Analisi tal-Falliment ta’ Breaker ta’ Kurren ta’ Tip Tank 750 kV ta’ Gas Compress SF₆

Żmien Fenomen tal-Faljment
Informazzjoni dwar il-Faljment u Mod ta' Operazzjoni qabel il-Faljment

Fis-17:53:50 tal-16 ta’ Mejju 2016, l-apparat tal-protezzjoni tar-rut Jingchuan II Line operaw successivament. Flett B għaddeġet, u flett B tal-circuit breakers 7522 u 7520 saret magħluqa. L-protezzjoni tal-circuit breaker 7522 dettetta faljment permanent fuq l-apparat tal-protezzjoni tat-tnejn linji, b’dilaj ta’ 0.6s. Wara dawk, ABC tat-tliet fletti tal-circuit breaker 7522 għaddeġet.

Fl-istess proces, il-protezzjoni tal-faljment tal-flett B tal-circuit breaker 7522 attivat il-differential protection tal-Bus II, u l-circuit breaker 7512 saret magħluq, bil-moħħ ta’ spejċi 750kV Bus II. Il-mod ta' operazzjoni tas-sistema qabel il-faljment u l-kondizzjonijiet tal-unità huma mhux jewnija fil-Figura 1. Il-potenza attiva tal-Unit #1 kienet 645MW, u dik tal-Unit #2 kienet 602MW. Jingchuan I u II Lines kienu jopraw normalment. Il-modalità tal-koneżjoni tal-step-up substation kienet 3/2 wiring, u l-step-up substation kienet tistaqsi f’moħħ tal-loop-closing mode.

Sitważjoni ta' Kontroll tal-Faljment
Kontroll Viswali fuq is-Sit

Kontroll viswali fuq il-circuit breaker 7522 indikawa li l-indikaturi mekanika tal-open/close għal fletti A/B/C indikaw posizjoni open, li kellha fl-"0" posizjoni. Il-struttura tal-operazzjoni hidraulika kienet fis-posizjoni tal-kompresjoni tas-spring. Għal il-WB - 2C circuit breaker, fletti A/B/

Għal flett C, kontroll viswali fuq il-panel tal-box tal-operazzjoni rivelaw li l-lanġas sewda tal-TWJ indikatur kien aktar. Il-pressjoni tal-gas SF₆ tal-circuit breakers tat-tliet fletti kienet 0.62MPa (relativ pressjoni), u ma kien hemm ebda abnormità ċara fil-circuit breaker 7522.

Informazzjoni dwar l-Azzjoni tal-Protezzjoni

• Apparat tal-Protezzjoni IRCS - 931BM tar-Rut Jingchuan II: Fis-17:53:50:404 tal-16 ta’ Mejju 2016, l-protezzjoni tal-differenz tal-kurrent għal flett B operat. Il-protezzjoni tal-differenz tal-kurrent għaddeġet fletti A, B, u C fi 767ms, u l-kontatti tal-posizjoni tal-għaddeġ tal-fletti A, B, u C irgħtu fi 825ms.

• Apparat tal-Protezzjoni IICS - 103C tar-Rut Jingchuan II: Fis-17:53:50:454 tal-16 ta’ Mejju 2016, l-protezzjoni tal-differenz tal-kurrent għal flett B operat, u l-phase-differential għaddeġet fletti ABC fi 790ms.

• Screen tal-Protezzjoni PRS - 721S tal-Circuit Breaker 7522: Il-circuit breaker 7522 għaddeġet flett B. L-azzjoni tal-follow-up tripping segwit. Wara 0.6s, l-azzjoni tal-reclosing segwit, u l-azzjoni tal-trip tat-tliet fletti komunikat. Wara 0.15s, il-failure-tripping tal-circuit breaker stess segwit, u wara 0.25s, il-failure-tripping tal-circuit breakers ħdied segwit.

• Screen tal-Protezzjoni PRS - 721S tal-Circuit Breaker 7520: Il-circuit breaker 7520 għaddeġet flett B. L-azzjoni tal-follow-up tripping segwit, u l-ažjon tal-trip tat-tliet fletti segwit. Bil-mogħdija ta’ 0.9s (biex ittrikrija mal-linja difettuża u timinna l-impatt fuq l-unit), il-reclosing ma operatx.

• Screen tal-Protezzjoni PRS - 721S tal-Circuit Breaker 7512: Il-circuit breaker 7512 għaddeġet fit-tliet fletti, u l-ħin tal-return tal-kontatti tal-posizjoni tal-trip tat-tliet fletti kien 1143ms.

• Screen tal-Protezzjoni RCS - 915E tal-Bus Mother II: Fis-17:53:51:258 tal-16 ta’ Mejju 2016, il-failure-tripping tal-bus-line segwit.
  

Prova u Kontroll tal-Circuit Breaker

Il-Ningxia Electric Power Research Institute kien ikontattat biex janalizza l-komponenti tal-gas SF₆ tal-circuit breakers tat-tliet fletti tal-7522. Il-komponenti tal-solfur fil-gas SF₆ tal-flett B kieno serjiżament fuq il-standard. Il-kontenut tal-produkti tad-dekompozizzjoni f’dan il-chamber tal-gas kien ambax, li tindika l-presenza ta’ partial discharge ta’ enèrgija għoli, li oħloqt il-dekompozizzjoni tal-materiali insulari soļidi, kif mostrat fit-Tavola 1.

Dopp il-meżura tal-loop tal-breaking circuit tal-flett B, konfermat li l-loop kien magħluq, li tindika li l-breaker kien f’situazzjoni ta’ open-circuit. Il-Ningxia Electric Power Research Institute effettwa testi fuq l-ħin tal-opening u l-resistenza tal-circuit għal fletti A u C tal-circuit breaker 7522, u l-rezultati tal-test kienu konformi mal-standards.

Dismantling u Kontroll Dopp il-Faljment

Għal il-circuit breaker 7522, il-gas SF₆ fit-flett B inkarigat, inpurġat il-nitrogen, u ftit il-door tal-body tal-breaker. Trovat xita (produkti tad-dekompozizzjoni tal-arc-ablation) l-intern. Wara li l-tekniki mill-fabbrika ABB arrivaw, iddismanat l-insulator, u tfittxiet 2 electrodes mgħadda. L-electrodes mgħadda kienu mikonnessa mal-wall estern. Il-connecting rod u l-moving contact kienu jmomstraw marki ċaratteristici tal-ablation, u l-operating mechanism tal-moving contact kien jmomstra produkts tad-dekompozizzjoni ta’ melting. Il-operating mechanism tal-hydraulic spring-type operating structure tal-circuit breaker kien kontrollat u kien operat normalment.

Analiżi ta' Kauza
Prinċipju tal-Estinguishment tal-Arc

Il-ħin optima biex tinstinghu l-arc AC hu meta l-kurrent tal-arc jiġi passa travers zero kull half-cycle. Fl-istess perijodu ta’ crossing zero, l-arc issaqqaf 2 proċessi ta’ recovery:

• Dielectric Strength Recovery Process: Minħabba l-increment fid-de-ionization process, id-dielectric strength bejn l-arc electrodes jissir gradualment.

• Arc Voltage Recovery Process: Il-volttagġ tal-supply jiġi reapplicat għall-kontakti. Il-volttagġ tal-arc jiġi erġa’ mill-arc-extinguishing volttagġ għal supply volttagġ. Jekk il-dielectric strength recovery process hija zghar mill-arc voltage recovery process, u l-amplitud tal-arc voltage recovery process hija kbira, l-arc voltage recovery process tkun zghar mill-dielectric strength recovery process, li tixtieq il-breakdown tal-dielectric bejn l-elettrodi, u l-arc tirgħad jinstab. Jekk l-arc voltage recovery process tbda qabel mill-dielectric strength recovery process ibda, l-arc tirgħad jinstab.

Konkluzzjoni

Mhux jewnija mal-waveform tal-fault recording tal-device tal-protezzjoni CSL103, wara li l-flett B tal-circuit breaker 7522 għaddeġet, l-protezzjoni baġġet ordni ta’ trip tat-tliet fletti fi 767 ms, u l-tliet fletti tal-circuit breaker 7522 infilgħu kollha fi 825 ms, b’azzjoni ta’ 58 ms. Fil-proċess tal-estinguishment tal-arc tal-flett B tal-circuit breaker, il-waveform tal-kurrent ma krossa l-ax-xiema, u l-arc segwit jagħti short-circuit current l-intern tal-circuit breaker.

Skont l-analiżi tal-prestazzjoni tal-estinguishment tal-gas SF₆: sott l-azzjoni tal-arc, il-gas SF₆ jaassorb l-enèrgija elettrika u jġenera kompounds ta’ low-fluorine. Imma meta l-kurrent tal-arc jiġi passa travers zero, il-kompounds ta’ low-fluorine jirkupru rapidament fil-gas SF₆. Id-dielectric strength tal-gap tal-arc jissir relativament rapid. Billi l-kurrent tal-arc ma krossa l-ax-xiema, l-prestazzjoni tal-estinguishment tal-gas SF₆ inqasat. Hawnhekk, biss bi l-aktivazzjoni tal-failure protection tal-circuit breaker, il-circuit breaker ħdieġel 7512 kien jistaqsi l-fault current. Il-ħin minn l-return tal-kontatti tal-trip tat-tliet fletti tal-circuit breaker 7522 sal-return tal-kontatti tal-trip tat-tliet fletti tal-circuit breaker 7512 kien 317 ms totali, li tindika li l-arc tal-high-energy tal-flett B tal-circuit breaker kien jburni 317 ms. Wara li l-circuit breaker 7512 infilgħa, l-arc instab.

Fil-konklussjoni, l-line protection u l-circuit breaker failure protection fi dan l-event operaw normalment, u l-circuit breaker għaddeġet normalment. L-azzjonijiet tal-primary u secondary equipment kollha kienu korretti. Għal flett B tal-circuit breaker 7522, skont l-analiżi tal-komponenti tal-gas, kien hemm enèrgija ta’ high-intensity fil-chamber tal-arc-extinguishing, li kien sufficjent biex jżid il-pressjoni tal-gas. Imma l-kurrent tal-7522B phase ma krossa l-ax-xiema, u l-arc ma instabx. Imma l-valvola tal-chamber tal-compression ta’ xitan kienet imiftaħet, u l-gas ekcessiv kien miskar mill-xitan, li sejjerx jikkariga l-arc u jburni l-insulating tie-rod tal-moving contact u l-shunt capacitor.

Analiżi tal-Kawza tal-Burn-out tal-Resistance tal-Closing tal-Circuit Breaker u tal-Breakdown tal-Uniform Shielding Cover fuq is-Side estern tal-Resistance

L-operazzjoni tal-circuit breaker hija kawza ta’ most switching over-voltages. L-installazzjoni tal-closing resistance tista’ limita effettivament l-over-voltages waqt il-closing tal-line u l-single-phase reclosing. Il-550/800PMSF₆ gas-blast circuit breaker manufatturata mill-ABB Company użata fil-nostru company għandha closing resistance composed ta’ stacked silicon carbide resistance plates. Skont il-manual tal-manufacturer, l-heat capacity tal-closing resistance hija hekk: meta tinfuq 4 darbiet bl-1.3 darba rated phase voltage, l-interval tal-ħin bejn il-darbiet l-ewla u t-tieni hu 3 minuti, u l-interval tal-ħin bejn id-darbiet l-ahar u t-tieni hu 3 minuti; l-interval tal-ħin bejn it-tnejn gruppi ta’ test (front u back) ma jikseb 30 minuti.

Il-breaker għandu struttura ta’ series-type break, li tinsab ta’ 3 main breaks, 1 auxiliary break, u combined closing resistance, kif mostrat fil-Figura 2. Il-caratteristika prinċipali tal-series-type break huwa li waqt l-operazzjoni tal-closing tal-circuit breaker, l-auxiliary break jimxi wara l-main break fil-arc-extinguishing chamber, u waqt l-operazzjoni tal-opening, l-auxiliary break jimxi wara l-main break fil-arc-extinguishing chamber.

Huwa, is-sekwenz tal-ażjonijiet tal-auxiliary break hu closing later u opening later. Il-prinċipju ta’ xogħol hu hekk: waqt il-closing, l-main break jimxi l-ewwel, ifformu loop ta’ kurrent fuq il-resistance, u l-closing resistance tikkellega. Wara circa 8-11 ms (skont il-manual tal-manufacturer), ifformu loop ta’ kurrent permezz tal-contact tal-closing tal-auxiliary break, short-circuiting l-closing resistance; waqt l-opening, l-main break jimxi l-ewwel, jftha l-loop tal-kurrent prinċipali, u wara l-auxiliary break jiseparaw.

Allura, l-auxiliary break jagħmel kurrent ta’ rated u short-circuit waqt l-opening. Wara l-mechanical opening tal-flett B, l-closing resistance ikkellega għal circuit. Billi l-arc bejn il-breaks tal-flett B segwi jpassa permezz tal-closing resistance għal 317 ms, u l-kurrent tal-arc kien approssimativament 1620 A, skont l-kalkol, l-heat capacity magħmul mill-closing resistance kien akbar mill-rated capacity. Dan l-ġej fil-heat capacity overload tal-connection ring bejn il-closing resistance u l-auxiliary break, u fil-qtil, l-fusing, l-discharge għal outer-wall grading ring, li wassal għal breakdown tal-grading ring u l-blackening tal-resistance.

Analiżi tal-Kawza għal l-Operazzjoni tal-Circuit Breaker Failure Protection

Fil-circuit breaker failure protection, meta l-element tal-kurrent jiġi attivat u jissodisfa l-kriterji tal-failure protection, l-failure protection tiġi avviata sakemm l-input tal-trip tal-protection jiġi ricevut u l-kurrent tal-fase relatata ikun akbar mill-0.05 In.

Skont ir-rapporti tal-7522, minn 775 ms meta l-device tal-protection PRS-721S tal-screen tal-protection tal-circuit breaker 7522 ricevetti l-input tal-trip tat-tliet fletti mil-device tal-protection IRC-931BM tal-line protection Jingchuan II, sa 925 ms meta għaddeġet il-circuit breaker lokali għal failure, u sa 1025 ms meta għaddeġet il-circuit breaker ħdieġel għal failure, b’dilaj ta’ 0.15 s għal tripping tal-circuit breaker lokali u 0.25 s għal tripping tal-circuit breaker ħdieġel rispettivament, li huwa konformi mal-loġika tal-operazzjoni tal-failure protection, u l-protection operat korrettament, kif mostrat fil-Figura 3. Fil-oscillogram, tara li wara li l-tripping position contact tal-flett B tal-7522 irgħet fi 825 ms, kien hemm kurrent (arc) li qed jilġu bejn il-moving u stationary contacts.

Konklussjonijiet

• Billi l-distorsjoni severa tal-kurrent tal-fault, il-waveform nifsaw lejn is-sott ta’ l-axis tal-ħin. Il-fatt li l-waveform ma krossa l-ax-xiema fl-ħin ta’ arc-extinguishing effettiv tal-circuit breaker kien ir-raġuni prinċipali tal-non-extinction tal-arc. Il-fali tal-recovery tal-gap insulation wara li l-circuit breaker infilgħa u l-inċrement fil-prestazzjoni tal-estinguishment tal-gas SF₆ kienu ir-raġunijiet sekondarji tal-non-extinction tal-arc.

• Il-non-extinction tal-arc u l-expulsion tal-gas rimanenti mill-arc-extinguishing chamber, li karrigaw l-arc, kienu ir-raġunijiet prinċipali tal-blackening tal-insulating tie-rod u l-outer wall tal-capacitor.

• Wara l-mechanical opening tal-flett B, l-closing resistance ikkellega għal circuit. Billi l-arc bejn il-breaks tal-flett B segwi jpassa permezz tal-closing resistance għal 317 ms, l-heat capacity magħmul l-heat capacity overload tal-connection bejn il-closing resistance u l-auxiliary break, u fil-qtil, l-fusing, l-discharge għal outer-wall grading ring, li wassal għal breakdown tal-grading ring u l-blackening tal-resistance.

• Il-presenza tal-kurrent tal-arc fil-flett B u l-conformità mal-loġika tal-operazzjoni tal-circuit breaker failure protection kienu ir-raġunijiet prinċipali tal-tripping tal-busbar.