Analyse af fejl på en 750 kV tanktype SF₆ komprimeret gasbryder

Fejlænelse
Fejlinformation og driftsstatus før fejlen

Kl. 17:53:50 den 16. maj 2016 aktiverede beskyttelsesenhederne for to sæt på Jingchuan II-linjen successivt. Fase B blev valgt til udlukning, og fase B af kredsløbsbrydere 7522 og 7520 blev åbnet. Beskyttelsen af kredsløbsbryder 7522 registrerede en permanent fejl i de to linjebeskyttelsesenheder med en forsinkelse på 0,6 sekunder. Herefter udlukkede faserne ABC af kredsløbsbryder 7522.

Under denne proces aktiverede fejlbetjeningen af fase B af kredsløbsbryder 7522 differentielbeskyttelsen af Bus II, og kredsløbsbryder 7512 blev åbnet, hvilket resulterede i strømafbrydelse for 750kV Bus II. Driftsmodus og enhedsdrift før fejlen er vist på figur 1. Effektiv effekt for Enhed #1 var 645MW, og for Enhed #2 var det 602MW. Jingchuan I og II-linjer fungerede normalt. Forbindelsesmåden for optrappingsanlægget var 3/2-forbindelse, og optrappingsanlægget fungerede i en lukket løkke.

Fejlundersøgelsessituation
Stedlig visuel undersøgelse

En stedlig undersøgelse af kredsløbsbryder 7522 viste, at mekaniske åbnings/lukningsindikatorer for faser A/B/C angav åbnet position, som var på "0" position. Hydraulisk betjeningssystem var i fjederkomprimeringposition. For WB-2C kredsløbsbryder, faser A/B/

For fase C, viste stedlig undersøgelse af operationspanellet, at rødt lys på TWJ-indikatoren var tændt. SF₆-gaspresset for faser A/B/C af kredsløbsbrydere var 0,62MPa (relativt pres), og der var ingen tydelige anomalier i kredsløbsbryder 7522.

Beskyttelsesaktionsinformation

• Jingchuan II-linje IRCS-931BM beskyttelsesenhed: Kl. 17:53:50:404 den 16. maj 2016 aktiverede fase B's strømdifferentialbeskyttelse. Strømdifferentialbeskyttelsen udlukkede faser A, B og C ved 767ms, og kontaktene for udlukningspositionerne for faser A, B og C vendte tilbage ved 825ms.

• Jingchuan II-linje IICS-103C beskyttelsesenhed: Kl. 17:53:50:454 den 16. maj 2016 aktiverede fase B's strømdifferentialbeskyttelse, og fasedifferens udlukkede faser ABC ved 790ms.

• 7522 Kredsløbsbryderbeskyttelseskort PRS-721S beskyttelsesenhed: Kredsløbsbryder 7522 udlukkedes i fase B. Der skete en efterfølgende udlukningsaktion. Efter 0,6 sekunder udførtes genforbindelseshandlingen, og tre-trip aktionen blev kommunikeret. Efter 0,15 sekunder forekom udlukningsfejl for selve kredsløbsbryderen, og efter 0,25 sekunder forekom udlukningsfejl for nabo-kredsløbsbrydere.

• 7520 Kredsløbsbryderbeskyttelseskort PRS-721S beskyttelsesenhed: Kredsløbsbryder 7520 udlukkedes i fase B. Der skete en efterfølgende udlukningsaktion, og tre-fase efterfølgende udlukning blev udført. Da genforbindelsen af kredsløbsbryder 7520 havde en forsinkelse på 0,9 sekunder (for at genforbinde med den defekte linje og reducere indvirkningen på enheden), blev genforbindelsen ikke aktiveret.

• 7512 Kredsløbsbryderbeskyttelseskort PRS-721S beskyttelsesenhed: Kredsløbsbryder 7512 udlukkedes i tre faser, og returneringstiden for tre-fase udlukningskontakter var 1143ms.

• Bus II-moderbeskyttelseskort I RCS-915E beskyttelsesenhed: Kl. 17:53:51:258 den 16. maj 2016 forekom udlukningsfejl for bus-linje.
  

Test og undersøgelse af kredsløbsbryder

Ningxia Elektricitetsforskningsinstitut blev kontaktet for at analysere SF₆-gaskomponenterne for de tre-fase kredsløbsbrydere af 7522. Sulfurkomponenterne i SF₆-gas for fase B oversteg alvorligt standarden. Indholdet af nedbrydningsprodukter i denne gascelle var højt, hvilket indikerer, at der var højenergi-lokale udslip, som førte til nedbrydning af faste isoleringsmaterialer, som vist i tabel 1.

Efter måling af kredsløbsbryder B's strømbrydningsløkke blev det bekræftet, at løkken var åben, hvilket indikerer, at bryderen havde været i åbenstrømtilstand. Ningxia Elektricitetsforskningsinstitut foretog tester på åbnings-tid og kredsløbsmodstand for faser A og C af kredsløbsbryder 7522, og testresultaterne var i overensstemmelse med standarder.

Opdækning og undersøgelse efter fejlen

For kredsløbsbryder 7522 blev SF₆-gas i fase B sluppet ud, kvælstof blev spurtet ind, og døren til bryderhuse blev åbnet. Støv (bue-ablasionsnedbrydningsprodukter) blev fundet indeni. Efter ankomsten af ABB-fabrikstechnikere blev isolatorer demonteret, og 2 brudte elektroder blev fundet. De brudte elektroder var forbundet med ydersiden. Pind og bevægelig kontakt viste tydelige ablasionsmærker, og bevægelig kontakt opereringsmekanisme havde tydelige smeltede nedbrydningsprodukter. Opereringsmekanismen for kredsløbsbryderens hydrauliske fjederbetjening blev undersøgt og blev fundet at fungere normalt.

Årsagsanalyse
Princip for buedyrkning

Den optimale tid til at dyrke en AC-bue er, når buestrømmen passerer nul hver halvcyklus. Under perioden med strømnulpunkt gennemgår bue 2 genskabelsesprocesser:

• Dielektrisk styrkegenskabsprocess: På grund af forstærkningen af de-ioniseringsprocessen, genskaber dielektrisk styrke mellem bueelektroderne gradvist.

• Buespanningsgenskabsprocess: Strømforsyningens spænding anvendes igen på kontakterne. Buespændingen stiger fra buedyrkningsspænding til strømforsynings-spænding. Hvis dielektrisk styrkegenskabsprocess er hurtigere end buespændingsgenskabsprocess, og amplituden af buespændingsgenskabsprocess er stor, vil buespændingsgenskabsprocess være hurtigere end dielektrisk styrkegenskabsprocess, hvilket fører til nedbrydning af dielektrikken mellem elektroderne, og bue genopstår. Hvis buespændingsgenskabsprocess starter, før dielektrisk styrkegenskabsprocess begynder, vil bue genopstå.

Konklusion

Sammenholdt med CSL103 beskyttelsesenhedens fejlregistreringsbølgeform, sendte beskyttelsen et tre-fase udlukningskommando kl. 767 ms, efter at fase B af kredsløbsbryder 7522 blev genforbundet, og alle tre faser af kredsløbsbryder 7522 blev fuldt udlukket kl. 825 ms, med en aktiveringstid på 58 ms. Under buedyrkningsprocessen for fase B kredsløbsbryder krydsede strømbølgeformen ikke nul, og bue fortsatte med at give kortslutningsstrøm indeni kredsløbsbryderen.

Ifølge analyse af SF₆-gasens buedyrkningsevne: under virkningen af bue absorberer SF₆-gas elektrisk energi og producerer lavfluorkomponenter. Men når buestrømmen passerer nul, kan lavfluorkomponenter hurtigt rekonverteres til SF₆-gas. Dielektrisk styrke for buelukken genskabes relativt hurtigt. Da buestrømmen ikke passeret nul, sank SF₆-gasens buedyrkningsevne. I dette tilfælde kunne kun ved aktivering af kredsløbsbryderens fejlbetjening nabo-kredsløbsbryder 7512 afbryde fejlstrømmen. Tiden fra at tre-fase udlukningskontaktpositionen for kredsløbsbryder 7522 vendte tilbage til at tre-fase udlukningskontaktpositionen for kredsløbsbryder 7512 vendte tilbage var i alt 317 ms, hvilket indikerer, at højenergi-buen i fase B kredsløbsbryder brændte i 317 ms. Efter at kredsløbsbryder 7512 blev åbnet, blev bue dyrket.

I konklusion fungerede både linjebeskyttelsen og kredsløbsbryderens fejlbetjening normalt i denne begivenhed, og kredsløbsbryderen udlukkedes normalt. Handlingerne af primære og sekundære anlæg var alle korrekte. For fase B af kredsløbsbryder 7522, ifølge gas-sammensætningsanalyse, var der høj-intensitet energi i buedyrkningscellen, hvilket var tilstrækkeligt til at øge gaspresset. Men strømmen for 7522B fase passerede ikke nul, og bue blev ikke dyrket. Men ventilen for nederste komprimeringscelle var allerede åbnet, og overskydende gas blev ledt ud fra nederst, hvilket muligvis bar bue ud og brændte isolerende bindestang og shunt kapacitance.

Analyse af årsagerne til udlukningsmodstandsbrand og nedbrydning af jævne skjoldede dække på ydersiden af modstanden

Driften af kredsløbsbryderen er årsag til de fleste skift-overspændinger. Installation af en udlukningsmodstand kan effektivt begrænse over-spændingerne under linje-forbindelse og en-fase genforbinding. 550/800PMSF₆-gasblæs kredsløbsbryder, der fremstilles af ABB Company, anvendt i vores selskab, har en udlukningsmodstand, der består af stakket siliciumkarbid-modstandsplader. Ifølge producentens vejledningsmanual er varmekapaciteten for udlukningsmodstanden som følger: ved at forbinde 4 gange ved 1,3 gange den nominelle fase-spænding, er tidsintervallet mellem de første to gange 3 minutter, og tidsintervallet mellem de sidste to gange er 3 minutter; tidsintervallet mellem de to grupper af tests (for og efters) overstiger ikke 30 minutter.

Bryderen har en serie-type brydningstruktur, der består af 3 hovedbrydere, 1 hjælpbryder, og en kombineret udlukningsmodstand, som vist på figur 2. Den hovedtræk ved serie-type brydning er, at under kredsløbsbryderens forbindelse, lukkes hjælpbryderen efter hovedbryderen i buedyrkningscellen, og under åbning, adskiller hjælpbryderen også efter hovedbryderen i buedyrkningscellen.

Det vil sige, at handlingsekvensen for hjælpbryderen er senere lukning og senere åbning. Dens arbejdsmåde er som følger: under forbindelse lukkes hovedbryderen først, danner en strømløkke i serie med modstanden, og udlukningsmodstand bliver forbundet. Efter ca. 8-11 ms (ifølge producentens vejledningsmanual), dannes en strømløkke gennem hjælpbryderens forbindelseskontakt, kortslutter udlukningsmodstand; under åbning adskiller hovedbryderen først, åbner hovedstrømløkken, og derefter adskiller hjælpbryderen.

Derfor bærer hjælpbryderen den nominelle strøm og kortslutningsstrøm under åbning. Efter fase B's mekaniske åbning blev udlukningsmodstand forbundet til kredsløbet. Da bue mellem fase B's brydere varede 317 ms gennem udlukningsmodstand, og buestrømmen var ca. 1620 A, ifølge beregninger, var varmekapaciteten, som udlukningsmodstand bød, større end dens nominelle kapacitet. Dette førte til, at forbindelsesringen mellem udlukningsmodstand og hjælpbryder brød ned, endelig resulterede i smelting, ledte til yderside-graderingerring, resulterede i nedbrydning af graderingerring og mørkning af modstand.

Analyse af årsagerne til aktivering af kredsløbsbryderens fejlbetjening

I kredsløbsbryderens fejlbetjening, når strømelementet aktiveres og opfylder fejlbetjeningens kriterier, vil fejlbetjeningen blive initieret, så snart beskyttelsesudlukningsinput modtages, og den relevante fasestrøm er større end 0,05 In.

Som ses fra rapporterne for 7522, fra 775 ms, hvor PRS-721S beskyttelsesenhed på 7522 kredsløbsbryderbeskyttelseskort modtog tre-fase udlukningsignal-input fra IRC-931BM beskyttelsesenhed på Jingchuan II-linjebeskyttelse, til 925 ms, da det udlukkede lokal kredsløbsbryder på grund af fejl, og til 1025 ms, da det udlukkede nabo-kredsløbsbryder på grund af fejl, med en forsinkelse på 0,15 s for at udlukke lokal kredsløbsbryder og 0,25 s for at udlukke nabo-kredsløbsbryder, som er i overensstemmelse med fejlbetjeningens driftslogik, og beskyttelsen fungerede korrekt, som vist på figur 3. I oscillogrammet kan man se, at selvom fase B's udlukningskontakt for 7522 var vendt tilbage kl. 825 ms, var der stadig strøm (bue) mellem de bevægelige og statiske kontakter.

Konklusioner

• På grund af den alvorlige forvrængning af fejlstrømmen, skydede bølgeformen til den nederste side af tidsaksen. At bølgeformen ikke krydsede nul inden for kredsløbsbryderens effektive buedyrkningstid, var den primære årsag til, at bue ikke dyrkede. At gabmellemrummet ikke genskabte isolationen efter kredsløbsbryderen åbnede, og aftagelsen i SF₆-gassens buedyrkningsevne, var sekundære årsager til, at bue ikke dyrkede.

• At bue ikke dyrkede, og at restgas blev ledt ud af buedyrkningscellen, der bar bue med, var de primære årsager til mørkningen af isolerende bindestang og ydersiden af kapacitance.

• Efter fase B's mekaniske åbning blev udlukningsmodstand forbundet til kredsløbet. Da bue mellem bryderne for fase B løb gennem udlukningsmodstand i 317 ms, forårsagede varmekapaciteten, at forbindelsen mellem udlukningsmodstand og hjælpbryder brød ned, endelig resulterede i smelting, ledte til yderside-graderingerring, resulterede i nedbrydning af graderingerring og mørkning af modstand.

• Tilstedeværelsen af buestrøm i fase B og dens overensstemmelse med kredsløbsbryderens fejlbetjeningens driftslogik, var de primære årsager til, at busbar udlukkedes.