze B.

Po rozebrání bylo zjištěno, že byl použit terminálový kolík navržený pro venkovní aplikace, nikoli původně specifikovaný typ. Kvůli rozdílům v rozměrech měl venkovní kolík menší vnitřní průměr, což mu nedovolilo plně sednout na spodní část terminálového kolíku. Aby toto kompenzoval, byl nepravým způsobem přidán podložka mezi kolíkem a vodičem čepece, což vedlo k chudému kontaktu, zvýšenému odporu a přehřívání. Kromě toho byl loktový spoj použitý v této komoře příliš velký a nesouladný s napěťovým kuželem, což nedovolilo pevné zapečetění konce kabelu. To kompromitovalo plnou integritu izolace RMU, což umožnilo kondenzaci vlhkosti na povrchu izolace kabelu a nosných izolátorů, což snížilo výkon izolace a vytvořilo cesty pro sledování.

Závěrem, kvalita provedení konce kabelu a spojení mezi kabelem a RMU je kriticky důležitá. Vzhledem k kompaktní struktuře a omezenému vnitřnímu prostoru RMU je vyžadována vysoká přesnost v práci s kabelovými spoji. Nesprávné zacházení s vodičem, štítem nebo polovodičovou vrstvou – vedoucí k nedostatečnému vzdálenosti pro kroužení – může snadno vést k selhání izolace. Přísná kontrola kvality během instalace konce kabelu je nezbytná, aby se zabránilo poruchám na zdroji a snížilo pravděpodobnost výpadků.