Analiza awarii 750 kV zbiornikowego wyładowcza SF₆ sprężonego gazu

Zjawisko awarii
Informacje o awarii i tryb pracy przed awarią

O godzinie 17:53:50 dnia 16 maja 2016 roku zaczęły działać kolejno urządzenia ochronne dwóch zestawów na linii Jingchuan II. Wybrano fazę B do przestawienia, a faza B wyłączników 7522 i 7520 została otwarta. Ochrona wyłącznika 7522 wykryła trwałą awarię w urządzeniu ochrony linii dwupasmowej, z opóźnieniem 0,6s. Następnie nastąpiło przestawienie fazy ABC wyłącznika 7522.

W tym procesie ochrona awarii fazy B wyłącznika 7522 uruchomiła różnicową ochronę drugiej szyny, a wyłącznik 7512 został otwarty, co spowodowało przerwanie zasilania szyny 750kV Bus II. Tryb działania systemu przed awarią oraz warunki działania jednostek są pokazane na Rysunku 1. Moc czynna jednostki nr 1 wynosiła 645MW, a jednostki nr 2 – 602MW. Linie Jingchuan I i II działały normalnie. Schemat kablowania stacji napowietrznej to 3/2, a stacja napowietrzna działała w trybie zamknięcia pętli.

Sprawdzenie awarii
Wizualna inspekcja na miejscu

Przeprowadzono lokalną inspekcję wyłącznika 7522, która wykazała, że mechaniczne wskaźniki otwarcia/zamknięcia dla faz A/B/C wskazywały pozycję otwartej, czyli pozycję "0". Konstrukcja hydrauliczna była w położeniu sprężystym. Dla wyłącznika WB-2C, fazy A/B/

Dla fazy C, lokalna inspekcja panelu operacyjnego wykazała, że czerwone światło wskaźnika TWJ było włączone. Ciśnienie gazu SF₆ wyłączników trójfazowych A/B/C wynosiło 0,62MPa (ciśnienie względne), a nie było widocznych anomalii w wyłączniku 7522.

Informacje o działaniu ochrony

• Urządzenie ochronne IRCS-931BM linii Jingchuan II: 16 maja 2016 roku o 17:53:50:404, ochrona różnicowa prądu fazy B została uruchomiona. Ochrona różnicowa prądu przestawiła fazy A, B i C po 767ms, a kontakty pozycji przestawienia fazy A, B i C wróciły po 825ms.

• Urządzenie ochronne IICS-103C linii Jingchuan II: 16 maja 2016 roku o 17:53:50:454, ochrona różnicowa prądu fazy B została uruchomiona, a faza-różnicowa przestawiła fazy ABC po 790ms.

• Panel ochrony wyłącznika 7522 PRS-721S: Wyłącznik 7522 przestawił fazę B. Nastąpiła akcja follow-up tripping. Po 0,6s wykonana została akcja reclosing, a następnie komunikowana była akcja three-trip. Po 0,15s nastąpiła awaria samego wyłącznika, a po 0,25s nastąpiła awaria sąsiednich wyłączników.

• Panel ochrony wyłącznika 7520 PRS-721S: Wyłącznik 7520 przestawił fazę B. Nastąpiła akcja follow-up tripping, a wykonana została trójfazowa akcja follow-up tripping. Ponieważ reclosing wyłącznika 7520 miał opóźnienie 0,9s (aby reclosing odbywał się z uszkodzoną linią i zmniejszyć wpływ na jednostkę), reclosing nie nastąpił.

• Panel ochrony wyłącznika 7512 PRS-721S: Wyłącznik 7512 przestawił trzy fazy, a czas powrotu kontaktów pozycji przestawienia trójfazowego wyniósł 1143ms.

• Ekran ochrony matki I RCS-915E: 16 maja 2016 roku o 17:53:51:258, nastąpiła awaria szyny-linii.
  

Badanie i sprawdzenie korpusu wyłącznika

Skontaktowano się z Instytutem Energetycznym Ningxia, aby przeanalizować skład gazu SF₆ trójfazowych wyłączników 7522. Skład siarkowych związków w gazie SF₆ fazy B znacząco przekroczył normę. Zawartość produktów rozkładu w tej komorze była wysoka, co wskazuje na obecność wysokowydajnej częściowej dyschargi, która doprowadziła do rozkładu materiałów izolacji stałej, jak pokazano w Tabeli 1.

Po zmierzeniu obwodu łamiącego wyłącznika B potwierdzono, że obwód był otwarty, co oznacza, że wyłącznik znajdował się w stanie otwartym. Instytut Energetyczny Ningxia przeprowadził testy czasu otwarcia i oporu obwodu faz A i C wyłącznika 7522, a wyniki testów były zgodne ze standardami.

Rozmontowanie i inspekcja po awarii

Dla wyłącznika 7522, gaz SF₆ w fazie B został uwolniony, podany był azot, a drzwi korpusu wyłącznika zostały otwarte. Wewnątrz znaleziono kurz (produkty rozkładu skoki elektryczne). Po przybyciu techników z fabryki ABB, rozmontowano izolator, a znalezione zostały 2 złamane elektrody. Złamane elektrody były połączone ze ścianką zewnętrzną. Łącznik i ruchomy kontakt pokazały wyraźne ślady ablacji, a mechanizm działania ruchomego kontaktu miał wyraźne produkty rozpadu. Sprawdzono działanie hydrauliczno-sprężynowego mechanizmu działania wyłącznika, który pracował prawidłowo.

Analiza przyczyn
Zasada gaszenia łuku

Najlepszym momentem do gaszenia łuku przemiennego jest moment, gdy prąd łuku przechodzi przez zero co pół okresu. W okresie przekraczania zera prądem, łuk przechodzi przez 2 procesy odzyskiwania:

• Proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej: Dzięki wzrostowi procesu dejonizacji, wytrzymałość dielektryczna między elektrodami łuku stopniowo odzyskuje swoje właściwości.

• Proces odzyskiwania napięcia łuku: Napięcie zasilające jest ponownie przyłożone do styków. Napięcie łuku wzrasta od napięcia gaszenia do napięcia zasilania. Jeśli proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej jest szybszy niż proces odzyskiwania napięcia łuku, a amplituda procesu odzyskiwania napięcia łuku jest duża, proces odzyskiwania napięcia łuku będzie szybszy niż proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej, prowadząc do przebicia介质：波兰语 我将严格遵守指示，以下是翻译内容： ```html

  Zjawisko awarii
  Informacje o awarii i tryb pracy przed awarią

  O godzinie 17:53:50 dnia 16 maja 2016 roku zaczęły działać kolejno urządzenia ochronne dwóch zestawów na linii Jingchuan II. Wybrano fazę B do przestawienia, a faza B wyłączników 7522 i 7520 została otwarta. Ochrona wyłącznika 7522 wykryła trwałą awarię w urządzeniu ochrony linii dwupasmowej, z opóźnieniem 0,6s. Następnie nastąpiło przestawienie fazy ABC wyłącznika 7522.

  W tym procesie ochrona awarii fazy B wyłącznika 7522 uruchomiła różnicową ochronę drugiej szyny, a wyłącznik 7512 został otwarty, co spowodowało przerwanie zasilania szyny 750kV Bus II. Tryb działania systemu przed awarią oraz warunki działania jednostek są pokazane na Rysunku 1. Moc czynna jednostki nr 1 wynosiła 645MW, a jednostki nr 2 – 602MW. Linie Jingchuan I i II działały normalnie. Schemat kablowania stacji napowietrznej to 3/2, a stacja napowietrzna działała w trybie zamknięcia pętli.

  

  Sprawdzenie awarii
  Wizualna inspekcja na miejscu

  Przeprowadzono lokalną inspekcję wyłącznika 7522, która wykazała, że mechaniczne wskaźniki otwarcia/zamknięcia dla faz A/B/C wskazywały pozycję otwartej, czyli pozycję "0". Konstrukcja hydrauliczna była w położeniu sprężystym. Dla wyłącznika WB-2C, fazy A/B/

  Dla fazy C, lokalna inspekcja panelu operacyjnego wykazała, że czerwone światło wskaźnika TWJ było włączone. Ciśnienie gazu SF₆ wyłączników trójfazowych A/B/C wynosiło 0,62MPa (ciśnienie względne), a nie było widocznych anomalii w wyłączniku 7522.

  Informacje o działaniu ochrony

  • Urządzenie ochronne IRCS-931BM linii Jingchuan II: 16 maja 2016 roku o 17:53:50:404, ochrona różnicowa prądu fazy B została uruchomiona. Ochrona różnicowa prądu przestawiła fazy A, B i C po 767ms, a kontakty pozycji przestawienia fazy A, B i C wróciły po 825ms.

  • Urządzenie ochronne IICS-103C linii Jingchuan II: 16 maja 2016 roku o 17:53:50:454, ochrona różnicowa prądu fazy B została uruchomiona, a faza-różnicowa przestawiła fazy ABC po 790ms.

  • Panel ochrony wyłącznika 7522 PRS-721S: Wyłącznik 7522 przestawił fazę B. Nastąpiła akcja follow-up tripping. Po 0,6s wykonana została akcja reclosing, a następnie komunikowana była akcja three-trip. Po 0,15s nastąpiła awaria samego wyłącznika, a po 0,25s nastąpiła awaria sąsiednich wyłączników.

  • Panel ochrony wyłącznika 7520 PRS-721S: Wyłącznik 7520 przestawił fazę B. Nastąpiła akcja follow-up tripping, a wykonana została trójfazowa akcja follow-up tripping. Ponieważ reclosing wyłącznika 7520 miał opóźnienie 0,9s (aby reclosing odbywał się z uszkodzoną linią i zmniejszyć wpływ na jednostkę), reclosing nie nastąpił.

  • Panel ochrony wyłącznika 7512 PRS-721S: Wyłącznik 7512 przestawił trzy fazy, a czas powrotu kontaktów pozycji przestawienia trójfazowego wyniósł 1143ms.

  • Ekran ochrony matki I RCS-915E: 16 maja 2016 roku o 17:53:51:258, nastąpiła awaria szyny-linii.
    

  Badanie i sprawdzenie korpusu wyłącznika

  Skontaktowano się z Instytutem Energetycznym Ningxia, aby przeanalizować skład gazu SF₆ trójfazowych wyłączników 7522. Skład siarkowych związków w gazie SF₆ fazy B znacząco przekroczył normę. Zawartość produktów rozkładu w tej komorze była wysoka, co wskazuje na obecność wysokowydajnej częściowej dyschargi, która doprowadziła do rozkładu materiałów izolacji stałej, jak pokazano w Tabeli 1.

  

  Po zmierzeniu obwodu łamiącego wyłącznika B potwierdzono, że obwód był otwarty, co oznacza, że wyłącznik znajdował się w stanie otwartym. Instytut Energetyczny Ningxia przeprowadził testy czasu otwarcia i oporu obwodu faz A i C wyłącznika 7522, a wyniki testów były zgodne ze standardami.

  Rozmontowanie i inspekcja po awarii

  Dla wyłącznika 7522, gaz SF₆ w fazie B został uwolniony, podany był azot, a drzwi korpusu wyłącznika zostały otwarte. Wewnątrz znaleziono kurz (produkty rozkładu skoki elektryczne). Po przybyciu techników z fabryki ABB, rozmontowano izolator, a znalezione zostały 2 złamane elektrody. Złamane elektrody były połączone ze ścianką zewnętrzną. Łącznik i ruchomy kontakt pokazały wyraźne ślady ablacji, a mechanizm działania ruchomego kontaktu miał wyraźne produkty rozpadu. Sprawdzono działanie hydrauliczno-sprężynowego mechanizmu działania wyłącznika, który pracował prawidłowo.

  Analiza przyczyn
  Zasada gaszenia łuku

  Najlepszym momentem do gaszenia łuku przemiennego jest moment, gdy prąd łuku przechodzi przez zero co pół okresu. W okresie przekraczania zera prądem, łuk przechodzi przez 2 procesy odzyskiwania:

  • Proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej: Dzięki wzrostowi procesu dejonizacji, wytrzymałość dielektryczna między elektrodami łuku stopniowo odzyskuje swoje właściwości.

  • Proces odzyskiwania napięcia łuku: Napięcie zasilające jest ponownie przyłożone do styków. Napięcie łuku wzrasta od napięcia gaszenia do napięcia zasilania. Jeśli proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej jest szybszy niż proces odzyskiwania napięcia łuku, a amplituda procesu odzyskiwania napięcia łuku jest duża, proces odzyskiwania napięcia łuku będzie szybszy niż proces odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej, prowadząc do przebicia dielektryka między elektrodami, a łuk ponownie zapali. Jeśli proces odzyskiwania napięcia łuku zaczyna się przed rozpoczęciem procesu odzyskiwania wytrzymałości dielektrycznej, łuk również ponownie zapali.

  Podsumowanie

  Z połączeniem zapisu falowego urządzenia ochronnego CSL103, po ponownym zamknięciu fazy B wyłącznika 7522, ochrona wydała polecenie przestawienia trzech faz po 767 ms, a trzy fazy wyłącznika 7522 zostały całkowicie otwarte po 825 ms, z czasem działania 58 ms. W trakcie procesu gaszenia łuku w fazie B wyłącznika, fala prądu nie przekroczyła zera, a łuk nadal dostarczał prąd krótkiego zwarcia wewnątrz wyłącznika.

  Na podstawie analizy wydajności gaszenia gazu SF₆: pod wpływem łuku, gaz SF₆ absorbuje energię elektryczną i tworzy niskofluorowe związki. Jednak, kiedy prąd łuku przekracza zero, niskofluorowe związki mogą szybko ponownie połączyć się w gaz SF₆. Wytrzymałość dielektryczna luki odzyskuje się stosunkowo szybko. Ponieważ prąd łuku nie przekroczył zera, wydajność gaszenia gazu SF₆ spadła. W tym momencie tylko poprzez uruchomienie ochrony awarii wyłącznika można było przeciąć prąd awaryjny za pomocą sąsiedniego wyłącznika 7512. Czas od powrotu kontaktów pozycji przestawienia trójfazowego wyłącznika 7522 do powrotu kontaktów pozycji przestawienia trójfazowego wyłącznika 7512 wyniósł łącznie 317 ms, co wskazuje, że wysokowydajny łuk fazy B wyłącznika palił się przez 317 ms. Po otwarciu wyłącznika 7512, łuk został zgaszony.

  Podsumowując, ochrona linii i ochrona awarii wyłącznika w tym zdarzeniu działały prawidłowo, a wyłącznik przestawił się normalnie. Działania sprzętu pierwotnego i wtórnego były wszystkie poprawne. Dla fazy B wyłącznika 7522, z analizy składu gazu, istniała wysoka energia w komorze gaszenia, która była wystarczająca, aby zwiększyć ciśnienie gazu. Jednak prąd fazy 7522B nie przekroczył zera, a łuk nie został zgaszony. Ale zawór komory dolnej został otwarty, a nadmiar gazu został uwolniony z dołu, co mogło wynieść łuk i spalić izolator ruchomego kontaktu i kondensator rozdzielczy.

  Analiza przyczyn spalenia rezystora zamykania wyłącznika i przebicia osłony równoległej na zewnętrznej stronie rezystora

  Operacja wyłącznika jest przyczyną większości przetworów napięcia. Montaż rezystora zamykania może efektywnie ograniczyć przetwory napięcia podczas zamykania linii i ponownego zamykania jednofazowego. Używany w naszej firmie gazowy wyłącznik typu 550/800PMSF₆ produkcji firmy ABB ma rezystor zamykania składający się z ułożonych warstwowo płyt rezystorów krzemianowych. Według instrukcji producenta, pojemność cieplna rezystora zamykania jest następująca: przy czterech zamykaniach przy 1,3 razy napięciu fazowym nominalnym, czas pomiędzy pierwszymi dwoma zamykaniami wynosi 3 minuty, a czas pomiędzy ostatnimi dwoma zamykaniami wynosi 3 minuty; czas pomiędzy dwoma seriami testów (przed i po) nie przekracza 30 minut.

  Wyłącznik ma strukturę szeregową, składającą się z 3 głównych przestawień, 1 pomocniczego przestawienia i połączonego rezystora zamykania, jak pokazano na Rysunku 2. Główną cechą struktury szeregowej jest to, że podczas zamykania wyłącznika, pomocnicze przestawienie zamyka po głównym przestawieniu w komorze gaszenia, a podczas otwierania, pomocnicze przestawienie również oddziela po głównym przestawieniu w komorze gaszenia.

  To oznacza, że sekwencja działania pomocniczego przestawienia to późniejsze zamykanie i późniejsze otwieranie. Jego zasada działania jest następująca: podczas zamykania, główne przestawienie zamyka najpierw, tworząc obwód przewodzący szeregowo z rezystorem, a rezystor zamykania jest połączony. Po około 8-11 ms (według instrukcji producenta), tworzony jest obwód przewodzący przez kontakt zamykania pomocniczego, short-circuiting the closing resistor; 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.

  

  Analiza przyczyn działania ochrony awarii wyłącznika

  W ochronie awarii wyłącznika, kiedy element prądowy jest aktywowany i spełnia kryteria ochrony awarii, ochrona awarii zostanie uruchomiona, o ile otrzymane jest wejście sygnału przestawienia ochrony i odpowiadający prąd fazy jest większy niż 0,05 In.

  Jak można zauważyć w raportach 7522, od 775 ms, kiedy panel ochrony wyłącznika 7522 PRS-721S otrzymał sygnał wejściowy przestawienia trójfazowego z urządzenia ochronnego IRC-931BM linii Jingchuan II, do 925 ms, kiedy przestawił lokalny wyłącznik z powodu awarii, i do 1025 ms, kiedy przestawił sąsiedni wyłącznik z powodu awarii, z opóźnieniem 0,15 s do przestawienia lokalnego wyłącznika i 0,25 s do przestawienia sąsiedniego wyłącznika, co jest zgodne z logiką działania ochrony awarii, a ochrona działała poprawnie, jak pokazano na Rysunku 3. Na zapisie falowym widać, że choć kontakt pozycji przestawienia fazy B wyłącznika 7522 wrócił o 825 ms, nadal płynął prąd (łuk) między ruchomym i nieruchomym stykiem.

  

  Napiwek