Łączniki w Eksploatacji 2018

Doświadczenia eksploatacyjne z diagnostyki wyłączników WN SF6

1. Wprowadzenie

Jednym z wielu elementów infrastruktury stacji elektroenergetycznej są wyłączniki, do których zadań należy szybkie wyłączenie prądów roboczych i zwarciowych. Dzięki temu zabezpieczają one pozostałe urządzenia przed skutkami awarii. Obecnie na stacjach elektroenergetycznych WN coraz częściej stosowane są urządzenia izolowane gazem  SF6, a wyłączniki z komorami gaszeniowymi SF6 stanowią w praktyce podstawowe ich wyposażenie. Pierwsze wyłączniki SF6 w polskich systemie elektroenergetycznym  instalowano w latach 90 ubiegłego wieku i z tego powodu ich stan techniczny powinien być szczególnie diagnozowany. Bowiem podstawą ich bezawaryjnej pracy jest regularna diagnostyka z zastosowaniem nowoczesnych metod pomiarowych [1].

Należy podkreślić, że współczesne przyrządy diagnostyczne pozwalają na znaczne skrócenie czasu diagnostyki, przy czym dostarczają kadrze inżynierskiej bardzo dużo informacji potrzebnych do ustalenia stanu technicznego badanego obiektu.

W niniejszym artykule przedstawiono doświadczenia z diagnostyki wyłączników SF6 w warunkach eksploatacyjnych z zastosowaniem nowoczesnej aparatury pomiarowej.

2. Charakterystyka badanych wyłączników

Prezentowaną w artykule diagnostykę wyłączników wykonano w ostatnich dwóch latach w różnych polskich spółkach dystrybucyjnych oraz zakładach przemysłowych, przy czym były to wyłącznie wyłączniki w izolacji gazowej SF6 o napięciu znamionowym od 110 kV do 400kV. Wyprodukowano je w latach 1991÷2010 przez różne wytwórnie. Łącznie wykonano diagnostykę 123 sztuk wyłączników z komorami SF6. Na rysunku 1 przedstawiono podział diagnozowanych wyłączników ze względu na rok produkcji.

Rys.1. Podział badanych wyłączników ze względu na rok produkcji

Wynika z niego, że największą grupę, bo około 56%,  stanowiły najstarsze wyłączniki wyprodukowane w latach 90 ubiegłego wieku, czyli takie, które są już eksploatowane blisko 30 lat. Natomiast najnowsze urządzenia miały za sobą „tylko” 8 lat eksploatacji i stanowiły niewielki procent populacji (około 1%).

Spośród badanej grupy 123 sztuk wyłączników 79 szt. pracowało na napięciu 110 kV, 23 szt. na napięciu 220 kV oraz 21 szt, na napięciu 400 kV. Natomiast na rysunku 2 przedstawiono podział wyłączników ze względu producentów.

Rys.2. Podział badanych wyłączników ze względu na producenta

Wynika z niego, że dominująca część wyłączników (72%) wytworzona została przez dwóch producentów: ABB oraz Siemens. Ich udział procentowy wyniósł odpowiednio 49% oraz 23%. Przedstawiony wyżej ilościowy rozkład jest skutkiem przede wszystkim dużej ilości wyłączników typu LTB 145 zainstalowanych w stacjach 110 kV (rys.3). 

Rys. 3. Podział badanych wyłączników ze względu na typ

Z przedstawionych wyżej danych wynika, że zdiagnozowano bardzo szeroką  gamę wyłączników SF6, którą można traktować jako reprezentatywną dla wszystkich zainstalowanych w Polsce. Stąd, zdaniem autora, wnioski wypływające w tych badań mogą być odniesione do ogółu wyłączników SF6 pracujących w polskim systemie elektroenergetycznym.

3. Zakres oraz metodyka pomiarów podczas przeglądu

Ważnym elementem zasad obsługi urządzeń elektroenergetycznych oraz metodyki  przeprowadzenia diagnostyki podczas przeglądów wyłączników jest skrócenie czasu pomiarów oraz możliwość natychmiastowej interpretacji ich wyników.  Wynika to z konieczności maksymalnego ograniczenia przerw w dostawie energii. Z tego powodu do badań użyto wielofunkcyjnych zestawów diagnostycznych, które wykonują pomiary poszczególnych parametrów w trybie automatycznym bez konieczności pracochłonnych zmian w konfiguracji obwodu pomiarowego. Ponadto system akwizycji danych pozwala na szybką interpretację wartości zmierzonych parametrów z punktu widzenia oceny stanu technicznego, co w znaczący sposób wykonanie ekspertyzy. 

Parametry elektryczne oraz funkcjonalne działanie wyłączników SF6 sprawdzono w następującym zakresie:

  • pomiar rezystancji głównego toru prądowego wyłącznika prądem o stałym natężeniu 100A lub większym,
  • pomiar prędkości ruchu styków wraz z jej wykresem,
  • pomiar izolacji doziemnej i międzystykowej,
  • pomiar czasów własnych i niejednoczesności styków głównych i pomocniczych wyłącznika przy napięciu znamionowym w cyklach łączeniowych: ZAŁĄCZ, WYŁĄCZ, ZAŁĄCZ-WYŁĄCZ, WYŁĄCZ-ZAŁĄCZ-WYŁĄCZ, 
  • pomiar prądów i czasu zbrojenia napędów,
  • pomiar rezystancji cewek obwodów sterowniczych,
  • sprawdzenie działania blokady przeciw pompowaniu oraz zabezpieczenia od niezgodności położenia biegunów,
  • kontrola blokad ciśnieniowych działania napędu,
  • sprawdzenie wartości nastaw czujników gęstości gazu SF6, czujników sygnalizacji ubytku gazu oraz czujników blokady sterowania.
  • pomiar rezystancji cewek obwodów sterowni

Wszystkie wymienione wyżej parametry działania wyłączników SF6 zmierzono i sprawdzono za pomocą wielofunkcyjnego miernika CIBANO 500 prod. Omicron (rys.4) [2].

Rys. 4. Miernik CIBANO 500 prod. Omicron [2]

Na rysunku 5 pokazano schemat podłączenia CIBANO 500 do wyłącznika. Szczególnym rozwiązaniem w konfiguracji miernika i sposobie jego podłączenia jest zastosowanie zdalnie sterowanych pomiarowych sąd CB MC2 oraz CB TN3. Ich użycie znacznie skraca czas pomiarów oraz eliminuje ewentualne błędy w podłączeniu przewodów pomiarowych.

Rys. 5. Układ diagnostyki wyłączników z użyciem miernika CIBANO 500 [2]

Właściwości gazu SF6 zbadano w następującym zakresie:

  • pomiar gęstości gazu SF6 (%),
  • pomiar ilości produktów rozpadu gazu SF6 (SO2) (w ppm),
  • pomiar zawilgocenia gazu SF6 (w ppmv oraz ppmw),
  • pomiar punktu rosy gazu SF6.

Do wyznaczenia w/w parametrów użyto aparatury produkcji WIKA (rys.6) [3]. Jest to aparatura, której parametry są zgodne z obowiązującą dyrektywą KYOTO z 2015 roku.

Rys. 6. Aparatura do analizy gazu SF6. Od lewej: analizator składu gazu GA11, detektor wycieków oraz system kalibracyjny przyrządów pomiarowych gęstości [3]

Warto zaznaczyć, że bezobsługowa w pełnym zakresie diagnostyka gazu SF6 w znakomity sposób zwiększa efektywność przeglądu, bowiem pozwala na jednoczesne wykonanie innych koniecznych czynności jak np. podłączenie sąd pomiarowych oraz obwodów wtórnych. 

4. Analiza usterek i defektów

Na rysunku 7 przedstawiono procentową ilość stwierdzonych usterek w wyłącznikach ze względu na rok produkcji, a tym samym pośrednio, ze względu na okres eksploatacji.

Rys. 7. Procentowa ilość usterek wyłączników wyprodukowanych w określonym roku

Jak można zauważyć najwięcej usterek stwierdzono w najdłużej eksploatowanych wyłącznikach pracujących pracujących ponad 25 lat.   Jednak, zdaniem autora, ich ilość może w znaczący sposób wpłynąć na obniżenie niezawodności pracy stacji elektroenergetycznych. Dotyczy to zwłaszcza stacji najwyższych napięć, gdzie w stacjach 400 kV aż 43 % zbadanych wyłączników było nie w pełni sprawnych (rys.8).

Rys. 8. Procentowa ilość usterek wyłączników o różnym napięciu znamionowym

W ujęciu liczbowym stwierdzono, że z 79 sztuk zbadanych wyłączników 110kV usterki  posiadało 12 sztuk, z 23 sztuk zbadanych wyłączników 220 kV wadliwych było 6 sztuk, za z 21 sztuk zbadanych wyłączników 400kV wady zanotowano aż w 9 przypadkach.

Warto podkreślić, że najwięcej usterek dotyczyło obwodów i parametrów elektrycznych wyłączników. Na drugim miejscu były usterki mechaniczne. Najmniej usterek stwierdzono w zakresie eksploatacji gazu SF6. Wśród tych trzech grup do najczęściej występujących defektów można zaliczyć:

Usterki w obwodach elektrycznych wyłącznika:

  • przekroczona wartość rezystancji czynnej obwodu głównego,
  • uszkodzenia komponentów szafy napędowej (styczniki, cewki, grzałki itp.),
  • usterki w układzie sterowania wyłącznikiem –  zdalne/miejscowe, załącz, wyłącz,
  • przekroczenie czasów nastaw przekaźników K16 i K17;

Usterki mechaniczne wyłącznika:

  • przekroczone czasy własne wyłącznika,
  • uszkodzenia mechaniczne izolacji, ubytki komponentów i osłon, nieprawidłowości w pracy napędu,
  • nieprawidłowe działanie licznika łączeń,
  • zawieszanie się napędu
  • niepoprawne zbrojenie napędu,
  • uszkodzenia mechaniczne układu przeniesienia napędu,
  • głośna praca napędu;

Usterki związane z eksploatacją gazu SF6:

  • ubytek gazu (niewłaściwe ciśnienie gazu SF6 w wyłączniku),
  • wycieki gazu (nieszczelność instalacji gazowej wyłącznika),
  • parametry jakościowe gazu,
  • obecność produktów rozpadu gazu SF6,
  • Uszkodzenie lub błędne wskazania monitora SF6.

Z przedstawionego na rysunku 9 zestawienia usterek ze względu na rok produkcji (instalacji) wyłączników wynika, że uszkodzenia mechaniczne dotyczą przeważnie starszej generacji aparatów, natomiast uszkodzenia obwodów elektrycznych częściej występują w aparatach wyprodukowanych po roku 2000.

Rys. 9. Podział ilości usterek ze względu na ich rodzaj oraz rok produkcji wyłączników

Przedstawione wyżej zestawienie usterek nie obejmuje drobnych defektów, które można było bez dużego nakładu pracy oraz środków usunąć podczas przeglądu aparatów. Do takich defektów można zaliczyć bardzo często powtarzający się problem z prawidłowym podłączeniem przewodów obwodów wtórnych, zwłaszcza kabli do listw zaciskowych szafy napędowej wyłącznika. W wielu przypadkach przewody te były pęknięte tuż przy samej listwie zaciskowej (defekt niewidoczny podczas oględzin napędu). Wydaje się, że przyczyną tego defektu są wibracje napędu wyłącznika w trakcie pracy oraz zmęczenie mechaniczne materiału.

5. Podsumowanie

Zasadniczym wnioskiem wypływającym z przeglądu 123 wyłączników SF6 różnych typów jest niska wadliwość instalacji gazu SF6, która mimo upływu wielu lat pracy nie sprawia dużo problemów eksploatacyjnych. Jedynie w kilku przypadkach stwierdzono znaczne przekroczenia normatywne ilości produktów rozpadu gazu SF6.

Względnie duża ilość usterek w obwodach elektrycznych wyłącznika występuje przede wszystkim w aparatach instalowanych w ostatnich 10÷15 latach.

Defekty i usterki mechaniczne obserwowano przede wszystkim w starszych wyłącznikach jako rezultat naturalnego procesu starzenia eksploatacyjnego.

6. Literatura

[1] Budzyński P.: „Wyłączniki wysokiego napięcia od 72,5 do 800 kV. Rozwój, budowa i właściwości eksploatacyjne”, Warszawa, (2013), wydanie I

[2] Cibano 500: https://www.omicronenergy.com/en/products/cibano-500/#contact-menu-open

[3] Analizator gazu SF6: https://www.wikapolska.pl/ga11_pl_pl.WIKA?ProductGroup=72562 

Paweł Molenda, Energo-Complex, OBRE

 

 

 

 

 

 

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top