Анализ двух отказов 10-киловольтных SF₆ кольцевых главных распределительных устройств и испытания под нагрузкой

Анализ двух отказов 10кВ SF₆ кольцевых распределительных устройств и испытания под нагрузкой​

​1 Введение в 10кВ SF₆ кольцевые распределительные устройства​
10кВ SF₆ кольцевое распределительное устройство (КРУ) обычно состоит из газового бака, отсека с механизмом управления и отсека для подключения кабелей.

• ​Газовый бак: наиболее важный компонент, содержащий шину нагрузочного выключателя, вал выключателя и газ SF₆. Нагрузочный выключатель является трехпозиционным, включающим изолирующий нож и экран для гашения дуги.
• ​Отсек с механизмом управления: механизм управления соединяется с нагрузочным и заземляющим выключателями через вал выключателя. Операторы вставляют операционный стержень в отверстие доступа для выполнения операций закрытия, открытия или заземления. Поскольку контакты выключателя не видны, индикатор положения, прямой связанный с валом, четко показывает текущее состояние нагрузочного и заземляющего выключателей. Механические блокировки между нагрузочным выключателем, заземляющим выключателем и передней панелью обеспечивают соблюдение требований безопасности "пяти предотвращений".
• ​Отсек для подключения кабелей: расположен на передней части КРУ для удобства подключения кабелей. Концы кабелей используют прикасаемые или неприкасаемые силиконовые резиновые кабельные аксессуары для подключения к изоляционным втулкам КРУ.

​2 Анализ двух отказов​
​2.1 Отказ из-за утечки газа SF₆​
Произошел сбой в линии 10кВ из-за неисправности. Проверка показала, что из КРУ Янмэйкэнг идет дым. После открытия шкафа было обнаружено, что кабельный конец выключателя №2 сломан, а газ утекает из бака. При снятии углового соединителя было установлено, что двусторонний болт для установки втулки был нецентрирован в отверстии, что привело к длительному давлению на втулку и образованию трещины у корня.
Такие отказы часто происходят на кабельных концах из-за неправильной установки, что приводит к длительному напряжению, вызывающему трещины на границе между газовым баком и кабельным концом, и утечке SF₆. Также возможны утечки из-за некачественных уплотнений при производстве.

​2.2 Отказ кабельного конца в КРУ​
При обычной проверке дверь шкафа 10кВ КРУ была покрыта черными пятнами, что указывало на возможное разрядное явление. Четвертый модуль четырехмодульного КРУ был резервным. После отключения питания было обнаружено значительное разрядное явление во втором и третьем модулях:

• ​Модуль 2: стресс-конус фазы C показал следы разряда и потемнение на стенке шкафа.
• ​Модуль 3: кабельный локоть фазы B показал следы разрядного горения.
  При разборке было установлено:
• ​Модуль 2: стресс-конус был установлен слишком низко, полностью ниже полупроводящего разрыва кабеля. Недостаточный контакт на обоих концах привел к концентрации электрического поля, что вызвало пробой и разряд против шкафа.
• ​Модуль 3: вместо оригинального использовали неправильный наружный кабельный наконечник (меньшего размера). Между наконечником и медным сердечником втулки незаконно вставили прокладки, что привело к недостаточному контакту и перегреву. Увеличенный локоть не обеспечил герметичность стресс-конуса, что позволило проникновению влаги, деградации изоляции и возникновению следов разряда.
  Качество кабельных концов имеет решающее значение в компактных КРУ. Недостаточная обработка проводника, экранирующего или полупроводящего слоя снижает расстояние ползучести, повышая риск пробоя. Строгий контроль качества при монтаже минимизирует риски отказов.

​3 Анализ испытаний под нагрузкой​
​3.1 Результаты испытаний под нагрузкой​
В октябре при проведении испытаний на частичные разряды (ЧР) на 10кВ КРУ были обнаружены аномально высокие сигналы (TEV ≈18дБ, AE ≈20дБ) в модулях одного производителя. Последующие испытания 15 модулей выявили аналогичные разряды в 7. Окна наблюдения показали следы разряда на кабельных концах, а T-образные головки имели следы горения. Разборка подтвердила серьезные повреждения от разрядов:

• Поверхности штекеров, ограничителей перенапряжения, эпоксидных втулок и уплотнений показали следы разрядного горения.
• Неплотные соединения между штекерами и уплотнениями позволили проникновению влаги, что привело к коррозии металлических частей и деградации изоляции.
  После замены компонентов уровни ЧР вернулись к норме.

​3.2 Обзор методологии испытаний​
Оценка ЧР включает "прослушивание", "обоняние", "наблюдение" и "испытание":

• ​Подготовка: проверка безопасности оборудования, калибровка приборов для измерения ЧР и сверка идентификаторов системы.
• ​Предварительные проверки:
• Мониторинг давления газа.
• Слушание аномальных звуков (при их наличии необходимо эвакуироваться и сообщить).
• Обоняние запаха горения перед открытием дверей.
• Визуальный осмотр через окна: древовидные следы разряда на T-образных головках или белое оплавление на изоляционных штекерах указывают на неисправности.
• ​Процедура испытаний:
  ① Измерение фонового TEV на немагнитных металлических дверях для оценки общего уровня ЧР.
  ② Испытания TEV: плотно прижать датчики к металлическим дверям; определить источники ЧР по ослаблению сигнала.
  ③ Испытания AE: сканирование зазоров дверей.
• ​Критерии результатов (стандарт компании Shenzhen)​:

​4 Заключение​
Основные выводы:
① SF₆ КРУ все чаще используются на ключевых узлах распределительных сетей благодаря своим преимуществам.
② Отказы 10кВ SF₆ КРУ часто связаны с низким качеством монтажа кабельных концов. Строгий контроль качества, надзор на месте и предварительные испытания до ввода в эксплуатацию необходимы для снижения количества отказов.
③ Испытания под нагрузкой позволяют проводить бесперебойные оценки состояния, облегчают устранение дефектов и минимизируют риски отключений.