Analysis of the Failure of a 750 kV Tank Type SF₆ Compressed Gas Circuit Breaker Analîz bi serkeftinê ya birhurên cihazê ya vekilbendeya gazê ya tevqîfandinê ya SF₆ ya qutiya 750 kV
پێشەی خرابکردن
ئاگاداری بەخربوون و ڕێژەی کارکردن پێش خرابکردن
لە ١٧:٥٣:٥٠ لە ٢٠١٦/٥/١٦، دواترین دانەی دوو سیستمی پاراستنی چێشەکەی جینگچوان دووەم هاتوو. فازی B هەڵبژاررا بۆ دانە، و فازی B-ی چێشەکەی ٧٥٢٢ و ٧٥٢٠ دانرا. سیستمی پاراستنی چێشەکەی ٧٥٢٢ یەکەم خرابکردنی تایبەت بە دوو چێشەی یەکەوەی هەڵبژاررا، بە درێجی ٠.٦s. دواتر، فازەکانی ABC ی چێشەکەی ٧٥٢٢ دانرا.
لە ئەم پڕۆسەدا، سیستمی پاراستنی خرابکردنی فازی B-ی چێشەکەی ٧٥٢٢ داواکەری پاراستنی دیفرانسیالی چێشەکەی دووەمی فعالی کرد، و چێشەکەی ٧٥١٢ دانرا، کە بە نتیجة دەروازەی ٧٥٠kV-ی دووەم بەرەو بەرەو بوو. ڕێژەی کارکردنی سیستم پێش خرابکردن و شێوەی کارکردنی یەکەکان لە شکلی ١ دیاریکراوە. قوتابی یەکەکەی ١ ٦٤٥MW بوو، و یەکەکەی ٢ ٦٠٢MW بوو. چێشەکەی جینگچوان یەکەم و دووەم بەرێکەوتوو کارکردوو. شێوەی کۆنتوری چێشەکەی ٣/٢ بوو، و چێشەکەی بە ڕێژەی بازنەوە کارکردووە.
پێشبینی خرابکردن
پێشبینی لەڕێگەی خۆرەک
پێشبینی لەڕێگەی خۆرەکی چێشەکەی ٧٥٢٢ دەردەکەوت کە نیشانەکانی مەکانیکییەکانی فازەکانی A/B/C بەرەو دانەکەی ڕۆیەندراوە، کە بە "٠" ڕۆیەندراوە. سیستمی کارکردنی هیدرولیکی لە پۆزیشنی فشاری گەڕاوەدا بوو. بۆ چێشەکەی WB - ٢C، فازەکانی A/B/
بۆ فازی C، پێشبینی لەڕێگەی خۆرەکی بۆ پانێڵی کارکردن دەردەکەوت کە ڕوونەخشەکەی TWJ ڕەش بوو. فشاری گازی SF₆ لە فازەکانی A/B/C ی چێشەکەی ٠.٦٢MPa (فشاری ناسان) بوو، و چێشەکەی ٧٥٢٢ هیچ گۆڕانکارییەکی ئاشکرا نەبوو.
زانیارییەکانی کارکردنی پاراستن
سیستمی پاراستنی چێشەکەی جینگچوان دووەم IRCS - ٩٣١BM: لە ٢٠١٦/٥/١٦ ١٧:٥٣:٥٠:٤٠٤، پاراستنی جریانی دیفرانسیالی فازی B هاتوو. پاراستنی جریانی دیفرانسیالی فازەکانی A, B, و C لە ٧٦٧ms دانرا، و ڕەکەکانی دانەکەی فازەکانی A, B, و C لە ٨٢٥ms برگشتەوە.
سیستمی پاراستنی چێشەکەی جینگچوان دووەم IICS - ١٠٣C: لە ٢٠١٦/٥/١٦ ١٧:٥٣:٥٠:٤٥٤، پاراستنی جریانی دیفرانسیالی فازی B هاتوو، و فازەکانی ABC لە ٧٩٠ms دانرا.
پانێڵی پاراستنی چێشەکەی ٧٥٢٢ PRS - ٧٢١S: چێشەکەی ٧٥٢٢ لە فازی B دانرا. کارکردنی دووبارە دانەکە هاتوو. دواتر لە ٠.٦s، کارکردنی دووبارە هاتوو، و کارکردنی سێ فاز هاتوو. دواتر لە ٠.١٥s، خرابکردنی خۆکەی چێشەکە هاتوو، و دواتر لە ٠.٢٥s، خرابکردنی چێشەکەی ژێرتەوە هاتوو.
پانێڵی پاراستنی چێشەکەی ٧٥٢٠ PRS - ٧٢١S: چێشەکەی ٧٥٢٠ لە فازی B دانرا. کارکردنی دووبارە دانەکە هاتوو، و کارکردنی سێ فاز هاتوو. چونکە کارکردنی دووبارەی چێشەکەی ٧٥٢٠ لە ٠.٩s (بۆ دووبارەکردن لەگەڵ چێشەی خرابکراو و کەمکردنەوەی تێکەڵەکردن بەرەو یەکەکە) دەرزراوە، کارکردنی دووبارە نەهاتووە.
پانێڵی پاراستنی چێشەکەی ٧٥١٢ PRS - ٧٢١S: چێشەکەی ٧٥١٢ لە سێ فاز دانرا، و زمانی برگشتەوەی ڕەکەی دانەکەی سێ فاز ١١٤٣ms بوو.
پانێڵی پاراستنی چێشەکەی دووەم RCS - ٩١٥E: لە ٢٠١٦/٥/١٦ ١٧:٥٣:٥١:٢٥٨، خرابکردنی چێشەکەی دووەم-لایەن هاتوو.
پەیوەندی و پێشبینی چێشەکە
بە پێی هەڵبژاردنی ڕێکخراوی توانی نینگشیا، بەرەو بەرسەری گازی SF₆ لە فازەکانی سێ فازی چێشەکەی ٧٥٢٢ هاتوو. کامپۆنەنتە سەرەکییەکانی سەرفورانی لە گازی SF₆ لە فازی B زۆر گەورە بوون. پێکهاتی کامپۆنەنتەکانی گەڕاوەدا لەم چێشەیەدا زۆر بوو، کە دەردەکەوت کە گەڕاوەی گەورەکەی گەڕاوەدا بوو، کە دەردەکەوت کە موادە یاساییەکانی گەڕاوەدا خواردنەوەیان هاتووە، وەکوو لە جدولی ١ دیاریکراوە.
دواتر لە پێشبینی لەڕێگەی خۆرەکی چێشەکەی B-ی ٧٥٢٢، دەردەکەوت کە چێشەکە لە ڕێگەیەکی باز بوو، کە دەردەکەوت کە چێشەکە لە ڕێگەیەکی باز بوو. ڕێکخراوی توانی نینگشیا گشتییەکانی کاتی بازکردن و رەزیستانسی چێشەکەی ٧٥٢٢ لە فازەکانی A و C گەشتی کرد، و نەتەجانەکان بەخێربەی هێماکاندا بوون.
پاش خرابکردن بەرەو بەرەو
بۆ چێشەکەی ٧٥٢٢، گازی SF₆ لە فازی B بەرەو بەرەو بوو، نیتروژن بەرەو بەرەو بوو، و درەکەی چێشەکەی دانرا. دەردەکەوت کە دەرهێنەکە (پێکهاتی گەڕاوە) لەناوەوەدا بوو. دواتر کاتێک فێڵکارەکانی کارخانەی ABB ڕێکخراوە، ئینسولەتریکەکە بەرەو بەرەو بوو، و دوو ئەلکترۆدی کووتن بوون. ئەلکترۆدانەکە بە پێی دەرەوەی گەڕاوەدا بوون. گەڕاوەکەی ڕەکە و مەکانیکییەکەی کارکردنی چێشەکەی گەڕاوەدا بوون، و مەکانیکییەکەی کارکردنی چێشەکەی هیدرولیکی-سپرینگی کارکردووە.
تەحلیلی عەرەبە
پرinciple of Arc Extinguishing
کاتی باشترین بۆ خواردنەوەی گەڕاوەی AC کاتێکە گەڕاوەکە لە ٠ دەڕوات هەر نیم-چرکە. لە کاتی ڕۆیەندراوی گەڕاوەکە، گەڕاوەکە دوو ڕێگەی گەڕاوە دەبێت:
Dielectric Strength Recovery Process: بەهۆی گەڕاوەی دەرەوەدا بوون، گەڕاوەکە بە کاردانی گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون.
Arc Voltage Recovery Process: بەهۆی دابەزێکی گەڕاوەدا بوون، گەڕاوەکە دەبێتە گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون. گەڕاوەکە لە گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون بە گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون. ئەگەر گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوون زۆرتر بێت لە گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوون، گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوون دەبێتە گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون، کە دەبێتە گەڕاوەی گەڕاوەدا بوون.
Peshkirina
بە پێی گرافی CSL103، دواتر لە دووبارەکردنی فازی B-ی چێشەکەی ٧٥٢٢، پاراستن ڕێژەی دانەکەی سێ فازی ٧٦٧ ms هاتوو، و چێشەکەی ٧٥٢٢ لە ٨٢٥ ms دانرا، بە کاتی ٥٨ ms. لە کاتی گەڕاوەکەی چێشەکەی B-ی ٧٥٢٢، گرافی جریانی گەڕاوەکە ٠ نەڕوات، و گەڕاوەکە لەناو چێشەکەدا گەڕاوەی گەڕاوەدا بوو.
بە پێی تەحلیلی گەڕاوەی SF₆: لە کاتی گەڕاوەدا، گازی SF₆ توانی بەرەو بەرەو بوو و کامپۆنەنتە سەرفورانیەکان هاتووە. بەڵام، کاتێک گەڕاوەکە ٠ دەڕوات، کامپۆنەنتە سەرفورانیەکان دەبێتە گازی SF₆. گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوون زۆرتر بێت. لە کاتی گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوون، گەڕاوەکە لەناو چێشەکەدا بوو. بە کاردانی پاراستنی خرابکردنی چێشەکە، چێشەکەی ٧٥١٢ گەڕاوەی گەڕاوەدا بوو. کاتی لە ڕەکەی دانەکەی چێشەکەی ٧٥٢٢ ڕەکەی دانەکەی چێشەکەی ٧٥١٢ ٣١٧ ms بوو، کە دەردەکەوت کە گەڕاوەی گەڕاوەی چێشەکەی B-ی ٧٥٢٢ ٣١٧ ms بوو. دواتر لە دانەکەی چێشەکەی ٧٥١٢، گەڕاوەکە خواردنەوەیەوە.
بە پێی نتایجەکە، پاراستنی چێشەکە و پاراستنی خرابکردنی چێشەکە لەم واقەیەدا هەردوو کارکردووە، و چێشەکە دانرا. کارکردنی یەکەی یەکەم و یەکەی دووەم هەردوو سەرکەوتوو بوو. بۆ فازی B-ی چێشەکەی ٧٥٢٢، لە پێشبینی گازی SF₆، گەڕاوەی گەڕاوەدا بوو، کە کافی بوو بۆ بەرزبوونی فشاری گاز. بەڵام، گەڕاوەکەی ٧٥٢٢B ٠ نەڕوات، و گەڕاوەکە خواردنەوە نەکردوو. بەڵام، دەرەوەی گەڕاوەکەی گەڕاوەدا بوو، و گازی زیاد بووە لەناو گەڕاوەکەدا، کە گەڕاوەکە بەرەو بەرەو بوو و گەڕاوەی گەڕاوەدا بوو.
Analysis of the Causes of the Burn-out of the Circuit Breaker Closing Resistance and the Breakdown of the Uniform Shielding Cover on the Outer Side of the Resistance
The operation of the circuit breaker is the cause of most switching over-voltages. Installing a closing resistance can effectively limit the over-voltages during line closing and single-phase reclosing. The 550/800PMSF₆ gas-blast circuit breaker manufactured by ABB Company used in our company has a closing resistance composed of stacked silicon carbide resistance plates. According to the manufacturer's instruction manual, the heat capacity of the closing resistance is as follows: when closing 4 times at 1.3 times the rated phase voltage, the time interval between the first two times is 3 minutes, and the time interval between the last two times is 3 minutes; the time interval between the two groups of tests (front and back) does not exceed 30 minutes.
The breaker has a series-type break structure, which consists of 3 main breaks, 1 auxiliary break, and a combined closing resistance, as shown in Figure 2. The main feature of the series-type break is that during the closing operation of the circuit breaker, the auxiliary break closes after the main break in the arc-extinguishing chamber, and during the opening operation, the auxiliary break also separates after the main break in the arc-extinguishing chamber.
That is, the action sequence of the auxiliary break is closing later and opening later. Its working principle is as follows: during closing, the main break closes first, forming a current-conducting loop in series with the resistance, and the closing resistance is connected. After about 8 - 11 ms (according to the manufacturer's instruction manual), a current-conducting loop is formed through the closing contact of the auxiliary break, short-circuiting the closing resistance; during opening, the main break disengages first, opening the main current loop, and then the auxiliary break separates.
Therefore, the auxiliary break carries the rated current and the short-circuit current during opening. After the B-phase mechanical opening, the closing resistance is connected to the circuit. Since the arc between the B-phase breaks lasted for 317 ms through the closing resistance, and the arc current was approximately 1620 A, according to the calculation, the heat capacity borne by the closing resistance was greater than its rated capacity. This led to the over-limit heat capacity of the connection ring between the closing resistance and the auxiliary break, eventually causing fusing, discharging to the outer-wall grading ring, resulting in the breakdown of the grading ring and the blackening of the resistance.
Analysis of the Causes for the Operation of Circuit Breaker Failure Protection
In circuit breaker failure protection, when the current element is activated and meets the failure protection criteria, the failure protection will be initiated as long as the protection trip input is received and the corresponding phase current is greater than 0.05 In.
As can be seen from the reports of 7522, from 775 ms when the PRS - 721S protection device of the 7522 circuit breaker protection panel received the three-phase trip signal input from the IRC - 931BM protection device of the Jingchuan II line protection, to 925 ms when it tripped the local circuit breaker due to failure, and to 1025 ms when it tripped the adjacent circuit breaker due to failure, with a delay of 0.15 s for tripping the local circuit breaker and 0.25 s for tripping the adjacent circuit breaker respectively, which is in line with the operation logic of failure protection, and the protection operated correctly, as shown in Figure 3. In the oscillogram, it can be seen that although the B-phase tripping position contact of 7522 had returned at 825 ms, there was still current (arc) flowing between the moving and stationary contacts.
Conclusions
Due to the severe distortion of the fault current, the waveform shifted to the lower side of the time-axis. The fact that the waveform did not cross zero within the effective arc-extinguishing time of the circuit breaker was the main reason for the non-extinction of the arc. The failure of the gap insulation to recover after the circuit breaker opened and the decline in the arc-extinguishing performance of SF₆ gas were secondary reasons for the non-extinction of the arc.
The non-extinction of the arc and the expulsion of the remaining gas from the arc-extinguishing chamber, which carried out the arc, were the main reasons for the blackening of the insulating tie-rod and the outer wall of the capacitor.
After the mechanical opening of phase B, the closing resistance was connected to the circuit. Since the arc between the breaks of phase B flowed through the closing resistance for 317 ms, the heat capacity caused the heat capacity of the connection between the closing resistance and the auxiliary break to break down, eventually leading to fusing, discharging to the outer-wall grading ring, resulting in the breakdown of the grading ring and the blackening of the resistance.
The presence of arc current in phase B and its compliance with the operation logic of the circuit breaker failure protection were the main reasons for the tripping of the busbar.
