Analiza odpovedi preklopnika s stlačenim plinom SF₆ v navedku na 750 kV

Neuspešek
Poročilo o neuspešku in operativni način delovanja pred neuspeškom

Dne 16. maja 2016 ob 17:53:50 sta se zaporedno aktivirali zaščitni napravi dveh sklopov na liniji Jingchuan II. Izbrana je bila faza B za preklop, odpreta pa so bila faza B veznikov 7522 in 7520. Zaščita veznika 7522 je zaznala stalno napako v dvojno črtnem napravnem zaščitnem sistemu s zamikom 0,6s. Nato so tri faze veznika 7522 izvedle preklop.

Med tem procesom je zaščita neuspeška faze B veznika 7522 aktivirala diferencialno zaščito busa II, odprt pa je bil veznik 7512, kar je povzročilo odrez 750kV busa II. Operativni način sistema in stanje enot pred neuspeškom so prikazani na Sliki 1. Aktivna moč enote #1 je bila 645MW, enote #2 pa 602MW. Linija Jingchuan I in II sta delovali normalno. Shema povezave napajalne postaje je bila 3/2 povezava, napajalna postaja pa je delovala v zaprti zanke.

Stanje pregleda napake
Vizualni pregled na mestu

Pregled veznika 7522 na mestu je pokazal, da mehanski kazalniki odpiranja/zapiranja faz A/B/C kažejo odprto položaj, ki je "0" položaj. Hidravlična operativna struktura je bila v položaju pritiska spirale. Za veznik WB - 2C so fazo A/B/

Za fazo C je prikazanega panela operacijskega okvirja na mestu pokazal, da je rdeča luč TWJ indikatorja bila vključena. Tlak SF₆ plina v fazah A/B/C veznikov je bil 0,62MPa (relativni tlak), ni pa bilo opaznih anomalij veznika 7522.

Informacije o dejanju zaščite

• Zaščitni napravi IRCS - 931BM za linijo Jingchuan II: Dne 16. maja 2016 ob 17:53:50:404 je delovalo diferencialno strujno varnostno znanostno dejstvo faze B. Diferencialno strujno varnostno znanstveno dejstvo je preklopilo faze A, B in C po 767ms, vrnili pa so se kontakti preklopnih pozicij faz A, B in C po 825ms.

• Zaščitni napravi IICS - 103C za linijo Jingchuan II: Dne 16. maja 2016 ob 17:53:50:454 je delovalo diferencialno strujno varnostno znanstveno dejstvo faze B, preklop faza ABC pa je bil po 790ms.

• Zaščitni ekran veznika 7522 PRS - 721S: Veznik 7522 je preklopljen v fazi B. Sledilo je nadaljnje dejanje preklopa. Po 0,6s je bilo izvedeno dejanje ponovnega zapiranja, komunikirano pa je bilo dejanje trikratnega preklopa. Po 0,15s je sledil samodejni preklop veznika, po 0,25s pa preklop sosednjih veznikov.

• Zaščitni ekran veznika 7520 PRS - 721S: Veznik 7520 je preklopljen v fazi B. Sledilo je nadaljnje dejanje preklopa, izveden pa je bil trikratni preklop. Ker je bilo ponovno zapiranje veznika 7520 odlašano za 0,9s (za ponovno zapiranje z defektne linije in zmanjšanje vpliva na enoto), ni bilo izvedeno ponovno zapiranje.

• Zaščitni ekran veznika 7512 PRS - 721S: Veznik 7512 je preklopljen v treh fazah, vrnil pa so se kontakti preklopnih pozicij treh faz po 1143ms.

• Zaščitni ekran maternega busa II RCS - 915E: Dne 16. maja 2016 ob 17:53:51:258 je došlo do preklopa bus-linije zaradi neuspeška.
  

Preverjanje in pregled telesa veznika

Kontaktirali smo Elektrotehniški inštitut Ningxia, da analizira sestavine SF₆ plina v treh fazah veznika 7522. Sulfuristi sestavki v SF₆ plinu faze B so bistveno presegli standard. Vsebnost razgraditvenih produktov v tej plinskih prostorih je bila visoka, kar kaže na prisotnost visokoenergičnega lokalnega razboja, ki je vodil do razgradnje trdnih izolacijskih materialov, kot je prikazano v Tabeli 1.

Po merjenju prekinitve veznice faze B veznika 7522 je bilo potrjeno, da je zanka odprta, kar kaže, da je veznik bil v odprtem stanju. Elektrotehniški inštitut Ningxia je izvedel preizkuse časa odpiranja in upornosti zanke faz A in C veznika 7522, rezultati pa so bili v skladu s standardi.

Razbiralni pregled po neuspešku

Za veznik 7522 je bil SF₆ plin unutarnje faze B izpuščen, proplavljen pa je bil dušik, odprt pa je bil vrat veznika. Znotraj je bil najden prah (razgraditveni produkti luka). Po prihodu tehnikov iz ABB tovarne je bil razbit izolator, pri čemer je bilo najdenih 2 razbitih elektrod. Razbite elektrode so bile povezane s zunanjim stenom. Povezovalna palica in gibljivi kontakt so imela očitne znake ablacije, gibanje gibljivega kontakta pa je imelo očitne znake taljenja in razgradnje. Preverjanje operativnega mehanizma hidravličnega spiralnega operativnega sistema veznika je pokazalo, da deluje normalno.

Analiza vzrokov
Načelo ugasnjenja luka

Najboljši čas za ugasnjenje AC luka je, ko tok luka preide skozi nič vsak pol cikla. Med obdobjem prehoda skozi nič tok luka preteče dva procesa obnove:

• Proces obnove dielektrične trdnosti: Zaradi pospešenega procesa deionizacije se dielektrična trdnost med lukovimi elektrodami postopoma obnovi.

• Proces obnove napetosti luka: Napetost virja je ponovno uporabljena na kontaktih. Napetost luka narašča od ugasnjalne napetosti do napetosti virja. Če je proces obnove dielektrične trdnosti hitrejši od procesa obnove napetosti luka in amplituda procesa obnove napetosti luka velika, bo proces obnove napetosti luka hitrejši od procesa obnove dielektrične trdnosti, kar bo vodilo do razbitja dielektrika med elektrodami in ponovnega zajetja luka. Če se začne proces obnove napetosti luka pred začetkom procesa obnove dielektrične trdnosti, bo luka ponovno zajeta.

Zaključek

Skupaj z zapisom valovne oblike zaščitnega naprava CSL103, po ponovnem zapiranju faze B veznika 7522, je zaščita izdala ukaz za trikratni preklop po 767 ms, vendar so vse tri faze veznika 7522 bile popolnoma odprte po 825 ms, s časom dejanja 58 ms. Med procesom ugasnjenja luka faze B veznika ni bilo prehoda skozi nič, luka pa je še naprej zagotavljala kratkopojasni tok znotraj veznika.

Glede na analizo lastnosti ugasnjenja SF₆ plina: pod vplivom luka SF₆ plin absorbuje električno energijo in ustvari nize fluoristi spojine. Ko tok luka preide skozi nič, se nize fluoristi spojine lahko hitro rekonstruirajo v SF₆ plin. Dielektrična trdnost lukovnega presledka se obnovi relativno hitro. Ker tok luka ni prešel skozi nič, so se lastnosti ugasnjenja SF₆ plina zmanjšale. V tem času je bilo mogoče ugasniti luko le s aktivacijo zaščite neuspeška veznika, ki je preklopila sosednji veznik 7512 in odrezala defektni tok. Čas od vračanja kontaktov preklopnih pozicij trih faz veznika 7522 do vračanja kontaktov preklopnih pozicij trih faz veznika 7512 je bil skupaj 317 ms, kar kaže, da je visokoenergični luka faze B veznika gorel 317 ms. Po odprtju veznika 7512 je luka ugasnjen.

Zaključno, v tem dogodku so delovali tako zaščitni napravi za linijo kot tudi zaščita neuspeška veznika, veznik pa je preklopljen normalno. Dejanja primarne in sekundarne opreme so bila vse pravilna. Za fazo B veznika 7522, glede na analizo sestave plina, je bila v lukovnem prostoru visokointenzivna energija, dovolj za povečanje tlaka plina. Vendar tok faze B veznika 7522 ni prešel skozi nič, luka pa ni bila ugasnjena. Kljub temu je bil ventil spodnjega stisnega prostora odprt, presežen plin pa je bil izpuščen spodaj, kar bi lahko nosil luko in jo zgorelo v izolacijsko vezico gibljivega kontakta in shunt kapacitorja.

Analiza vzrokov za zgorel zapor za zapiranje veznika in razbitje enomerne ščitne pokrovnice na zunanjem delu upornosti

Operacija veznika je vzrok večine preklopnih pretokov. Namestitev zapora za zapiranje lahko učinkovito omeji preklopne pretoke med zapiranjem linije in enofaznim ponovnim zapiranjem. 550/800PMSF₆ plinsko blazeni veznik, izdelan od podjetja ABB, uporabljen v naši družbi, ima zapirni zapor, sestavljen iz stroskih silicičnih upornikov. Glede na navodila proizvajalca je toplotna kapaciteta zapora za zapiranje naslednja: pri zapiranju 4-krat pri 1,3-krat nominalni fazi napetosti, časovni interval med prvimi dvema zapiranjema je 3 minute, časovni interval med zadnjima zapiranjema pa je 3 minute; časovni interval med dvema skupinama testov (pred in za) ne presega 30 minut.

Veznik ima serijno strukturo prekinitve, ki se sestoji iz 3 glavnih prekinitev, 1 pomočne prekinitev in kombiniranega zapora za zapiranje, kot je prikazano na Sliki 2. Glavna značilnost serijne prekinitve je, da med operacijo zapiranja veznika zapira pomočna prekinitva po glavni prekinitvi v lukovnem prostoru, med operacijo odpiranja pa se loči pomočna prekinitva po glavni prekinitvi v lukovnem prostoru.

To pomeni, da je zaporedje dejanj pomočne prekinitve kasnejše zapiranje in kasnejše odpiranje. Njegov delovni princip je naslednji: med zapiranjem se najprej zapira glavna prekinitva, tvori se tokovna zanka, povezana z upornostjo, in zapirni zapor je povezan. Po približno 8-11 ms (glede na navodila proizvajalca) se tvori tokovna zanka preko zapirnega kontakta pomočne prekinitve, ki krajša zapirni zapor; med odpiranjem se najprej loči glavna prekinitva, odpre glavno tokovno zanko, nato pa se loči pomočna prekinitva.

Torej, pomočna prekinitva nosi nominalni tok in kratkopojasni tok med odpiranjem. Po mehanskem odpiranju faze B je zapirni zapor bil povezan s zanko. Ker je luka med prekinitvama faze B trajala 317 ms skozi zapirni zapor, in tok luka je bil približno 1620 A, glede na izračun je toplotna kapaciteta, ki jo je prenesel zapirni zapor, presegla njegovo nominalno kapaciteto. To je vodilo do preseganja toplotne kapacitete povezave med zapirnim zaporom in pomočno prekinitvo, končno pa do taljenja, izpuščanja na zunajnjo steno gradnega kolaca, kar je povzročilo razbitje gradnega kolaca in črno barvo upornika.

Analiza vzrokov za delovanje zaščite neuspeška veznika

V zaščiti neuspeška veznika, ko je aktiviran element toka in izpolnjeni so kriteriji za neuspešek, bo zaščita neuspeška veznika aktivirana, če je prejeto vhodno sporočilo za preklop zaščite in odgovarjajoči tok faze večji od 0,05 In.

Iz poročil 7522 je videti, da od 775 ms, ko je zaščitni ekran veznika 7522 PRS - 721S prejel vhodni signal za trikratni preklop iz zaščitnega naprava IRC - 931BM za zaščito linije Jingchuan II, do 925 ms, ko je preklopil krajevni veznik zaradi neuspeška, in do 1025 ms, ko je preklopil sosednji veznik zaradi neuspeška, s zamikom 0,15 s za preklop krajevnega veznika in 0,25 s za preklop sosednjega veznika, kar je v skladu z logiko delovanja zaščite neuspeška, in zaščita je delovala pravilno, kot je prikazano na Sliki 3. Na oscilogramu je videti, da čeprav je kontakt preklopnih pozicij faze B veznika 7522 vrnil po 825 ms, je še vedno tok (luka) tekla med gibljivim in statičnim kontaktom.

Zaključki

• Zaradi hudega preoblikovanja defektnega toka se je valovna oblika premaknila na spodnji del časovne osi. Ta dejstvo, da valovna oblika ni prešla skozi nič v učinkovitem času ugasnjenja veznika, je bil glavni vzrok, da luka ni bila ugasnjena. Neuspeh obnove izolacije presledka po odprtju veznika in padec lastnosti ugasnjenja SF₆ plina sta bila sekundarni vzroki, da luka ni bila ugasnjena.

• Neuspeh ugasnjenja luke in izpuščanje presežnega plina iz lukovnega prostora, ki je nosil luko, sta bila glavna vzroka za črno barvo izolacijske vezice in zunanjega stena kapacitorja.

• Po mehanskem odpiranju faze B je bil zapirni zapor povezan s zanko. Ker je luka med prekinitvama faze B tekel skozi zapirni zapor 317 ms, je toplotna kapaciteta povzročila razbitje povezave med zapirnim zaporom in pomočno prekinitvo, končno pa do taljenja, izpuščanja na zunajnjo steno gradnega kolaca, kar je povzročilo razbitje gradnega kolaca in črno barvo upornika.

• Prisotnost toka luke v fazi B in njegova skladnost s logiko delovanja zaščite neuspeška veznika sta bila glavna vzroka za preklop busa.