Анализ на дефекта във воден 750 кВ танков тип SF₆ компресиран газов прекъсвач

Феномен на дефекта
Информация за дефекта и оперативен режим преди дефекта

На 17:53:50 на 16 май 2016 г. защитните устройства на две секции на линията Йингчуан II се активираха последователно. Избран беше фазата B за прекъсване, и фазата B на разединителните прерязвачи 7522 и 7520 беше отворена. Защитата на прерязвача 7522 обнаря постоянен дефект в устройството за защита на двуцепната линия, с забавяне от 0.6с. След това, ABC трите фази на прерязвача 7522 се прекъснаха.

По време на този процес, защитата при дефект на фазата B на прерязвача 7522 активира диференциалната защита на Магистрала II, и прерязвач 7512 беше отворен, което доведе до изключване на напрежението на 750кВ Магистрала II. Преддефектният оперативен режим на системата и условията на работа на агрегатите са показани на Фигура 1. Активната мощност на Агрегат #1 беше 645МВт, а на Агрегат #2 - 602МВт. Линиите Йингчуан I и II работеха нормално. Конфигурацията на преобразувателната подстанция беше 3/2 конфигурация, и преобразувателната подстанция работеше в затворен цикъл.

Ситуация при инспекция на дефекта
Визуална инспекция на място

При инспекция на място на прерязвач 7522, механичните индикатори за отваряне/затваряне на фазите A/B/C сочеха позиция "отворено", която е позиция "0". Хидравличната операционна структура беше в позиция на компресия на пружината. За прерязвача WB - 2C, фазите A/B/

За фазата C, при инспекция на панела на операционната кутия на място, червената светлина на индикатора TWJ беше включена. Натискът на SF₆ газа на трите фази A/B/C на прерязвачите беше 0.62МПа (относителен натиск), и нямаше явни аномалии в прерязвача 7522.

Информация за действие на защитата

• Защитно устройство IRCS - 931BM на линията Йингчуан II: На 17:53:50:404 на 16 май 2016 г., диференциалната защита на фазата B се активира. Диференциалната защита прекъсна фазите A, B и C след 767мс, и контактите за положение на прекъсване на фазите A, B и C се върнаха след 825мс.

• Защитно устройство IICS - 103C на линията Йингчуан II: На 17:53:50:454 на 16 май 2016 г., диференциалната защита на фазата B се активира, и фазово-диференциалната защита прекъсна фазите ABC след 790мс.

• Екран за защита на прерязвача 7522 PRS - 721S: Прерязвач 7522 прекъсна фазата B. Възникна последващо действие за прекъсване. След 0.6с, беше изпълнено действие за повторно затваряне, и беше комуникирано действие за три-прекъсване. След 0.15с, се случи прекъсване при дефект на самия прерязвач, и след 0.25с, се случи прекъсване при дефект на съседните прерязвачи.

• Екран за защита на прерязвача 7520 PRS - 721S: Прерязвач 7520 прекъсна фазата B. Възникна последващо действие за прекъсване, и беше изпълнено три-фазово последващо прекъсване. Тъй като повторното затваряне на прерязвача 7520 имаше забавяне от 0.9с (за да се затвори с дефектната линия и да се намали въздействието върху агрегата), повторното затваряне не беше изпълнено.

• Екран за защита на прерязвача 7512 PRS - 721S: Прерязвач 7512 прекъсна три фази, и времето за връщане на контактите за положение на прекъсване на трите фази беше 1143мс.

• Екран за защита на Магистрала II RCS - 915E: На 17:53:51:258 на 16 май 2016 г., се случи прекъсване при дефект на магистралата-линията.
  

Тест и инспекция на тялото на прерязвача

Беше свързан Институтът по електроенергетика на Нинся за анализ на компонентите на SF₆ газа на трите фази на прерязвач 7522. Компонентите на сулфиди в SF₆ газа на фазата B сериозно надхвърляха стандарта. Съдържанието на продукти на декомпозиция в тази газова камера беше високо, което показва наличие на високоенергийно частично разрядване, което доведе до декомпозиция на твърди изолационни материали, както е показано в Таблица 1.

След измерване на контура за прекъсване на фазата B на прерязвача, беше потвърдено, че контурът е отворен, което указва, че прерязвачът бил в отворено състояние. Институтът по електроенергетика на Нинся провежда тестове на времето за отваряне и съпротивление на контура на фазите A и C на прерязвач 7522, и резултатите от тестовете са в съответствие със стандартите.

Разбор и инспекция след дефекта

За прерязвач 7522, SF₆ газът във фазата B беше изпуснат, беше изпразнен азот, и вратата на тялото на прерязвача беше отворена. Беше открита прах (продукти на декомпозиция при дъга). След пристигането на техници от завод ABB, беше демонтиран изолатор, и бяха открити 2 счупени електроди. Счупените електроди бяха свързани с външната стена. Штокът и движещият контакт показваха явни знаци на абляция, и механизът за управление на движещият контакт имаше явни продукти на топлинна декомпозиция. Механизът за управление на хидравличната пружинна структура на прерязвача беше инспектиран и се оказа, че работи нормално.

Анализ на причините
Принцип на угасяване на дъга

Оптималното време за угасяване на AC дъга е, когато токът на дъгата минава през нула всяка половина цикъл. По време на периода на преминаване през нула, дъгата преживява 2 процеса на възстановяване:

• Процес на възстановяване на диелектричната способност: Поради засилването на процеса на деионизация, диелектричната способност между електродите на дъгата се възстановява постепенно.

• Процес на възстановяване на напрежението на дъгата: Напрежението на източника се прилага отново към контактите. Напрежението на дъгата се увеличава от напрежението за угасяване на дъгата до напрежението на източника. Ако процесът на възстановяване на диелектричната способност е по-бърз от процеса на възстановяване на напрежението на дъгата, и амплитудата на процеса на възстановяване на напрежението на дъгата е голяма, процесът на възстановяване на напрежението на дъгата ще бъде по-бърз от процеса на възстановяване на диелектричната способност, което води до пробив на диелектрика между електродите, и дъгата се възпаламва. Ако процесът на възстановяване на напрежението на дъгата започне преди да започне процесът на възстановяване на диелектричната способност, дъгата ще се възпаламва.

Заключение

Съчетано с записаната форма на дефекта на устройството CSL103, след повторното затваряне на фазата B на прерязвач 7522, защитата изпрати команда за три-фазово прекъсване след 767 мс, и трите фази на прерязвач 7522 бяха напълно отворени след 825 мс, с време на действие от 58 мс. По време на процеса на угасяване на дъгата на фазата B, формата на тока не пресече нула, и дъгата продължи да предоставя краткосрочен ток вътре в прерязвача.

Според анализа на производителността за угасяване на SF₆ газ: при действието на дъгата, SF₆ газът абсорбира електрическа енергия и генерира нисковъглеродни съединения. Но, когато токът на дъгата пресича нула, нисковъглеродните съединения могат бързо да се рекомбинират обратно в SF₆ газ. Диелектричната способност на разстоянието между дъгите се възстановява относително бързо. Тъй като токът на дъгата не пресече нула, производителността за угасяване на SF₆ газ намаля. В този момент, само активирането на защитата при дефект на прерязвача можеше да прекъсне дефектния ток от съседния прерязвач 7512. Общото време от връщането на контактите за положение на прекъсване на трите фази на прерязвач 7522 до връщането на контактите за положение на прекъсване на трите фази на прерязвач 7512 беше 317 мс, което показва, че високоенергийната дъга на фазата B на прерязвач 7522 горя 317 мс. След като прерязвач 7512 се отвори, дъгата беше угасена.

В заключение, защитата на линията и защитата при дефект на прерязвача в това събитие работиха нормално, и прерязвачът прекъсна нормално. Действията на основното и второстепенното оборудване бяха всички правилни. За фазата B на прерязвач 7522, от анализ на състава на газа, имаше високинтензитетна енергия в камерата за угасяване на дъгата, достатъчна да увеличи налягането на газа. Но токът на фазата B на 7522 не пресече нула, и дъгата не беше угасена. Но вентилът на долния компресионен резервоар беше отворен, и излишният газ беше изпуснат отдолу, което може да изнесе дъгата и да изгори изолационната шина на движещия контакт и паралелния кондензатор.

Анализ на причините за изгарянето на съпротивлението за затваряне на прерязвача и пробива на равномерната защитна обвивка от външната страна на съпротивлението

Действието на прерязвача е причина за повечето переключващи високи напрежения. Установяването на съпротивление за затваряне може да ограничи ефективно високите напрежения при затваряне на линията и при единични повторни затваряния. Прерязвачът 550/800PMSF₆ газов прерязвач, произвеждан от компанията ABB, използван от нашата компания, има съпротивление за затваряне, съставено от натрупани плочки от карбид на силиций. Според инструкцията на производителя, тепловата капацитетност на съпротивлението за затваряне е следната: при четири затваряния при 1.3 пъти номиналното фазно напрежение, интервалът между първите два пъти е 3 минути, и интервалът между последните два пъти е 3 минути; интервалът между двата теста (преди и след) не надвишава 30 минути.

Прерязвачът има серийна конструкция, която се състои от 3 основни прерязвания, 1 допълнително прерязване, и комбинирано съпротивление за затваряне, както е показано на Фигура 2. Основната характеристика на серийната конструкция е, че при действията за затваряне на прерязвача, допълнителното прерязване се затваря след основното прерязване в камерата за угасяване на дъгата, и при действията за отваряне, допълнителното прерязване се отделя след основното прерязване в камерата за угасяване на дъгата.

Тоест, последователността на действие на допълнителното прерязване е: затваряне по-късно и отваряне по-късно. Неговият принцип на действие е следният: при затваряне, основното прерязване се затваря първо, образувайки проводящ контур в серия със съпротивлението, и съпротивлението за затваряне е свързано. След около 8-11 мс (според инструкцията на производителя), се образува проводящ контур чрез контактите за затваряне на допълнителното прерязване, шунтирайки съпротивлението за затваряне; при отваряне, основното прерязване се отделя първо, отваряйки основния проводящ контур, и след това допълнителното прерязване се отделя.

Следователно, допълнителното прерязване носи номиналния ток и тока при краткосрочно замыкание при отваряне. След механичното отваряне на фазата B, съпротивлението за затваряне е свързано с контура. Тъй като дъгата между прерязванията на фазата B течеше през съпротивлението за затваряне за 317 мс, и токът на дъгата беше около 1620 А, според изчисленията, тепловата капацитетност, носена от съпротивлението за затваряне, беше по-голяма от неговата номинална капацитетност. Това доведе до превишаване на тепловата капацитетност на връзката между съпротивлението за затваряне и допълнителното прерязване, което в крайна сметка доведе до топлинна деформация, разтоварване към градиентната обвивка на външната стена, резултиращо в пробив на градиентната обвивка и омраченето на съпротивлението.

Анализ на причините за действие на защитата при дефект на прерязвача

В защитата при дефект на прерязвача, когато елементът за ток се активира и отговаря на критериите за дефект, защитата при дефект ще бъде инициирана, стига да бъде получено входно сигнал за прекъсване на защитата и соответствиращият фазов ток да е по-голям от 0.05 In.

Както се вижда от докладите за 7522, от 775 мс, когато устройството за защита PRS - 721S на екрана за защита на прерязвач 7522 получи входен сигнал за три-фазово прекъсване от устройството за защита IRC - 931BM на защитата на линията Йингчуан II, до 925 мс, когато прекъсна местния прерязвач поради дефект, и до 1025 мс, когато прекъсна съседния прерязвач поради дефект, с забавяне от 0.15 с за прекъсване на местния прерязвач и 0.25 с за прекъсване на съседния прерязвач, което е в съответствие с логиката на действие на защитата при дефект, и защитата работи правилно, както е показано на Фигура 3. В осцилограмата се вижда, че въпреки че контактът за положение на прекъсване на фазата B на 7522 се върнал на 825 мс, все още имаше ток (дъга) между движещият и неподвижния контакт.

Заключения

• Поради сериозната деформация на тока при дефект, формата се смести към долната страна на временния ос. Фактът, че формата не пресече нула във времето за ефективно угасяване на дъгата, беше основната причина за невъзможността за угасяване на дъгата. Неуспехът за възстановяване на изолацията на разстоянието след отварянето на прерязвача и спадането на производителността за угасяване на SF₆ газа бяха вторични причини за невъзможността за угасяване на дъгата.

• Невъзможността за угасяване на дъгата и изхвърлянето на остатъчния газ от камерата за угасяване на дъгата, който изнесе дъгата, бяха основните причини за омраченето на изолационната шина и външната стена на кондензатора.

• След механичното отваряне на фазата B, съпротивлението за затваряне беше свързано с контура. Тъй като дъгата между прерязванията на фазата B течеше през съпротивлението за затваряне за 317 мс, тепловата капацитетност доведе до пробив на връзката между съпротивлението за затваряне и допълнителното прерязване, което в крайна сметка доведе до топлинна деформация, разтоварване към градиентната обвивка на външната стена, резултиращо в пробив на градиентната обвивка и омраченето на съпротивлението.

• Присъствието на ток на дъга в фазата B и съответствието му на логиката на действие на защитата при дефект на прерязвача бяха основните причини за прекъсване на магистралата.