Pagsusuri sa Pagkakasira ng isang 750 kV Tank Type SF₆ Compressed Gas Circuit Breaker
Pagkakasira ng Phenomenon
Impormasyon sa Pagkakasira at Mode ng Operasyon Bago ang Pagkakasira
Noong ika-16 ng Mayo 2016, 17:53:50, ang mga aparato ng pangangalaga ng dalawang set ng Linya ng Jingchuan II ay umoperasyon nang magkasunod. Ang Phase B ang napili para sa pagkakasira, at ang B - phase ng mga circuit breaker 7522 at 7520 ang binuksan. Ang pangangalaga ng circuit breaker 7522 ay nakadetekta ng permanenteng pagkakasira sa dalawang linya ng aparato ng pangangalaga, may delay na 0.6s. Pagkatapos, ang ABC three - phase ng circuit breaker 7522 ang sumunod.
Sa prosesong ito, ang pangangalaga sa pagkakasira ng B - phase ng circuit breaker 7522 ay nag-operate ng differential protection ng Bus II, at ang circuit breaker 7512 ang binuksan, na nagresulta sa brownout ng 750kV Bus II. Ang pre-failure system operation mode at unit operation conditions ay ipinapakita sa Figure 1. Ang aktibong lakas ng Unit #1 ay 645MW, at ang ng Unit #2 ay 602MW. Ang Linya ng Jingchuan I at II ay normal na gumagana. Ang wiring mode ng step-up substation ay 3/2 wiring, at ang step-up substation ay gumagana sa loop-closing mode.
Sitwasyon ng Pagsisiyasat ng Sakit
On-site Visual Inspection
Ang on-site inspection ng circuit breaker 7522 ay nagpakita na ang mekanikal na open/close indicators para sa phases A/B/C ay nagpapahayag ng bukas na posisyon, na nasa "0" posisyon. Ang hydraulic operating structure ay nasa spring compression position. Para sa WB - 2C circuit breaker, phases A/B/
Para sa phase C, ang on-site inspection ng panel ng operation box ay nagpakita na ang red light ng TWJ indicator ay naka-on. Ang presyon ng gas ng SF₆ ng A/B/C three - phase circuit breakers ay 0.62MPa (relative pressure), at walang malinaw na abnormalidad sa circuit breaker 7522.
Impormasyon sa Pag-operate ng Pangangalaga
Pangangalaga ng Linya ng Jingchuan II IRCS - 931BM Protection Device: Noong ika-16 ng Mayo 2016, 17:53:50:404, ang B - phase current differential protection ay umoperasyon. Ang current differential protection ay sumunod sa phases A, B, at C nang 767ms, at ang tripping position contacts ng phases A, B, at C ay bumalik nang 825ms.
Pangangalaga ng Linya ng Jingchuan II IICS - 103C Protection Device: Noong ika-16 ng Mayo 2016, 17:53:50:454, ang B - phase current differential protection ay umoperasyon, at ang phase-differential ay sumunod sa phases ABC nang 790ms.
Screen ng Pangangalaga ng Circuit Breaker 7522 PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7522 ay sumunod sa phase B. Ang sumunod na tripping action ay nangyari. Pagkatapos ng 0.6s, ang reclosing action ay inihanda, at ang three-trip action ay ipinadala. Pagkatapos ng 0.15s, ang failure-tripping ng circuit breaker mismo ay nangyari, at pagkatapos ng 0.25s, ang failure-tripping ng adjacent circuit breakers ay nangyari.
Screen ng Pangangalaga ng Circuit Breaker 7520 PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7520 ay sumunod sa phase B. Ang sumunod na tripping action ay nangyari, at ang three-phase follow-up tripping ay inihanda. Dahil ang reclosing ng circuit breaker 7520 ay may delay ng 0.9s (para reclose kasama ang mali na linya at bawasan ang epekto sa unit), ang reclosing ay hindi umoperasyon.
Screen ng Pangangalaga ng Circuit Breaker 7512 PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7512 ay sumunod sa tatlong phases, at ang oras ng pagbabalik ng three-phase tripping position contacts ay 1143ms.
I-Screen ng Pangangalaga ng Inang Bus RCS - 915E Protection Device: Noong ika-16 ng Mayo 2016, 17:53:51:258, ang failure-tripping ng bus-line ay nangyari.
Pagsusuri at Pagsisiyasat ng Katawan ng Circuit Breaker
Ang Ningxia Electric Power Research Institute ay tinawagan upang analisin ang mga komponente ng gas ng SF₆ ng three-phase circuit breakers ng 7522. Ang mga komponente ng sulfur compound sa gas ng SF₆ ng phase B ay sobrang lumampas sa pamantayan. Ang laman ng decomposition product sa gas chamber na ito ay mataas, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng high-energy partial discharge, na nagresulta sa decomposition ng solid insulation materials, tulad ng ipinapakita sa Table 1.
Pagkatapos sukatin ang breaking-circuit loop ng circuit breaker B, ito ay kinumpirma na ang loop ay bukas, na nagpapahiwatig na ang breaker ay nasa open-circuit state. Ang Ningxia Electric Power Research Institute ay nag-conduct ng mga test sa opening time at circuit resistance ng phases A at C ng circuit breaker 7522, at ang resulta ng mga test ay nasa standard.
Pagbuo at Pagsisiyasat Pagkatapos ng Sakit
Para sa circuit breaker 7522, ang gas ng SF₆ sa loob ng phase B ay in-discharge, ang nitrogen ay in-purge, at ang pinto ng breaker body ay binuksan. Ang dust (arc-ablation decomposition products) ay natagpuan sa loob. Pagdating ng mga teknisyano ng ABB factory, ang insulator ay in-disassemble, at 2 broken electrodes ang natagpuan. Ang mga broken electrodes ay konektado sa outer wall. Ang connecting rod at ang moving contact ay may malinaw na ablation marks, at ang moving contact operating mechanism ay may malinaw na melting decomposition products. Ang operating mechanism ng hydraulic spring-type operating structure ng circuit breaker ay isinasagawa at natuklasan na gumagana nang normal.
Pagsusuri ng Dahilan
Prinsipyong Arc Extinguishing
Ang pinakamainam na oras upang i-extinguish ang AC arc ay kapag ang arc current ay lumampas sa zero every half-cycle. Sa panahon ng zero-crossing period, ang arc ay dumaan sa 2 recovery processes:
Dielectric Strength Recovery Process: Dahil sa pagpapatibay ng de-ionization process, ang dielectric strength sa pagitan ng arc electrodes ay unti-unting bumabalik.
Arc Voltage Recovery Process: Ang supply voltage ay muling in-apply sa mga contact. Ang arc voltage ay tumaas mula sa arc-extinguishing voltage hanggang sa supply voltage. Kung ang dielectric strength recovery process ay mas mabilis kaysa sa arc voltage recovery process, at ang amplitude ng arc voltage recovery process ay malaki, ang arc voltage recovery process ay mas mabilis kaysa sa dielectric strength recovery process, na nagresulta sa breakdown ng dielectric sa pagitan ng electrodes, at ang arc ay muling naging buhay. Kung ang arc voltage recovery process ay nagsimula bago ang dielectric strength recovery process, ang arc ay muling naging buhay.
Kasimpulan
Kasabay ng fault recording waveform ng CSL103 protection device, pagkatapos ng B - phase ng 7522 circuit breaker na muling isara, ang protection ay nagpadala ng three-phase tripping command nang 767 ms, at ang tatlong phases ng 7522 circuit breaker ay lubos na binuksan nang 825 ms, na may action time na 58 ms. Sa panahon ng arc-extinguishing process ng B - phase circuit breaker, ang current waveform ay hindi lumampas sa zero, at ang arc ay patuloy na nagbigay ng short-circuit current sa loob ng circuit breaker.
Ayon sa arc-extinguishing performance analysis ng gas ng SF₆: sa ilalim ng aksyon ng arc, ang gas ng SF₆ ay sumipsip ng electrical energy at nag-generate ng low-fluorine compounds. Gayunpaman, kapag ang arc current ay lumampas sa zero, ang low-fluorine compounds ay mabilis na muling naging gas ng SF₆. Ang dielectric strength ng arc gap ay mabilis na bumabalik. Dahil ang arc current ay hindi lumampas sa zero, ang arc-extinguishing performance ng gas ng SF₆ ay bumaba. Sa oras na ito, tanging sa pamamagitan ng pag-operate ng circuit breaker failure protection lang ang adjacent 7512 circuit breaker ay maaaring maputol ang fault current. Ang oras mula sa three-phase tripping position contact ng 7522 circuit breaker na bumalik hanggang sa three-phase tripping position contact ng 7512 circuit breaker na bumalik ay 317 ms sa kabuuan, na nagpapahiwatig na ang high-energy arc ng B - phase circuit breaker ay naglaban nang 317 ms. Pagkatapos ang 7512 circuit breaker ay binuksan, ang arc ay nawala.
Sa kabuuan, ang line protection at circuit breaker failure protection sa kaganapang ito ay parehong gumagana nang normal, at ang circuit breaker ay normal na sumunod. Ang mga aksyon ng primary at secondary equipment ay lahat tama. Para sa B - phase ng 7522 circuit breaker, mula sa gas composition analysis, may mataas na intensity na enerhiya sa arc-extinguishing chamber, na sapat upang taasin ang gas pressure. Gayunpaman, ang current ng 7522B phase ay hindi lumampas sa zero, at ang arc ay hindi nawala. Ngunit ang valve ng lower compression chamber ay bukas na, at ang excess gas ay in-discharge mula sa ilalim, na maaaring dala ang arc at sunugin ang insulating tie-rod ng moving contact at ang shunt capacitor.
Pagsusuri ng Dahilan ng Sunog ng Closing Resistance ng Circuit Breaker at ang Breakdown ng Uniform Shielding Cover sa Labas ng Resistance
Ang operasyon ng circuit breaker ay ang dahilan ng karamihan sa switching over-voltages. Ang pag-install ng closing resistance ay maaaring ma-limit ang over-voltages sa panahon ng line closing at single-phase reclosing. Ang 550/800PMSF₆ gas-blast circuit breaker na ginagamit ng aming kompanya, na gawa ng ABB Company, ay may closing resistance na binubuo ng stacked silicon carbide resistance plates. Ayon sa instruction manual ng manufacturer, ang heat capacity ng closing resistance ay ganito: kapag isinarado 4 beses sa 1.3 times the rated phase voltage, ang interval ng oras sa pagitan ng unang dalawang beses ay 3 minuto, at ang interval ng oras sa pagitan ng huling dalawang beses ay 3 minuto; ang interval ng oras sa pagitan ng dalawang grupo ng tests (front at back) ay hindi lalampas sa 30 minuto.
Ang breaker ay may series-type break structure, na binubuo ng 3 main breaks, 1 auxiliary break, at combined closing resistance, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang pangunahing katangian ng series-type break ay na sa panahon ng closing operation ng circuit breaker, ang auxiliary break ay isasarado pagkatapos ng main break sa arc-extinguishing chamber, at sa panahon ng opening operation, ang auxiliary break ay maghihiwalay pagkatapos ng main break sa arc-extinguishing chamber.
Ito ay, ang sequence ng aksyon ng auxiliary break ay closing later at opening later. Ang working principle nito ay ganito: sa panahon ng closing, ang main break ang una na isasarado, na nagtatagpo ng current-conducting loop na naka-series sa resistance, at ang closing resistance ay konektado. Pagkatapos ng humigit-kumulang 8-11 ms (ayon sa instruction manual ng manufacturer), ang current-conducting loop ay nabuo sa pamamagitan ng closing contact ng auxiliary break, na short-circuiting ang closing resistance; sa panahon ng opening, ang main break ang una na hiwalay, na binuksan ang main current loop, at pagkatapos ay ang auxiliary break ay maghihiwalay.
Kaya, ang auxiliary break ay nagdala ng rated current at short-circuit current sa panahon ng opening. Pagkatapos ng mechanical opening ng phase B, ang closing resistance ay konektado sa circuit. Dahil ang arc sa pagitan ng breaks ng phase B ay tumagal ng 317 ms sa pamamagitan ng closing resistance, at ang arc current ay humigit-kumulang 1620 A, ayon sa kalkulasyon, ang heat capacity na dinadala ng closing resistance ay mas malaki kaysa sa rated capacity nito. Ito ay nagresulta sa over-limit heat capacity ng connection ring sa pagitan ng closing resistance at auxiliary break, na sa huli ay nag-lead sa fusing, discharging sa outer-wall grading ring, na nagresulta sa breakdown ng grading ring at blackening ng resistance.
Pagsusuri ng Dahilan ng Pag-operate ng Circuit Breaker Failure Protection
Sa circuit breaker failure protection, kapag ang current element ay nai-activate at sumasang-ayon sa criteria ng failure protection, ang failure protection ay mag-operate kung ang protection trip input ay natanggap at ang corresponding phase current ay mas malaki kaysa 0.05 In.
Tulad ng makikita sa mga ulat ng 7522, mula nang 775 ms nang ang PRS - 721S protection device ng 7522 circuit breaker protection panel ay natanggap ang three-phase trip signal input mula sa IRC - 931BM protection device ng Jingchuan II line protection, hanggang 925 ms nang ito ay sumunod sa local circuit breaker dahil sa failure, at hanggang 1025 ms nang ito ay sumunod sa adjacent circuit breaker dahil sa failure, na may delay ng 0.15 s para sa local circuit breaker at 0.25 s para sa adjacent circuit breaker, na sumasang-ayon sa operation logic ng failure protection, at ang protection ay tama ang operasyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Sa oscillogram, makikita na bagama't ang B - phase tripping position contact ng 7522 ay bumalik nang 825 ms, may kasama pa rin na current (arc) na lumiliko sa pagitan ng moving at stationary contacts.
Kasimpulan
Dahil sa matinding distortion ng fault current, ang waveform ay lumipat sa lower side ng time-axis. Ang fact na ang waveform ay hindi lumampas sa zero sa loob ng effective arc-extinguishing time ng circuit breaker ay ang pangunahing dahilan kung bakit hindi nawala ang arc. Ang pagkakasira ng gap insulation pagkatapos ng circuit breaker ay binuksan at ang pagbaba ng arc-extinguishing performance ng gas ng SF₆ ay ang pangalawang dahilan kung bakit hindi nawala ang arc.
Ang hindi nawala ng arc at ang paglabas ng remaining gas mula sa arc-extinguishing chamber, na dinala ang arc, ay ang pangunahing dahilan kung bakit naging itim ang insulating tie-rod at ang outer wall ng capacitor.
Pagkatapos ng mechanical opening ng phase B, ang closing resistance ay konektado sa circuit. Dahil ang arc sa pagitan ng breaks ng phase B ay lumampas sa closing resistance nang 317 ms, ang heat capacity ay nag-cause ng heat capacity ng connection sa pagitan ng closing resistance at auxiliary break na bumagsak, na sa huli ay nag-lead sa fusing, discharging sa outer-wall grading ring, na nagresulta sa breakdown ng grading ring at blackening ng resistance.
Ang presence ng arc current sa phase B at ang compliance nito sa operation logic ng circuit breaker failure protection ay ang pangunahing dahilan kung bakit sumunod ang busbar.
