تحلیل خرابی یک برش‌کننده گاز فشرده SF₆ از نوع رزرواری ۷۵۰ کیلوولت

شکست فنی
اطلاعات شکست و حالت عملیاتی قبل از شکست

در تاریخ ۱۶ مه ۲۰۱۶، در ساعت ۱۷:۵۳:۵۰، دستگاه‌های محافظ دو سطح خط جینچوان II به ترتیب عمل کردند. فاز B برای قطع انتخاب شد و فاز B برشکن‌های ۷۵۲۲ و ۷۵۲۰ باز شد. محافظ برشکن ۷۵۲۲ یک خرابی دائمی را در دستگاه محافظ دو خطی تشخیص داد و با تأخیر ۰/۶ ثانیه عمل کرد. سپس فازهای ABC برشکن ۷۵۲۲ قطع شدند.

در طول این فرآیند، محافظ شکست فاز B برشکن ۷۵۲۲ محافظ دیفرانسیل بوس II را فعال کرد و برشکن ۷۵۱۲ باز شد که منجر به قطع برق بوس ۷۵۰kV II شد. حالت عملیاتی سیستم قبل از شکست و وضعیت واحد نشان داده شده در شکل ۱ است. توان فعال واحد شماره ۱ ۶۴۵ MW و واحد شماره ۲ ۶۰۲ MW بود. خطوط جینچوان I و II به طور عادی عمل می‌کردند. نوع پیوند زیرстанیون بالا ۳/۲ بود و زیرستانیون به صورت حلقه‌ای عمل می‌کرد.

وضعیت بررسی خرابی
بررسی بصری محلی

بررسی محلی برشکن ۷۵۲۲ نشان داد که نشانگرهای مکانیکی باز/بسته فازهای A/B/C در موقعیت باز (موقعیت "۰") قرار داشتند. ساختار عملیاتی هیدرولیک در موقعیت فشرده شدن فنر قرار داشت. برای برشکن WB-2C، فازهای A/B/

برای فاز C، بررسی محلی صفحه کنترل عملیات نشان داد که نور قرمز نشانگر TWJ روشن بود. فشار گاز SF₆ برشکن‌های فازهای A/B/C ۰/۶۲ MPa (فشار نسبی) بود و برشکن ۷۵۲۲ هیچ ناهماهنگی واضحی نداشت.

اطلاعات عملیات محافظ

• محافظ خط جینچوان II IRCS-931BM: در تاریخ ۱۶ مه ۲۰۱۶، در ساعت ۱۷:۵۳:۵۰:۴۰۴، محافظ دیفرانسیل جریان فاز B عمل کرد. محافظ دیفرانسیل جریان فازهای A, B و C را در ۷۶۷ میلی‌ثانیه قطع کرد و تماس‌های موقعیت قطع فازهای A, B و C در ۸۲۵ میلی‌ثانیه بازگشتند.

• محافظ خط جینچوان II IICS-103C: در تاریخ ۱۶ مه ۲۰۱۶، در ساعت ۱۷:۵۳:۵۰:۴۵۴، محافظ دیفرانسیل جریان فاز B عمل کرد و فازهای A, B و C را در ۷۹۰ میلی‌ثانیه قطع کرد.

• صفحه محافظ برشکن ۷۵۲۲ PRS-721S: برشکن ۷۵۲۲ فاز B را قطع کرد. عملیات قطع پیگیری انجام شد. پس از ۰/۶ ثانیه، عملیات بازبندی انجام شد و عملیات قطع سه‌فازی انجام شد. پس از ۰/۱۵ ثانیه، قطع شکست برشکن خود رخ داد و پس از ۰/۲۵ ثانیه، قطع شکست برشکن‌های مجاور انجام شد.

• صفحه محافظ برشکن ۷۵۲۰ PRS-721S: برشکن ۷۵۲۰ فاز B را قطع کرد. عملیات قطع پیگیری انجام شد و قطع سه‌فازی پیگیری انجام شد. چون بازبندی برشکن ۷۵۲۰ یک تأخیر ۰/۹ ثانیه داشت (برای بازبندی با خط خراب و کاهش تأثیر بر واحد)، بازبندی عملیاتی نشد.

• صفحه محافظ برشکن ۷۵۱۲ PRS-721S: برشکن ۷۵۱۲ سه فاز را قطع کرد و زمان بازگشت تماس‌های موقعیت قطع سه‌فازی ۱۱۴۳ میلی‌ثانیه بود.

• صفحه محافظ مادر II-بوس RCS-915E: در تاریخ ۱۶ مه ۲۰۱۶، در ساعت ۱۷:۵۳:۵۱:۲۵۸، قطع شکست بوس-خط رخ داد.
  

آزمایش و بررسی بخش برشکن

با مراکز تحقیقات برق نینگ‌شیا تماس گرفته شد تا مولفه‌های گاز SF₆ برشکن‌های سه‌فاز ۷۵۲۲ تجزیه و تحلیل شود. مولفه‌های سولفوری در گاز SF₆ فاز B به طور جدی از استاندارد فراتر رفت. محتوای محصولات تجزیه در این حیطه گازی بالا بود که وجود تخلیه جزئی با انرژی بالا را نشان می‌داد، که منجر به تجزیه مواد عایقی جامد شد، همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده است.

بعد از اندازه‌گیری حلقه قطع فاز B، تأیید شد که حلقه باز است، که نشان می‌دهد برشکن در حالت قطع بود. مراکز تحقیقات برق نینگ‌شیا آزمایش‌های زمان باز و مقاومت مدار فازهای A و C برشکن ۷۵۲۲ را انجام داد و نتایج آزمایش با استانداردها مطابقت داشت.

تجزیه و تحلیل پس از خرابی

برای برشکن ۷۵۲۲، گاز SF₆ داخل فاز B خلاء شد، نیتروژن پمپ شد و دروازه بخش برشکن باز شد. غبار (محصولات تجزیه تخلیه کمان) در داخل آن پیدا شد. بعد از رسیدن فنی‌های کارخانه ABB، عایق تجزیه شد و ۲ الکترود شکسته پیدا شد. الکترودهای شکسته به دیواره خارجی متصل بودند. میله‌ی اتصال و تماس متحرک نشانه‌های واضح تخلیه کمان داشتند و مکانیسم عملیاتی تماس متحرک محصولات تجزیه ذوب شده را نشان می‌داد. مکانیسم عملیاتی ساختار عملیاتی فنر-هیدرولیک برشکن بررسی شد و مشخص شد که به طور عادی عمل می‌کند.

تحلیل علل
اصل خاموش کردن کمان

بهترین زمان برای خاموش کردن کمان جریان متناوب زمانی است که جریان کمان از صفر عبور می‌کند هر نیم دور. در طول دوره عبور از صفر، کمان دو فرآیند بازیابی را می‌گذراند:

• فرآیند بازیابی مقاومت دی‌الکتریک: به دلیل تقویت فرآیند دی-ایونیزاسیون، مقاومت دی‌الکتریک بین الکترودهای کمان به تدریج بازیابی می‌یابد.

• فرآیند بازیابی ولتاژ کمان: ولتاژ تغذیه دوباره به تماس‌ها اعمال می‌شود. ولتاژ کمان از ولتاژ خاموش کردن به ولتاژ تغذیه بالا می‌رود. اگر فرآیند بازیابی مقاومت دی‌الکتریک سریع‌تر از فرآیند بازیابی ولتاژ کمان باشد و دامنه فرآیند بازیابی ولتاژ کمان بزرگ باشد، فرآیند بازیابی ولتاژ کمان سریع‌تر از فرآیند بازیابی مقاومت دی‌الکتریک خواهد بود، که منجر به شکست دی‌الکتریک بین الکترودها و دوباره روشن شدن کمان می‌شود. اگر فرآیند بازیابی ولتاژ کمان قبل از شروع فرآیند بازیابی مقاومت دی‌الکتریک شروع شود، کمان دوباره روشن خواهد شد.

نتیجه‌گیری

با توجه به موج‌نگار ضبط شده از دستگاه محافظ CSL103، بعد از بازبندی دوباره فاز B برشکن ۷۵۲۲، محافظ دستور قطع سه‌فازی را در ۷۶۷ میلی‌ثانیه صادر کرد و سه فاز برشکن ۷۵۲۲ در ۸۲۵ میلی‌ثانیه کاملاً قطع شدند، با زمان عملیاتی ۵۸ میلی‌ثانیه. در طول فرآیند خاموش کردن کمان برشکن فاز B، موج جریان از صفر عبور نکرد و کمان به طور مداوم جریان خطا را در داخل برشکن فراهم کرد.

با توجه به تحلیل عملکرد خاموش کردن گاز SF₆: تحت تأثیر کمان، گاز SF₆ انرژی الکتریکی جذب می‌کند و ترکیبات پایین‌فلورینی تولید می‌کند. اما وقتی جریان کمان از صفر عبور می‌کند، ترکیبات پایین‌فلورینی به سرعت به گاز SF₆ بازترکیب می‌شوند. مقاومت دی‌الکتریک فاصله کمان به سرعت بازیابی می‌یابد. چون جریان کمان از صفر عبور نکرد، عملکرد خاموش کردن گاز SF₆ کاهش یافت. در این زمان، فقط با فعال کردن محافظ شکست برشکن می‌توان برشکن مجاور ۷۵۱۲ را برای قطع جریان خطا فعال کرد. زمان از بازگشت تماس‌های موقعیت قطع سه‌فازی برشکن ۷۵۲۲ تا بازگشت تماس‌های موقعیت قطع سه‌فازی برشکن ۷۵۱۲ در مجموع ۳۱۷ میلی‌ثانیه بود، که نشان می‌دهد کمان با انرژی بالا فاز B برشکن برای ۳۱۷ میلی‌ثانیه سوزید. بعد از باز شدن برشکن ۷۵۱۲، کمان خاموش شد.

در نتیجه، محافظ خط و محافظ شکست برشکن در این واقعه به طور عادی عمل کردند و برشکن به طور عادی قطع شد. عملیات تجهیزات اولیه و ثانویه همه صحیح بود. برای فاز B برشکن ۷۵۲۲، با توجه به تجزیه و تحلیل ترکیبات گاز، انرژی با شدت بالا در حیطه خاموش کردن کمان وجود داشت که کافی بود تا فشار گاز را افزایش دهد. اما جریان فاز B برشکن ۷۵۲۲ از صفر عبور نکرد و کمان خاموش نشد. اما شیر حیطه فشرده شدن پایین باز شده بود و گاز اضافه از بخش پایین خلاء شد که ممکن است کمان را خارج کرده و عایق میله تماس متحرک و خازن موازی را سوزانده باشد.

تحلیل علل سوختن مقاومت بسته‌شدن برشکن و شکست پوشش حفاظ یکنواخت در بخش خارجی مقاومت

عملیات برشکن علت بیشتر ولتاژهای سوئیچینگ است. نصب مقاومت بسته‌شدن می‌تواند به طور مؤثر ولتاژهای سوئیچینگ در حین بسته شدن خط و بازبندی تک‌فازی را محدود کند. برشکن گازی ۵۵۰/۸۰۰PMSF₆ ساخت ABB که در شرکت ما استفاده می‌شود، شامل مقاومت بسته‌شدن متشکل از صفحات مقاومت سیلیکون کاربیدی است. بر اساس دستورالعمل سازنده، ظرفیت حرارتی مقاومت بسته‌شدن به شرح زیر است: در حین بسته شدن ۴ بار در ۱/۳ برابر ولتاژ فازی اسمی، فاصله زمانی بین دو بار اول ۳ دقیقه و فاصله زمانی بین دو بار آخر ۳ دقیقه است؛ فاصله زمانی بین دو گروه آزمون (پیش و پس) بیش از ۳۰ دقیقه نمی‌شود.

برشکن ساختار شکست سری‌دار دارد که شامل ۳ شکست اصلی، ۱ شکست کمکی و مقاومت بسته‌شدن ترکیبی است، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است. ویژگی اصلی ساختار شکست سری‌دار این است که در حین عملیات بسته شدن برشکن، شکست کمکی بعد از شکست اصلی در حیطه خاموش کردن کمان بسته می‌شود و در حین عملیات باز شدن، شکست کمکی بعد از شکست اصلی در حیطه خاموش کردن کمان جدا می‌شود.

یعنی ترتیب عملیات شکست کمکی بسته شدن بعدی و باز شدن بعدی است. اصل کار آن به شرح زیر است: در حین بسته شدن، شکست اصلی ابتدا بسته می‌شود و حلقه رسانای جریان در سری با مقاومت تشکیل می‌شود و مقاومت بسته‌شدن متصل می‌شود. پس از حدود ۸-۱۱ میلی‌ثانیه (بر اساس دستورالعمل سازنده)، حلقه رسانای جریان از طریق تماس بسته شدن شکست کمکی تشکیل می‌شود و مقاومت بسته‌شدن کوتاه می‌شود؛ در حین باز شدن، شکست اصلی ابتدا جدا می‌شود و حلقه جریان اصلی باز می‌شود و سپس شکست کمکی جدا می‌شود. بنابراین، شکست کمکی جریان اسمی و جریان خطا در حین باز شدن را تحمل می‌کند. بعد از باز شدن مکانیکی فاز B، مقاومت بسته‌شدن به مدار متصل شد. چون کمان بین شکست‌های فاز B برای ۳۱۷ میلی‌ثانیه از طریق مقاومت بسته‌شدن جریان داشت و جریان کمان حدود ۱۶۲۰ آمپر بود، بر اساس محاسبات، ظرفیت حرارتی که توسط مقاومت بسته‌شدن تحمل شد بیش از ظرفیت اسمی آن بود. این منجر به فراتر رفتن ظرفیت حرارتی اتصال حلقه بین مقاومت بسته‌شدن و شکست کمکی شد، که در نهایت منجر به ذوب و تخلیه به حلقه گرادیان خارجی شد و منجر به شکست حلقه گرادیان و سیاه شدن مقاومت شد.

تحلیل علل عملیات محافظ شکست برشکن

در محافظ شکست برشکن، وقتی عنصر جریان فعال شده و شرایط محافظ شکست را برآورده می‌کند، محافظ شکست در صورت دریافت ورودی قطع محافظ و جریان فاز مربوطه بزرگتر از ۰/۰۵ In باشد، فعال می‌شود.

همانطور که از گزارشات ۷۵۲۲ مشخص است، از زمان ۷۷۵ میلی‌ثانیه که صفحه محافظ PRS-721S برشکن ۷۵۲۲ ورودی سیگنال قطع سه‌فازی از محافظ IRC-931BM خط جینچوان II دریافت کرد، تا زمان ۹۲۵ میلی‌ثانیه که برشکن محلی را به دلیل شکست قطع کرد، و تا زمان ۱۰۲۵ میلی‌ثانیه که برشکن مجاور را به دلیل شکست قطع کرد، با تأخیر ۰/۱۵ ثانیه برای قطع برشکن محلی و ۰/۲۵ ثانیه برای قطع برشکن مجاور، که با منطق عملیات محافظ شکست مطابقت دارد و محافظ به درستی عمل کرده است، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است. در موج‌نگار مشخص است که چون تماس موقعیت قطع فاز B برشکن ۷۵۲۲ در ۸۲۵ میلی‌ثانیه بازگشت، هنوز جریان (کمان) بین تماس‌های متحرک و ثابت وجود داشت.

نتیجه‌گیری‌ها

• به دلیل تحریف شدید جریان خطا، موج‌نگار به سمت محور زمانی پایین تغییر کرد. عدم عبور موج‌نگار از صفر در مدت زمان خاموش کردن مؤثر برشکن عامل اصلی عدم خاموش شدن کمان بود. عدم بازیابی عایق فاصله بعد از باز شدن برشکن و کاهش عملکرد خاموش کردن گاز SF₆ عوامل ثانویه عدم خاموش شدن کمان بودند.

• عدم خاموش شدن کمان و خلاء گاز باقی‌مانده از حیطه خاموش کردن کمان که کمان را خارج کرد، عامل اصلی سیاه شدن میله عایق و دیواره خارجی خازن بود.

• بعد از باز شدن مکانیکی فاز B، مقاومت بسته‌شدن به مدار متصل شد. چون کمان بین شکست‌های فاز B برای ۳۱۷ میلی‌ثانیه از طریق مقاومت بسته‌شدن جریان داشت، ظرفیت حرارتی باعث شکست اتصال بین مقاومت بسته‌شدن و شکست کمکی شد، که در نهایت منجر به ذوب و تخلیه به حلقه گرادیان خارجی شد و منجر به شکست حلقه گرادیان و سیاه شدن مقاومت شد.

• وجود جریان کمان در فاز B و تطابق با منطق عملیات محافظ شکست برشکن عامل اصلی قطع بوس بود.