10kV SF6-Ringverteiler: Struktur, Fehler und Qualitätsanforderungen an Kabelenden

1. Einführung in 10kV SF6-Ringverteilwerke (RMUs)

Ein 10kV SF6-Ringverteilwerk besteht in der Regel aus drei Hauptteilen: dem Gasfach (Behälter), dem Betriebsmechanismusfach und dem Kabelanschlussfach.

• Das Gasfach ist das Kernkomponente des RMUs. Es wird mit SF6-Gas gefüllt und beherbergt wichtige Elemente wie den Lastschalter, die Busleitungen und den Schaltwellenwandler. Der Lastschalter verfügt über ein Dreipositionsdesign – bestehend aus Ein-, Aus- und Erdungsfunktion – und besteht hauptsächlich aus einem Messerschalter und einem Bögenlöschraum, wobei SF6-Gas zur Erzielung exzellenter Isolierung und Bögenlöschleistung verwendet wird.

• Im Betriebsmechanismusfach ist der Betriebsmechanismus über einen Schaltwellenwandler sowohl mit dem Lastschalter als auch mit dem Erdungsschalter verbunden. Die Bediener führen Ein-, Aus- und Erdungsoperationen durch, indem sie einen manuellen Betriebsstab in das Betriebsloch einführen. Da die Schaltkontakte innerhalb des versiegelten Gasebehälters nicht sichtbar sind, wird auf dem Betriebsmechanismus ein Positionsanzeiger direkt an den Schaltwellenwandler angebracht, der den aktuellen Status des Lastschalters und des Erdungsschalters klar zeigt. Mechanische Verriegelungen zwischen dem Lastschalter, dem Erdungsschalter und dem Vorderdeckel werden installiert, um den "Fünf-Vorschriften" zu entsprechen und die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

• Das Kabelanschlussfach befindet sich an der Vorderseite des RMUs, um den Kabelanschluss zu erleichtern. Die Verbindung zwischen dem Kabel und dem Isolierdurchgang des RMUs kann entweder berührbare oder nicht berührbare Silikonkautschuk-Kabelzubehörteile verwenden, um verschiedenen Sicherheitsanforderungen in verschiedenen Betriebsumgebungen gerecht zu werden.

2. Analyse zweier Störereignisse

2.1 SF6-Gasleckage-Störung

Am 31. März 2015 um 21:47 Uhr kam es zu einer Störung an einer 10kV-Leitung. Während der Inspektion entlang der Leitung wurde Rauch aus dem Yangmeikeng-RMU beobachtet. Beim Öffnen der Gehäusetür stellte sich heraus, dass der Endkontakt des Schalters #2 gebrochen war und der Gasebehälter leckte. Eine weitere Untersuchung nach dem Entfernen des Ellbogensteckers zeigte, dass die Doppelschraube, die zum Installieren des Durchgangs verwendet wurde, nicht mit dem Zentrum des Lugs übereinstimmte, was dazu führte, dass der Durchgang ständig von unten durch das Kabel belastet wurde. Dies führte zu Rissen am oberen Ende der Durchgangsbasis und damit zu einer SF6-Gasleckage. Diese Art von RMU (Modell: GAK4, Hersteller: Shenzhen Minyuanshun, d.h. Ormazabal) hat mehrfach ähnliche Ausfälle erlebt, was auf ein familienbezogenes Design- oder Fertigungsdefekt hindeutet.

Solche Störungen treten häufig am Kabelendkontakt auf. Die Hauptursachen sind eine unzureichende Kabelinstallation, die zu langfristigen mechanischen Belastungen am Endkontakt führt, oder inhärente Fertigungsprobleme im RMU selbst – wie unzureichende Abdichtungen an bestimmten Stellen –, die beide zu SF6-Gasleckagen führen können.

2.2 Kabelendkontaktstörung im RMU

Im Dezember 2014 wurde während einer Routineinspektion ein Verfärbung an der Gehäusetür eines 10kV-RMUs beobachtet, was auf mögliche elektrische Entladungen hindeutete. Das RMU war ein vierfaches Fachgerät, wobei das vierte Fach unbenutzt und als Reserve gehalten wurde. Nach Abschaltung der Stromversorgung und Inspektion des Gehäuses wurden offensichtliche Anzeichen für Entladungen in den zweiten und dritten Fächern festgestellt. Im zweiten Fach zeigte Phase C deutliche Anzeichen für Entladungen vom Spannungskonverter zum Gehäusekörper.

Der Spannungskonverter war zu tief installiert und befand sich vollständig unterhalb des Halbleiter-Schnittpunkts des Kabels. Sein unteres Ende überlappte nicht mit dem Halbleiter-Schnitt, und sein oberes Ende berührte nicht die innere Halbleiterschicht des Ellbogensteckers. Dies führte zu einer Konzentration des elektrischen Feldes am oberen Rand des Spannungskonverters, was im Laufe der Zeit zu einer Isolationsdurchschlagung und anschließenden Entladungen zum Gehäusewall führte. Im dritten Fach zeigte der Ellbogenstecker der Phase B sichtbare Anzeichen von Bögenschaden.

Bei der Zerlegung stellte sich heraus, dass der verwendete Endkontakt für Außenanwendungen konstruiert war und nicht dem ursprünglich vorgesehenen Typ entsprach. Aufgrund der Abmessungsunterschiede hatte der Außen-Typ einen kleineren Innendurchmesser, was eine vollständige Sitzung auf dem Boden des Endkontakts verhinderte. Um dies auszugleichen, wurde ein Unterlegscheibe fälschlicherweise zwischen den Endkontakt und den Durchgangsleiter eingefügt, was zu schlechterem Kontakt, erhöhtem Widerstand und Überhitzung führte. Darüber hinaus war der Ellbogenstecker in diesem Fach zu groß und passte nicht zum Spannungskonverter, wodurch die vollständige Isolationsintegrität des RMUs beeinträchtigt wurde. Dadurch konnte Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Kabelisolation und der Trägerisolatoren kondensieren, was die Isolierleistung reduzierte und Entladungspfade schuf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Qualität der Kabelendkontaktbearbeitung und die Verbindung zwischen dem Kabel und dem RMU von entscheidender Bedeutung sind. Angesichts der kompakten Struktur und des begrenzten Innenraums von RMUs ist eine hohe Präzision bei der Kabelverbindung erforderlich. Unangemessene Behandlung des Leiters, des Schirms oder der Halbleiterschicht – was zu unzureichender Kriechentfernung führen kann – kann leicht zu Isolationsausfällen führen. Strenges Qualitätsmanagement bei der Installation von Kabelendkontakten ist notwendig, um Fehler an der Quelle zu verhindern und die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen zu reduzieren.