Analisis Kegagalan Pemutus Sirkuit Gas Terkompresi SF₆ Tipe Tangki 750 kV

Fenomena Kegagalan
Informasi Kegagalan dan Mode Operasional Sebelum Kegagalan

Pada pukul 17:53:50 tanggal 16 Mei 2016, perangkat pelindung dua set pada Jalur Jingchuan II beroperasi secara berturut-turut. Fase B dipilih untuk tripping, dan fase B dari pemutus sirkuit 7522 dan 7520 dibuka. Perlindungan pemutus sirkuit 7522 mendeteksi kegagalan permanen pada perangkat perlindungan jalur ganda, dengan penundaan 0,6s. Selanjutnya, ABC tiga fase dari pemutus sirkuit 7522 melakukan tripping.

Selama proses ini, perlindungan kegagalan fase B dari pemutus sirkuit 7522 mengaktifkan perlindungan diferensial Bus II, dan pemutus sirkuit 7512 dibuka, yang menyebabkan pemadaman listrik Bus 750kV II. Mode operasional sistem sebelum kegagalan dan kondisi operasional unit ditunjukkan dalam Gambar 1. Daya aktif Unit #1 adalah 645MW, dan Unit #2 adalah 602MW. Jalur Jingchuan I dan II beroperasi normal. Skema kabel substasi pengumpat adalah kabel 3/2, dan substasi pengumpat beroperasi dalam mode tertutup.

Situasi Pemeriksaan Kegagalan
Pemeriksaan Visual di Tempat

Pemeriksaan di tempat pada pemutus sirkuit 7522 menunjukkan bahwa indikator mekanis buka/tutup untuk fase A/B/C menunjukkan posisi terbuka, yang berada pada posisi "0". Struktur operasi hidrolik berada dalam posisi kompresi pegas. Untuk pemutus sirkuit WB - 2C, fase A/B/

Untuk fase C, pemeriksaan di tempat pada panel kotak operasi menunjukkan lampu merah indikator TWJ menyala. Tekanan gas SF₆ dari tiga fase pemutus sirkuit A/B/C adalah 0,62MPa (tekanan relatif), dan tidak ada aneh yang jelas pada pemutus sirkuit 7522.

Informasi Tindakan Perlindungan

• Perangkat Perlindungan Jalur Jingchuan II IRCS - 931BM: Pada pukul 17:53:50:404 tanggal 16 Mei 2016, perlindungan diferensial arus fase B beroperasi. Perlindungan diferensial arus melakukan tripping pada fase A, B, dan C pada 767ms, dan kontak posisi tripping fase A, B, dan C kembali pada 825ms.

• Perangkat Perlindungan Jalur Jingchuan II IICS - 103C: Pada pukul 17:53:50:454 tanggal 16 Mei 2016, perlindungan diferensial arus fase B beroperasi, dan diferensial fase melakukan tripping pada fase ABC pada 790ms.

• Layar Perlindungan Pemutus Sirkuit 7522 PRS - 721S: Pemutus sirkuit 7522 melakukan tripping pada fase B. Tindakan tripping lanjutan terjadi. Setelah 0,6s, tindakan reclosing dilakukan, dan tindakan tripping tiga kali dikomunikasikan. Setelah 0,15s, tripping kegagalan pemutus sirkuit itu sendiri terjadi, dan setelah 0,25s, tripping kegagalan pemutus sirkuit tetangga terjadi.

• Layar Perlindungan Pemutus Sirkuit 7520 PRS - 721S: Pemutus sirkuit 7520 melakukan tripping pada fase B. Tindakan tripping lanjutan terjadi, dan tripping tiga fase lanjutan dilakukan. Karena reclosing pemutus sirkuit 7520 memiliki penundaan 0,9s (untuk reclosing dengan jalur yang bermasalah dan mengurangi dampak pada unit), reclosing tidak beroperasi.

• Layar Perlindungan Pemutus Sirkuit 7512 PRS - 721S: Pemutus sirkuit 7512 melakukan tripping pada tiga fase, dan waktu kembali kontak posisi tripping tiga fase adalah 1143ms.

• Perlindungan Bus Ibu II Layar I RCS - 915E: Pada pukul 17:53:51:258 tanggal 16 Mei 2016, tripping kegagalan bus-jalur terjadi.
  

Uji dan Pemeriksaan Badan Pemutus Sirkuit

Institut Penelitian Listrik Ningxia dihubungi untuk menganalisis komponen gas SF₆ dari tiga fase pemutus sirkuit 7522. Komponen senyawa belerang dalam gas SF₆ fase B sangat melebihi standar. Konten produk dekomposisi dalam ruang gas ini tinggi, menunjukkan adanya pelepasan parsial energi tinggi, yang menyebabkan dekomposisi material isolasi padat, seperti ditunjukkan dalam Tabel 1.

Setelah mengukur loop putus-sambung pemutus sirkuit B, dikonfirmasi bahwa loop tersebut terputus, menunjukkan bahwa pemutus telah berada dalam keadaan terputus. Institut Penelitian Listrik Ningxia melakukan uji pada waktu buka dan hambatan sirkuit fase A dan C dari pemutus sirkuit 7522, dan hasil uji sesuai dengan standar.

Bongkar dan Pemeriksaan Setelah Kegagalan

Untuk pemutus sirkuit 7522, gas SF₆ di dalam fase B dikeluarkan, nitrogen dipompakan, dan pintu badan pemutus dibuka. Ditemukan debu (produk dekomposisi abrasi busur) di dalam. Setelah teknisi pabrik ABB tiba, insulator dibongkar, dan 2 elektroda patah ditemukan. Elektroda patah terhubung ke dinding luar. Batang penghubung dan kontak bergerak menunjukkan tanda-tanda abrasi yang jelas, dan mekanisme operasi kontak bergerak menunjukkan produk dekomposisi leburan yang jelas. Mekanisme operasi struktur operasi pegas hidrolik pemutus sirkuit diperiksa dan ditemukan beroperasi normal.

Analisis Penyebab
Prinsip Pemadam Busur

Waktu optimal untuk memadamkan busur AC adalah ketika arus busur melewati nol setiap setengah siklus. Selama periode nol arus, busur mengalami 2 proses pemulihan:

• Proses Pemulihan Ketahanan Dielektrik: Karena penguatan proses deionisasi, ketahanan dielektrik antara elektroda busur secara bertahap pulih.

• Proses Pemulihan Tegangan Busur: Tegangan sumber diterapkan kembali pada kontak. Tegangan busur naik dari tegangan pemadam busur ke tegangan sumber. Jika proses pemulihan ketahanan dielektrik lebih cepat daripada proses pemulihan tegangan busur, dan amplitudo proses pemulihan tegangan busur besar, proses pemulihan tegangan busur akan lebih cepat daripada proses pemulihan ketahanan dielektrik, menyebabkan pembusukan dielektrik antara elektroda, dan busur terbakar kembali. Jika proses pemulihan tegangan busur dimulai sebelum proses pemulihan ketahanan dielektrik dimulai, busur akan terbakar kembali.

Kesimpulan

Dengan menggabungkan bentuk gelombang rekaman kegagalan perangkat perlindungan CSL103, setelah fase B pemutus sirkuit 7522 direclose, perlindungan mengeluarkan perintah tripping tiga fase pada 767 ms, dan tiga fase pemutus sirkuit 7522 sepenuhnya terbuka pada 825 ms, dengan waktu tindakan 58 ms. Selama proses pemadam busur pemutus sirkuit fase B, bentuk gelombang arus tidak melewati nol, dan busur terus menyediakan arus pendek di dalam pemutus sirkuit.

Berdasarkan analisis kinerja pemadam busur gas SF₆: di bawah aksi busur, gas SF₆ menyerap energi listrik dan menghasilkan senyawa fluorin rendah. Namun, ketika arus busur melewati nol, senyawa fluorin rendah dapat dengan cepat bergabung kembali menjadi gas SF₆. Ketahanan dielektrik celah busur pulih relatif cepat. Karena arus busur tidak melewati nol, kinerja pemadam busur gas SF₆ menurun. Pada saat itu, hanya dengan mengaktifkan perlindungan kegagalan pemutus sirkuit, pemutus sirkuit tetangga 7512 dapat memotong arus kegagalan. Waktu dari kontak posisi tripping tiga fase pemutus sirkuit 7522 kembali hingga kontak posisi tripping tiga fase pemutus sirkuit 7512 kembali adalah 317 ms total, menunjukkan bahwa busur energi tinggi fase B pemutus sirkuit terbakar selama 317 ms. Setelah pemutus sirkuit 7512 terbuka, busur dipadamkan.

Kesimpulannya, perlindungan jalur dan perlindungan kegagalan pemutus sirkuit dalam peristiwa ini beroperasi normal, dan pemutus sirkuit melakukan tripping normal. Tindakan peralatan primer dan sekunder semua benar. Untuk fase B pemutus sirkuit 7522, dari analisis komposisi gas, ada energi intensitas tinggi di dalam ruang pemadam busur, yang cukup untuk meningkatkan tekanan gas. Namun, arus fase 7522B tidak melewati nol, dan busur tidak dipadamkan. Tetapi katup ruang kompresi bawah telah dibuka, dan gas berlebih dikeluarkan dari bagian bawah, yang mungkin membawa busur keluar dan membakar batang pengikat kontak bergerak dan kapasitor shunt.

Analisis Penyebab Pembakaran Hambatan Penutup Pemutus Sirkuit dan Keruntuhan Penutup Pelindung Seragam di Sisi Luar Hambatan

Operasi pemutus sirkuit adalah penyebab sebagian besar tegangan over-switching. Menginstal hambatan penutup dapat secara efektif membatasi tegangan over selama penutupan jalur dan reclosing satu fase. Pemutus sirkuit ledakan gas SF₆ 550/800PMSF₆ yang diproduksi oleh Perusahaan ABB yang digunakan di perusahaan kami terdiri dari pelat resistansi karbida silikon yang disusun. Berdasarkan manual instruksi produsen, kapasitas panas hambatan penutup adalah sebagai berikut: ketika menutup 4 kali pada 1,3 kali tegangan fase nominal, interval waktu antara dua kali pertama adalah 3 menit, dan interval waktu antara dua kali terakhir adalah 3 menit; interval waktu antara dua grup uji (depan dan belakang) tidak melebihi 30 menit.

Pemutus memiliki struktur putus seri, yang terdiri dari 3 putus utama, 1 putus bantu, dan hambatan penutup gabungan, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Fitur utama dari putus seri adalah selama operasi penutupan pemutus sirkuit, putus bantu menutup setelah putus utama di ruang pemadam busur, dan selama operasi pembukaan, putus bantu juga terpisah setelah putus utama di ruang pemadam busur.

Artinya, urutan tindakan putus bantu adalah menutup kemudian dan membuka kemudian. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: selama penutupan, putus utama menutup terlebih dahulu, membentuk loop konduktor arus seri dengan hambatan, dan hambatan penutup terhubung. Setelah sekitar 8-11 ms (berdasarkan manual instruksi produsen), loop konduktor arus terbentuk melalui kontak penutup putus bantu, menghubungkan hambatan penutup; selama pembukaan, putus utama terlepas terlebih dahulu, membuka loop arus utama, dan kemudian putus bantu terpisah.

Oleh karena itu, putus bantu membawa arus nominal dan arus pendek selama pembukaan. Setelah fase B terbuka secara mekanis, hambatan penutup terhubung ke sirkuit. Karena busur antara putus fase B berlangsung selama 317 ms melalui hambatan penutup, dan arus busur sekitar 1620 A, menurut perhitungan, kapasitas panas yang ditanggung oleh hambatan penutup lebih besar dari kapasitas nominalnya. Ini menyebabkan kapasitas panas cincin penghubung antara hambatan penutup dan putus bantu melebihi batas, akhirnya menyebabkan fusing, mengeluarkan ke lingkaran grading dinding luar, menyebabkan runtuhnya lingkaran grading dan hitamnya hambatan.

Analisis Penyebab Operasi Perlindungan Kegagalan Pemutus Sirkuit

Dalam perlindungan kegagalan pemutus sirkuit, ketika elemen arus diaktifkan dan memenuhi kriteria perlindungan kegagalan, perlindungan kegagalan akan diinisiasi selama input trip perlindungan diterima dan arus fase yang sesuai lebih besar dari 0,05 In.

Seperti yang dapat dilihat dari laporan 7522, dari 775 ms ketika perangkat perlindungan PRS - 721S layar perlindungan pemutus sirkuit 7522 menerima input sinyal trip tiga fase dari perangkat perlindungan IRC - 931BM perlindungan jalur Jingchuan II, hingga 925 ms ketika ia melakukan tripping pemutus sirkuit lokal karena kegagalan, dan hingga 1025 ms ketika ia melakukan tripping pemutus sirkuit tetangga karena kegagalan, dengan penundaan 0,15 s untuk tripping pemutus sirkuit lokal dan 0,25 s untuk tripping pemutus sirkuit tetangga, yang sesuai dengan logika operasi perlindungan kegagalan, dan perlindungan beroperasi dengan benar, seperti ditunjukkan dalam Gambar 3. Dalam osilogram, dapat dilihat bahwa meskipun kontak posisi tripping fase B 7522 telah kembali pada 825 ms, masih ada arus (busur) yang mengalir antara kontak bergerak dan statis.

Kesimpulan

• Karena distorsi parah arus kegagalan, bentuk gelombang bergeser ke sisi bawah sumbu waktu. Fakta bahwa bentuk gelombang tidak melewati nol dalam waktu pemadam busur efektif pemutus sirkuit adalah alasan utama busur tidak padam. Gagalnya pemulihan isolasi celah setelah pemutus sirkuit terbuka dan penurunan kinerja pemadam busur gas SF₆ adalah alasan sekunder busur tidak padam.

• Busur tidak padam dan pengeluaran gas sisa dari ruang pemadam busur, yang membawa busur, adalah alasan utama hitamnya batang pengikat isolasi dan dinding luar kapasitor.

• Setelah fase B terbuka secara mekanis, hambatan penutup terhubung ke sirkuit. Karena busur antara putus fase B mengalir melalui hambatan penutup selama 317 ms, kapasitas panas menyebabkan kapasitas panas penghubung antara hambatan penutup dan putus bantu rusak, akhirnya menyebabkan fusing, mengeluarkan ke lingkaran grading dinding luar, menyebabkan runtuhnya lingkaran grading dan hitamnya hambatan.

• Keberadaan arus busur pada fase B dan kesesuaiannya dengan logika operasi perlindungan kegagalan pemutus sirkuit adalah alasan utama tripping busbar.