Analiza kvarne stanje 750 kV spremnika tipa SF₆ sa stisnim plinom

Pojav greške
Informacije o grešci i način rada pre pojavljivanja greške

Dne 16. maja 2016. u 17:53:50, zaštitni uređaji dve skupine na liniji Jingchuan II su se uzastopno aktivirali. Odabrana je faza B za isključivanje, a faza B prekidača 7522 i 7520 je isključena. Zaštita prekidača 7522 je detektirala trajnu grešku na dvostrukom linijnom zaštitnom uređaju, sa kašnjenjem od 0,6s. Zatim su tri faze A, B i C prekidača 7522 isključene.

Tokom ovog procesa, zaštita od neuspeha faze B prekidača 7522 je aktivirala diferencijalnu zaštitu busa II, a prekidač 7512 je isključen, što je dovelo do isključivanja napajanja busa 750kV II. Način rada sistema pre pojavljivanja greške i radni uslovi jedinica prikazani su na Slici 1. Snaga jedinice #1 iznosila je 645MW, a snaga jedinice #2 iznosila je 602MW. Linije Jingchuan I i II su normalno radile. Šema povezivanja step-up podstacione bila je 3/2 povezivanje, a step-up podstacija je radila u zatvorenom prstenu.

Situation s inspekcijom greške
Na - mestna vizuelna inspekcija

Na - mestna inspekcija prekidača 7522 pokazala je da su mehanički pokazivači otvaranja/zatvaranja faza A/B/C ukazivali na položaj otvoren, to jest na "0" poziciju. Hidraulička operativna struktura je bila u položaju stisnutog vodika. Za prekidač WB - 2C, faze A/B/

Za fazu C, na - mestna inspekcija panela operativne kutije pokazala je da je crvena svetla TWJ indikatora bila upaljena. Tlak SF₆ gasa faza A/B/C prekidača bio je 0,62MPa (relativni tlak), a nisu bile uočene očigledne anomalije na prekidaču 7522.

Informacije o akciji zaštite

• Zaštitni uređaj IRCS - 931BM linije Jingchuan II: Dne 16. maja 2016. u 17:53:50:404, diferencijalna zaštita faze B je delovala. Diferencijalna zaštita je isključila faze A, B i C u 767ms, a kontakti položaja isključivanja faza A, B i C su se vratili u 825ms.

• Zaštitni uređaj IICS - 103C linije Jingchuan II: Dne 16. maja 2016. u 17:53:50:454, diferencijalna zaštita faze B je delovala, a diferencijalna zaštita je isključila faze ABC u 790ms.

• Zaštitni ekran prekidača 7522 PRS - 721S: Prekidač 7522 je isključio fazu B. Došlo je do sledbenog isključivanja. Nakon 0,6s, izvršena je akcija ponovnog zatvaranja, a komunikovan je trostruki isključivanje. Nakon 0,15s, došlo je do isključivanja prekidača zbog neuspeha, a nakon 0,25s, došlo je do isključivanja susednih prekidača zbog neuspeha.

• Zaštitni ekran prekidača 7520 PRS - 721S: Prekidač 7520 je isključio fazu B. Došlo je do sledbenog isključivanja, a izvršeno je trostruko sledbeno isključivanje. Budući da je ponovno zatvaranje prekidača 7520 imalo kašnjenje od 0,9s (ponovno zatvaranje sa greškom na liniji i smanjenje uticaja na jedinicu), ponovno zatvaranje nije delovalo.

• Zaštitni ekran prekidača 7512 PRS - 721S: Prekidač 7512 je isključio sve tri faze, a vreme povratka kontakata položaja isključivanja tri faze iznosilo je 1143ms.

• Zaštitni ekran matične zaštite II RCS - 915E: Dne 16. maja 2016. u 17:53:51:258, došlo je do isključivanja busa-linije zbog neuspeha.
  

Ispitivanje i kontrola tela prekidača

Kontaktirana je Istraživačka institucija električne energije Ningxia kako bi analizirala komponente SF₆ gasa tri faze prekidača 7522. Sumporski spojevi u SF₆ gasu faze B su značajno premašili standard. Sadržaj proizvoda dekompozicije u ovoj plinovitoj komori bio je visok, što ukazuje na prisustvo visokoenergetskog lokalnog ispuštanja, što je dovelo do dekompozicije čvrstih izolacionih materijala, kao što je prikazano u Tabeli 1.

Nakon merenja kola prekidnice B, potvrđeno je da je kolo otvoreno, što ukazuje da je prekidač bio u stanju otvorene veze. Istraživačka institucija električne energije Ningxia je testirala vreme otvaranja i otpornost kola faza A i C prekidača 7522, a rezultati testiranja su bili u skladu sa standardima.

Razbijanje i kontrola nakon greške

Za prekidač 7522, ispušten je SF₆ gas unutar faze B, propljačen je azot, a vrata tela prekidača su otvorena. Pronađena je prašina (proizvodi dekompozicije arkova) unutar. Nakon dolaska tehničara iz ABB fabrike, dislocirana je izolatora, a pronađena su dva slomljenih elektroda. Slomljeni elektrodi su bili povezani sa spoljnim zidom. Spojna štapica i pokretni kontakt su pokazali očigledne oznake ablacije, a mehanizam pokretnog kontakta je pokazao očigledne oznake taloženja i dekompozicije. Kontrolisan je mehanizam hidrauličko-vodonikovog operativnog strukture prekidača i utvrđeno je da normalno funkcioniše.

Analiza uzroka
Princip ugasevanja arkova

Najbolje vreme za gašenje AC arka je kada tok arka prolazi kroz nulu svakih poluperioda. Tokom perioda nule toka, arka se odvija 2 procesa oporavka:

• Proces oporavka dielektričke čvrstoće: Zbog jačanja procesa deionizacije, dielektrična čvrstoća između elektroda arka postepeno se oporavlja.

• Proces oporavka napona arka: Naponski izvor ponovo primenjuje napon na kontakte. Napon arka se penje od naponske vrijednosti gašenja arka do naponske vrijednosti izvora. Ako je proces oporavka dielektričke čvrstoće brži od procesa oporavka napona arka, i amplituda procesa oporavka napona arka je velika, proces oporavka napona arka će biti brži od procesa oporavka dielektričke čvrstoće, što će dovesti do rušenja dielektričke čvrstoće između elektroda, a arka će se ponovo zapaliti. Ako proces oporavka napona arka počne pre nego što počne proces oporavka dielektričke čvrstoće, arka će se ponovo zapaliti.

Zaključak

U kombinaciji sa zabeleženim valovitim oblikom CSL103 zaštitnog uređaja, nakon ponovnog zatvaranja faze B prekidača 7522, zaštita je emitirala naredbu za isključivanje tri faze u 767 ms, a sve tri faze prekidača 7522 su potpuno isključene u 825 ms, sa vremenom akcije od 58 ms. Tijekom procesa gašenja arka prekidača faze B, valoviti oblik toka nije prelazio kroz nulu, a arka je nastavila da pruža kratak tok unutar prekidača.

Prema analizi performansi gašenja SF₆ gasa: pod dejstvom arka, SF₆ gas apsorbira električnu energiju i generiše niske fluoruri. Međutim, kada tok arka prelazi kroz nulu, niske fluori mogu brzo rekonstruisati u SF₆ gas. Dielektrična čvrstoća raskora arka relativno brzo se oporavlja. Budući da tok arka nije prelazio kroz nulu, performanse gašenja SF₆ gasa su se smanjile. U tom trenutku, samo aktiviranjem zaštite od neuspeha prekidača može susedni prekidač 7512 prekinuti grešku toka. Vreme od povratka kontakata položaja isključivanja tri faze prekidača 7522 do povratka kontakata položaja isključivanja tri faze prekidača 7512 iznosilo je ukupno 317 ms, što ukazuje da je visokoenergetski arka faze B goreo 317 ms. Nakon što je prekidač 7512 isključen, arka je ugašen.

U zaključku, u ovom događaju su oba zaštitna uređaja, zaštita linije i zaštita od neuspeha prekidača, normalno delovali, a prekidač je normalno isključen. Akcije primarnog i sekundarnog opreme bile su ispravne. Za fazu B prekidača 7522, prema analizi sastava gasa, prisutan je bio visoko intenzivni energetski tok u komori za gašenje arka, koji je bio dovoljan da poveća pritisak gasa. Međutim, tok faze 7522B nije prelazio kroz nulu, a arka nije ugašen. Ali je ventil donje kompresione komore bio otvoren, a prekomerni gas je ispušten sa donje strane, što može nositi arku van i sagorjeti izolacionu vezu pokretnog kontakta i shunt kapacitora.

Analiza uzroka sagorijevanja otpornosti zatvaranja prekidača i probijanja ravnomernog štitnog pokrova na spoljnoj strani otpornosti

Rad prekidača je uzrok većine prenapona pri prebacivanju. Instalacija otpornosti zatvaranja može efikasno ograničiti prenapone tijekom zatvaranja linije i jednofaznog ponovnog zatvaranja. SF₆ gasni prekidač proizveden od strane kompanije ABB, koji koristi naša kompanija, ima otpornost zatvaranja sastavljenu od slojeva silicij umanjenih otpornih ploča. Prema uputstvu proizvođača, toplotna kapacitet otpornosti zatvaranja je sledeći: kada se zatvori 4 puta na 1,3 puta nominalni fazonapon, vreme između prvih dva puta je 3 minuta, a vreme između poslednjih dva puta je 3 minuta; vreme između dve grupe testova (ispred i iza) ne treba da premaši 30 minuta.

Prekidač ima serijalnu strukturu prekida, koja se sastoji od 3 glavnih prekida, 1 pomoćnog prekida i kombinovane otpornosti zatvaranja, kao što je prikazano na Slici 2. Glavna karakteristika serijalne strukture prekida je ta da, tijekom operacije zatvaranja prekidača, pomoćni prekid zatvara nakon glavnog prekida u komori za gašenje arka, a tijekom operacije otvaranja, pomoćni prekid takođe razdvaja nakon glavnog prekida u komori za gašenje arka.

To jest, redosled akcija pomoćnog prekida je kasnije zatvaranje i kasnije otvaranje. Njegov princip rada je sledeći: tijekom zatvaranja, prvo se zatvara glavni prekid, formirajući tok kroz otpornost, a otpornost zatvaranja se povezuje. Nakon oko 8-11 ms (prema uputstvu proizvođača), formira se tok kroz kontakt zatvaranja pomoćnog prekida, kraćući otpornost zatvaranja; tijekom otvaranja, prvo se razdvaja glavni prekid, otvarajući glavnu petlju toka, a zatim se razdvaja pomoćni prekid.

Stoga, pomoćni prekid nosi nominalni tok i tok kratkog spoja tijekom otvaranja. Nakon mehaničkog otvaranja faze B, otpornost zatvaranja je povezana sa kružnim putem. Budući da je arka između prekida faze B trajala 317 ms kroz otpornost zatvaranja, a tok arka je bio oko 1620 A, prema izračunavanju, toplotna kapacitet koju je otpornost zatvaranja prenosila je veći od njegove nominalne kapaciteta. To je dovelo do prekomerne toplotne kapacitete veze između otpornosti zatvaranja i pomoćnog prekida, što je krajnje dovelo do taloženja, ispuštanja na spoljnu stranu gradacije, što je dovelo do probijanja gradacije i crne boje otpornosti.

Analiza uzroka aktiviranja zaštite od neuspeha prekidača

U zaštiti od neuspeha prekidača, kada je element toka aktiviran i ispuni kriterijume zaštite od neuspeha, zaštita od neuspeha će biti aktivirana ako je primljena ulazna naredba za isključivanje zaštite i odgovarajući fazon tok je veći od 0,05 In.

Kao što se može videti iz izveštaja 7522, od 775 ms kada je zaštitni uređaj PRS - 721S zaštitnog ekrana prekidača 7522 primio ulazni signal za isključivanje tri faze od zaštitnog uređaja IRC - 931BM zaštite linije Jingchuan II, do 925 ms kada je isključio lokalni prekidač zbog neuspeha, do 1025 ms kada je isključio susedni prekidač zbog neuspeha, sa kašnjenjem od 0,15 s za isključivanje lokalnog prekidača i 0,25 s za isključivanje susednog prekidača, što je u skladu sa logikom rada zaštite od neuspeha, i zaštita je ispravno delovala, kao što je prikazano na Slici 3. U oscilogramu se može videti da iako se kontakt položaja isključivanja faze B 7522 vratio u 825 ms, još je tekao tok (arka) između pokretnog i nepokretnog kontakta.

Zaključci

• Zbog teške deformacije greškog toka, valoviti oblik se pomjerio na nižu stranu vremenske osi. Činjenica da valoviti oblik nije prelazio kroz nulu unutar efektivnog vremena gašenja arka prekidača bila je glavni razlog neugašenju arka. Neuspjeh oporavka izolacije raskora nakon otvaranja prekidača i pad performansi gašenja SF₆ gasa bili su sekundarni razlozi neugašenju arka.

• Neugašenje arka i ispuštanje preostalog gasa iz komore za gašenje arka, koje je nosilo arku, bili su glavni razlozi crne boje izolacione vezu i spoljne strane kondenzatora.

• Nakon mehaničkog otvaranja faze B, otpornost zatvaranja je povezana sa kružnim putem. Budući da je arka između prekida faze B trajala 317 ms kroz otpornost zatvaranja, toplotna kapacitet je dovela do taloženja veze između otpornosti zatvaranja i pomoćnog prekida, što je krajnje dovelo do taloženja, ispuštanja na spoljnu stranu gradacije, što je dovelo do probijanja gradacije i crne boje otpornosti.

• Prisustvo toka arka u fazi B i njegovo ispunjavanje logike rada zaštite od neuspeha prekidača bili su glavni razlozi isključivanja busa.