تحليل فشل قاطع دارة من نوع خزان بجهد 750 كيلوفولت ومليء بغاز الـ SF₆ المضغوط

ظاهرة الفشل
معلومات الفشل ونمط التشغيل قبل الفشل

في الساعة 17:53:50 من يوم 16 مايو 2016، قام جهازا الحماية على خط جينغتشوان الثاني بالعمل بشكل متتالي. تم اختيار المرحلة B للقفز، وتم فتح المرحلة B للمفاتيح الكهربائية 7522 و7520. كشف جهاز حماية المفتاح الكهربائي 7522 عن عطل دائم في جهاز حماية الخط الثنائي، بتأخير لمدة 0.6 ثانية. بعد ذلك، تم قفز المراحل ABC للمفتاح الكهربائي 7522.

خلال هذه العملية، تفعيل حماية الفشل للمستوى B للمفتاح الكهربائي 7522 حماية الفرق لحافلة II، وتم فتح المفتاح الكهربائي 7512، مما أدى إلى انقطاع التيار الكهربائي عن حافلة II بقوة 750 كيلوفولت. يظهر نمط تشغيل النظام قبل الفشل وحالة الوحدات في الشكل 1. كانت القوة النشطة للوحدة رقم 1 هي 645 ميغاواط، والوحدة رقم 2 هي 602 ميغاواط. كان خطوط جينغتشوان الأول والثاني تعمل بشكل طبيعي. كانت طريقة التوصيل لمجموعة التردد العالي هي 3/2 توصيل، وكانت مجموعة التردد العالي تعمل بطريقة الحلقة المغلقة.

وضع الفحص الفعلي للعطل
الفحص البصري على الأرض

أظهر الفحص على الأرض للمفتاح الكهربائي 7522 أن المؤشرات الميكانيكية لفتح وإغلاق المراحل A/B/C تشير إلى وضع الفتح، وهو عند الوضع "0". كانت الهيكلة التشغيلية الهيدروليكية في وضع ضغط الربيع. بالنسبة للمفتاح الكهربائي WB - 2C، بالنسبة للمراحل A/B/

بالنسبة للمستوى C، أظهر الفحص على الأرض لوحة الصندوق العملي أن الضوء الأحمر لمؤشر TWJ كان مضاءً. كانت ضغط غاز SF₆ للمفاتيح الكهربائية الثلاثية المراحل A/B/C هو 0.62 ميجا باسكال (ضغط نسبي)، ولم يكن هناك أي تشوهات واضحة في المفتاح الكهربائي 7522.

معلومات العمل الحامي

• جهاز حماية خط جينغتشوان الثاني IRCS - 931BM: في الساعة 17:53:50:404 من يوم 16 مايو 2016، قام حامي الفرق بين التيار للمستوى B بالعمل. قام حامي الفرق بين التيار بقفز المراحل A وB وC بعد 767 ميلي ثانية، وعادت نقاط الاتصال للقفز للمراحل A وB وC بعد 825 ميلي ثانية.

• جهاز حماية خط جينغتشوان الثاني IICS - 103C: في الساعة 17:53:50:454 من يوم 16 مايو 2016، قام حامي الفرق بين التيار للمستوى B بالعمل، وقفز الفرق بين التيار المراحل ABC بعد 790 ميلي ثانية.

• شاشة حماية المفتاح الكهربائي 7522 PRS - 721S: قفز المفتاح الكهربائي 7522 في المستوى B. حدث العمل التتابعي للقفز. بعد 0.6 ثانية، تم تنفيذ عمل إعادة الإغلاق، وتواصل العمل الثلاثي للقفز. بعد 0.15 ثانية، حدث قفزة الفشل للمفتاح الكهربائي نفسه، وبعد 0.25 ثانية، حدث قفزة الفشل للمفاتيح الكهربائية المجاورة.

• شاشة حماية المفتاح الكهربائي 7520 PRS - 721S: قفز المفتاح الكهربائي 7520 في المستوى B. حدث العمل التتابعي للقفز، وتم تنفيذ العمل الثلاثي التتابعي للقفز. بما أن إعادة الإغلاق للمفتاح الكهربائي 7520 كانت ذات تأخير 0.9 ثانية (للإغلاق مع الخط المعيب وتقليل التأثير على الوحدة)، لم يتم تنفيذ إعادة الإغلاق.

• شاشة حماية المفتاح الكهربائي 7512 PRS - 721S: قفز المفتاح الكهربائي 7512 في ثلاث مراحل، وعادت نقاط الاتصال للقفز الثلاثي بعد 1143 ميلي ثانية.

• شاشة حماية الأم الحافلة الثانية RCS - 915E: في الساعة 17:53:51:258 من يوم 16 مايو 2016، حدث قفزة الفشل للأم الحافلة - الخط.
  

اختبار وفحص جسم المفتاح الكهربائي

تم التواصل مع معهد البحث الكهربائي في نينغشيا لتحليل مكونات غاز SF₆ للمفاتيح الكهربائية الثلاثية المراحل 7522. تجاوز تركيز مركبات الكبريت في غاز SF₇ للمستوى B المعايير بشكل كبير. كان محتوى المنتجات المتفرعة في هذا الغرفة الغازية مرتفعًا، مما يشير إلى وجود تفريغ جزئي عالي الطاقة، مما أدى إلى تفكك المواد العازلة الصلبة، كما هو موضح في الجدول 1.

بعد قياس دائرة قطع الدائرة للمستوى B للمفتاح الكهربائي، تم تأكيد أن الدائرة كانت مفتوحة، مما يشير إلى أن المفتاح كان في حالة القطع. قام معهد البحث الكهربائي في نينغشيا بإجراء اختبارات على وقت الفتح وممانعة الدائرة للمستويات A وC للمفتاح الكهربائي 7522، وكانت نتائج الاختبارات متوافقة مع المعايير.

الفك والفحص بعد العطل

بالنسبة للمفتاح الكهربائي 7522، تم تصريف غاز SF₆ داخل المستوى B، وأُزيل النيتروجين، وتم فتح باب جسم المفتاح. تم العثور على غبار (منتجات التحلل من التفريغ القوسي) داخل الجسم. بعد وصول الفنيين من مصنع ABB، تم فك العازل، وتم العثور على 2 كهرباء مكسورة. كانت الكهرباء المكسورة متصلة بالجدار الخارجي. أظهرت القضيب الرابط والملامسة المتحركة علامات واضحة للتآكل، وكان لدى آلية التشغيل للملامسة المتحركة منتجات تحلل واضحة. تم فحص آلية التشغيل الهيدروليكية ذات الربيع للمفتاح الكهربائي ووجد أنها تعمل بشكل طبيعي.

تحليل السبب
مبدأ إطفاء القوس الكهربائي

يعتبر الوقت الأمثل لإطفاء القوس الكهربائي هو عندما يمر تيار القوس عبر الصفر كل نصف دورة. خلال فترة الصفر المتقاطع للتيار، يمر القوس بعمليتين استرجاعيتين:

• عملية استرجاع قوة العزل: بسبب تعزيز عملية التنقي من الأيونات، تتعافى قوة العزل بين كهربائي القوس تدريجياً.

• عملية استرجاع جهد القوس: يتم إعادة تطبيق جهد مصدر الطاقة على الملامسات. يرتفع جهد القوس من جهد إطفاء القوس إلى جهد مصدر الطاقة. إذا كانت عملية استرجاع قوة العزل أسرع من عملية استرجاع جهد القوس، وإذا كان حجم عملية استرجاع جهد القوس كبيراً، فإن عملية استرجاع جهد القوس ستكون أسرع من عملية استرجاع قوة العزل، مما يؤدي إلى انهيار العازل بين الكهربائيين، وسيتم إعادة إشعال القوس. إذا بدأت عملية استرجاع جهد القوس قبل بداية عملية استرجاع قوة العزل، سيتم إعادة إشعال القوس.

الخاتمة

وبالتوازي مع شكل الموجة المسجل لجهاز الحماية CSL103، بعد إعادة الإغلاق للمستوى B للمفتاح الكهربائي 7522، أصدرت الحماية أمر قفز ثلاثي بعد 767 ميلي ثانية، وتم فتح المراحل الثلاث للمفتاح الكهربائي 7522 تمامًا بعد 825 ميلي ثانية، بمدة عمل 58 ميلي ثانية. خلال عملية إطفاء القوس للمستوى B للمفتاح الكهربائي، لم يعبر شكل موجة التيار الصفر، واستمر القوس بتزويد التيار القصير داخل المفتاح الكهربائي.

وفقًا لتحليل أداء إطفاء القوس لغاز SF₆: تحت تأثير القوس، يقوم غاز SF₆ بامتصاص الطاقة الكهربائية ويولد مركبات فلوريد منخفضة. ومع ذلك، عندما يعبر تيار القوس الصفر، يمكن لهذه المركبات الفلورية المنخفضة أن تتجمع سريعًا مرة أخرى إلى غاز SF₆. يستعيد قوة العزل للفراغ بين الكهربائيين بشكل نسبي سريع. بما أن تيار القوس لم يعبر الصفر، فقد تراجع أداء إطفاء القوس لغاز SF₆. في هذا الوقت، كان فقط عن طريق تفعيل حماية الفشل للمفتاح الكهربائي يمكن للمفتاح الكهربائي المجاور 7512 قطع التيار المعيب. كانت الفترة الزمنية من عودة نقاط الاتصال للقفز الثلاثي للمفتاح الكهربائي 7522 حتى عودة نقاط الاتصال للقفز الثلاثي للمفتاح الكهربائي 7512 هي 317 ميلي ثانية، مما يشير إلى أن القوس الكهربائي ذو الطاقة العالية للمستوى B للمفتاح الكهربائي قد احترق لمدة 317 ميلي ثانية. بعد فتح المفتاح الكهربائي 7512، تم إطفاء القوس.

باختصار، في هذا الحدث، قامت حماية الخط وحماية الفشل للمفتاح الكهربائي بالعمل بشكل طبيعي، وقفز المفتاح الكهربائي بشكل طبيعي. كانت جميع أعمال المعدات الأولية والثانوية صحيحة. بالنسبة للمستوى B للمفتاح الكهربائي 7522، من خلال تحليل تركيب الغاز، كان هناك طاقة عالية في غرفة إطفاء القوس، وهي كافية لزيادة ضغط الغاز. ومع ذلك، لم يعبر تيار المستوى B للمفتاح الكهربائي 7522 الصفر، ولم يتم إطفاء القوس. ولكن صمام غرفة الضغط السفلي كان مفتوحًا، وتم تصريف الغاز الزائد من الأسفل، والذي ربما حمل القوس خارجًا وأحرق قضيب العزل المتحرك والمكثف الموازي.

تحليل أسباب الاحتراق للمقاومة القريبة للمفتاح الكهربائي والتدمير للغطاء الواقي الموحد على الجانب الخارجي للمقاومة

يشكل تشغيل المفتاح الكهربائي سبب معظم الجهود الزائدة للتبديل. يمكن لتثبيت مقاومة القرب أن يحد بشكل فعال من الجهود الزائدة أثناء الإغلاق والانغلاق الأحادي. يستخدم المفتاح الكهربائي ذي التفريغ بالغاز SF₆ بقوة 550/800PMSF₆ المصنوع من شركة ABB في شركتنا مقاومة قريبة مكونة من صفائح مقاومة الكربون السيليكون المتراكبة. وفقًا لدليل الشركة المصنعة، فإن قدرة الحرارة للمقاومة القريبة هي كالتالي: عند الإغلاق 4 مرات عند 1.3 مرة من الجهد الفاز المرجعي، يكون الفاصل الزمني بين أول مرتين 3 دقائق، والفاصل الزمني بين آخر مرتين 3 دقائق؛ الفاصل الزمني بين مجموعتي الاختبار (الأمامية والخلفية) لا يتجاوز 30 دقيقة.

المفتاح الكهربائي له بنية الانقطاع المتسلسلة، والتي تتكون من 3 انقطاعات رئيسية، انقطاع مساعد واحد، ومقاومة قريبة مركبة، كما هو موضح في الشكل 2. الميزة الرئيسية للبنية المتسلسلة هي أنه أثناء عملية الإغلاق للمفتاح الكهربائي، يغلق الانقطاع المساعد بعد الانقطاع الرئيسي في غرفة إطفاء القوس، وفي عملية الفتح، يفصل الانقطاع المساعد أيضًا بعد الانقطاع الرئيسي في غرفة إطفاء القوس.

أي أن تسلسل عمل الانقطاع المساعد هو الإغلاق في وقت لاحق والفتح في وقت لاحق. مبدأ عمله هو كالتالي: أثناء الإغلاق، يغلق الانقطاع الرئيسي أولاً، ليشكل حلقة توصيل للتيار متسلسلة مع المقاومة، ويتم توصيل المقاومة القريبة. بعد حوالي 8-11 ميلي ثانية (وفقًا لدليل الشركة المصنعة)، يتم تشكيل حلقة توصيل للتيار عبر ملامسة الإغلاق للانقطاع المساعد، مما يقصر المقاومة القريبة؛ أثناء الفتح، يفصل الانقطاع الرئيسي أولاً، ليفتح حلقة التيار الرئيسية، ثم يفصل الانقطاع المساعد.

لذلك، يحمل الانقطاع المساعد التيار المرجعي والتيار القصير أثناء الفتح. بعد الفتح الميكانيكي للمستوى B، تم توصيل المقاومة القريبة بالدارة. بما أن القوس بين الانقطاعات للمستوى B استمر لمدة 317 ميلي ثانية عبر المقاومة القريبة، وكان تيار القوس حوالي 1620 أمبير، فإن حساب قدرة الحرارة التي تحملتها المقاومة القريبة كان أكبر من قدرتها المحددة. هذا أدى إلى زيادة قدرة الحرارة بين المقاومة القريبة والانقطاع المساعد، مما أدى في النهاية إلى الانصهار، والتفريغ إلى الحلقة التدرجية الخارجية، مما أدى إلى تدمير الحلقة التدرجية وسواد المقاومة.

تحليل أسباب تشغيل حماية الفشل للمفتاح الكهربائي

في حماية الفشل للمفتاح الكهربائي، عندما يتم تنشيط العنصر الحالي ويتوافق مع معايير حماية الفشل، سيتم تنشيط حماية الفشل طالما يتم استقبال إشارة القفز من الحماية ووجود تيار أكبر من 0.05 In للمرحلة المقابلة.

كما يمكن رؤيته من التقارير الخاصة بـ 7522، من 775 ميلي ثانية عندما استقبل جهاز الحماية PRS - 721S للمفتاح الكهربائي 7522 إشارة القفز الثلاثي من جهاز الحماية IRC - 931BM لخط جينغتشوان الثاني، وحتى 925 ميلي ثانية عندما قفز المفتاح المحلي بسبب الفشل، وحتى 1025 ميلي ثانية عندما قفز المفتاح المجاور بسبب الفشل، بتأخير 0.15 ثانية لقفز المفتاح المحلي و0.25 ثانية لقفز المفتاح المجاور على التوالي، وهو متوافق مع منطق عمل حماية الفشل، وقد عملت الحماية بشكل صحيح، كما هو موضح في الشكل 3. في الرسم البياني للموجات، يمكن رؤية أن رغم عودة نقطة الاتصال للقفز للمستوى B من 7522 عند 825 ميلي ثانية، إلا أنه كان لا يزال هناك تيار (قوس) يتدفق بين الملامسات المتحركة والسكونية.

الخاتمة

• بسبب التشوه الشديد لتيار العطل، انتقل شكل الموجة إلى الجانب السفلي من محور الوقت. حقيقة أن شكل الموجة لم يعبر الصفر خلال زمن الإطفاء الفعال للمفتاح الكهربائي كانت السبب الرئيسي لعدم إطفاء القوس. فشل استعادة العزل بين الفجوات بعد فتح المفتاح الكهربائي وتراجع أداء إطفاء القوس لغاز SF₆ كانا الأسباب الثانوية لعدم إطفاء القوس.

• عدم إطفاء القوس وإخراج الغاز المتبقى من غرفة إطفاء القوس، الذي حمل القوس خارجًا، كانا السبب الرئيسي لسواد قضيب العزل والجدار الخارجي للمكثف.

• بعد الفتح الميكانيكي للمستوى B، تم توصيل المقاومة القريبة بالدارة. بما أن القوس بين الانقطاعات للمستوى B تدفق عبر المقاومة القريبة لمدة 317 ميلي ثانية، فقد أدى حمل قدرة الحرارة إلى تدمير الاتصال بين المقاومة القريبة والانقطاع المساعد، مما أدى في النهاية إلى الانصهار، والتفريغ إلى الحلقة التدرجية الخارجية، مما أدى إلى تدمير الحلقة التدرجية وسواد المقاومة.

• وجود تيار القوس في المستوى B وتوافقه مع منطق عمل حماية الفشل للمفتاح الكهربائي كانا السبب الرئيسي لقفز الأم الحافلة.