Analys av fel hos en 750 kV tanktyp SF₆ komprimerad gasbrytare

Felaktigt beteende
Information om felet och driftläge före fel

Klockan 17:53:50 den 16 maj 2016 aktiverades skyddsutrustningen för två uppsättningar på Jingchuan II-linjen i tur och ordning. Fas B valdes för koppling avbrott, och fas B av brytare 7522 och 7520 öppnades. Skyddet för brytare 7522 upptäckte ett permanent fel i tvåledningslinjens skyddsuppsättning med en fördröjning på 0,6 sekunder. Därefter kopplades faserna ABC av brytare 7522.

Under denna process aktiverade skyddet mot fel för fas B av brytare 7522 differensskyddet för Bus II, och brytare 7512 öppnades, vilket ledde till strömavbrott i 750kV Bus II. Driftläget före felet och enhetsdriftsstatus visas i figur 1. Effektiv effekt för enhet #1 var 645MW, och för enhet #2 var 602MW. Jingchuan I och II-linjer fungerade normalt. Uppkopplingsstationens kabelförbindelse var 3/2-kabelförbindelse, och uppkopplingsstationen fungerade i en sluten slinga.

Felinspekteringsituation
Platsvisuell inspektion

En platsinspektion av brytare 7522 visade att mekaniska öppna/stänga indikatorer för faser A/B/C indikerade öppen position, vilket var vid "0"-positionen. Hydrauliska drivsystemet var i fjäderkomprimeringsposition. För WB-2C-brytaren, faser A/B/

För fas C, visade platsinspektion av operatörspanelen att röda ljuset för TWJ-indikatorn var tänd. SF₆-gasens tryck för faser A/B/C av brytare var 0,62MPa (relativt tryck), och det fanns inga uppenbara avvikelser i brytare 7522.

Skyddshandlingsinformation

• Jingchuan II-linjes skydd IRCS-931BM-skyddsenhet: Klockan 17:53:50:404 den 16 maj 2016 aktiverades fas B:s strömdifferensskydd. Strömdifferensskyddet kopplade av faser A, B och C efter 767ms, och kopplingspositionskontakterna för faser A, B och C återgick efter 825ms.

• Jingchuan II-linjes skydd IICS-103C-skyddsenhet: Klockan 17:53:50:454 den 16 maj 2016 aktiverades fas B:s strömdifferensskydd, och fas-differens kopplade av faser ABC efter 790ms.

• Brytare 7522-skyddsskärm PRS-721S-skyddsenhet: Brytare 7522 kopplade av i fas B. Efterföljande kopplingshandling utfördes. Efter 0,6s utfördes återkopplingshandlingen, och tre-fas kopplingshandling kommunikerades. Efter 0,15s inträffade brytarens egen felkoppling, och efter 0,25s inträffade grannbrytarens felkoppling.

• Brytare 7520-skyddsskärm PRS-721S-skyddsenhet: Brytare 7520 kopplade av i fas B. Efterföljande kopplingshandling utfördes, och tre-fas efterföljande kopplingshandling utfördes. Eftersom återkoppling av brytare 7520 hade en fördröjning på 0,9s (för återkoppling med felaktig linje och minskning av inverkan på enheten) utfördes inte återkopplingen.

• Brytare 7512-skyddsskärm PRS-721S-skyddsenhet: Brytare 7512 kopplade av i tre faser, och återgångstiden för tre-fas kopplingspositionskontakterna var 1143ms.

• Bus II-mor-skydd I-skärm RCS-915E-skyddsenhet: Klockan 17:53:51:258 den 16 maj 2016 inträffade buslinjens felkoppling.
  

Brytarkroppstest och inspektion

Ningxia Electric Power Research Institute kontaktades för att analysera SF₆-gaskomponenterna för de trefasiga brytarna 7522. Svavelkomposanterna i SF₆-gasen för fas B översteg allvarligt standarden. Innehållet av nedbrytningsprodukter i denna gaschamber var högt, vilket indikerade närvaron av högenergi-delström, vilket ledde till nedbrytning av fasta isolerande material, som visas i tabell 1.

Efter mätning av brytare B:s brytningsslinga bekräftades att slingan var öppen, vilket indikerade att brytaren varit i öppen slinga. Ningxia Electric Power Research Institute genomförd test av öppningstid och kretsresistans för faser A och C av brytare 7522, och testresultaten stämde överens med standarderna.

Avmontering och inspektion efter felet

För brytare 7522 tömdes SF₆-gasen i fas B, spädes ut med kväve, och brytardörren öppnades. Stoft (bågnedbrytningsprodukter) hittades innuti. När ABB-fabriks tekniker anlände monterades isolatorn av, och 2 trasiga elektroder hittades. De trasiga elektroderna var anslutna till yttre vägg. Kopplingsstaven och rörlig kontakt visade uppenbara nedbrytningsmärken, och rörlig kontakt driftmekanism hade uppenbara smältning nedbrytningsprodukter. Driftmekanismen för brytarens hydrauliska fjäderdrivsystem kontrollerades och fungerade normalt.

Orsaksanalys
Bågningsprincip

Den optimala tiden för att släcka en växelströmbåge är när bågeströmmen passerar noll varje halvcykel. Under perioden för ström nollövergång undergår bågen två återhämtningsprocesser:

• Dielektrisk styrka återhämtningsprocess: På grund av förstärkning av avioniseringsprocessen återhämtar dielektrisk styrka mellan bågelektroder gradvis.

• Bågespanningsåterhämtningsprocess: Strömförsörjningsspänning appliceras igen på kontakter. Bågespanningen stiger från bågesläckningsspänning till strömförsörjningsspänning. Om dielektrisk styrka återhämtningsprocess är snabbare än bågespanningsåterhämtningsprocess, och amplituden av bågespanningsåterhämtningsprocess är stor, kommer bågespanningsåterhämtningsprocess vara snabbare än dielektrisk styrka återhämtningsprocess, vilket leder till brytning av dielektrik mellan elektroder, och bågen tänder igen. Om bågespanningsåterhämtningsprocess börjar innan dielektrisk styrka återhämtningsprocess börjar, kommer bågen tända igen.

Slutsats

Tillsammans med CSL103-skyddsenhetens felregistreringsvågform, efter att fas B av brytare 7522 återkopplades, gav skyddet ett tre-fas kopplingskommando efter 767 ms, och de tre faserna av brytare 7522 öppnades fullständigt efter 825 ms, med en handlings tid på 58 ms. Under bågesläckningsprocessen för fas B-brytare, strömvågformen korsade inte noll, och bågen fortsatte att ge kortslutningsström inuti brytaren.

Enligt analys av bågesläckningsprestanda för SF₆-gas: under bågens verkan absorberar SF₆-gas elektrisk energi och genererar lågfluorkomposanter. Men när bågesträmmen korsar noll kan lågfluorkomposanter snabbt återkombinera till SF₆-gas. Dielektrisk styrka av bågklyftan återhämtar relativt snabbt. Eftersom bågesträmmen inte korsade noll, sjönk bågesläckningsprestanda för SF₆-gas. I detta fall, endast genom att aktivera brytarens felkoppling kunde grannbrytare 7512 skära av felströmmen. Tiden från tre-fas kopplingspositionskontakten för brytare 7522 återgick till tre-fas kopplingspositionskontakten för brytare 7512 återgick var totalt 317 ms, vilket indikerade att högenergi bågen för fas B-brytare brann i 317 ms. Efter att brytare 7512 öppnades, släcktes bågen.

Sammanfattningsvis, både linjeskydd och brytarens felkoppling fungerade normalt i detta händelse, och brytare kopplade av normalt. Åtgärder av primär- och sekundärutrustning var alla korrekta. För fas B av brytare 7522, från gas sammansättning analys, fanns det högintensitet energi i bågesläckningskammaren, vilket var tillräckligt för att öka gastrycket. Men strömmen för 7522B-fas korsade inte noll, och bågen släcktes inte. Men ventilen för nedre komprimeringskammaren hade öppnats, och överflödsgasen avlopp från nedre del, vilket kanske bar bort bågen och brände ut isoleringsspännaren för rörlig kontakt och shunt-kondensator.

Analys av orsaker till brytarens stängningsmotståndets bränning och brytning av jämn skärm på yttre sida av resistansen

Driften av brytaren är orsaken till de flesta växlingsöver-spänningar. Installation av stängningsmotstånd kan effektivt begränsa över-spänningar under linjestängning och ensidig återkoppling. 550/800PMSF₆ gas-stöt brytare tillverkad av ABB Company används i vårt företag har ett stängningsmotstånd bestående av staplade siliciumkarbid motståndsplattor. Enligt tillverkarens instruktionsmanual är värme kapaciteten av stängningsmotståndet som följer: vid stängning 4 gånger vid 1,3 gånger nominella fas spänning, tidsintervallet mellan de två första gångerna är 3 minuter, och tidsintervallet mellan de två sista gångerna är 3 minuter; tidsintervallet mellan de två grupperna av tester (fram och bak) överskrider inte 30 minuter.

Brytaren har en serie-typ bryt-struktur, som består av 3 huvud bryt, 1 hjälp bryt, och en kombinerad stängningsmotstånd, som visas i figur 2. Huvuddraget med serie-typ bryt är att under stängningsdrift av brytaren, hjälp bryt stängs efter huvud bryt i bågesläckningskammaren, och under öppningsdrift, hjälp bryt separeras också efter huvud bryt i bågesläckningskammaren.

Det vill säga, hjälp bryts handlingssekvens är stäng senare och öppna senare. Dess arbetsprincip är som följer: under stängning, huvud bryt stängs först, bildar en strömförande slinga i serie med motstånd, och stängningsmotståndet är anslutet. Efter ungefär 8-11 ms (enligt tillverkarens instruktionsmanual), bildas en strömförande slinga genom stängningskontakten av hjälp bryt, kortslutar stängningsmotståndet; under öppning, huvud bryt avkopplas först, öppnar huvud strömslinga, och sedan separeras hjälp bryt.

Därför, hjälp bryt bär nominell ström och kortslutningsström under öppning. Efter fas B mekanisk öppning, anslöts stängningsmotståndet till kretsen. Eftersom bågen mellan fas B bryt lät strömma genom stängningsmotståndet i 317 ms, och bågesträmmen var ungefär 1620 A, enligt beräkning, värme kapaciteten som bär stängningsmotståndet var större än dess nominell kapacitet. Detta ledde till övergräns värme kapaciteten av kopplingsringen mellan stängningsmotståndet och hjälp bryt, slutligen ledde till smälta, utsläpp till yttre vägg gradningsring, resulterade i brytning av gradningsringen och svartning av motståndet.

Analys av orsaker för drift av brytarens felkopplingsskydd

I brytarens felkopplingsskydd, när strömelementet aktiveras och uppfyller felkopplingsskyddskriterier, kommer felkopplingsskyddet att initieras så länge skyddets kopplingsinmatning tas emot och motsvarande fasström är större än 0,05 In.

Som syns från rapporterna för 7522, från 775 ms när PRS-721S-skyddsenheten för 7522-brytarens skyddspanel tog emot tre-fas kopplingsignalinmatningen från IRC-931BM-skyddsenheten för Jingchuan II-linjeskydd, till 925 ms när den kopplade av lokala brytaren på grund av fel, och till 1025 ms när den kopplade av grannbrytaren på grund av fel, med en fördröjning på 0,15 s för koppling av lokal brytare och 0,25 s för koppling av grannbrytare, vilket stämmer överens med felkopplingsskyddets driftlogik, och skyddet fungerade korrekt, som visas i figur 3. I oscillogrammet kan man se att trots att kopplingspositionskontakten för fas B av 7522 återgick vid 825 ms, fanns det fortfarande ström (båge) mellan rörlig och stationär kontakt.

Slutsatser

• På grund av den allvarliga förvrängningen av felet ström, vågformen flyttades till nedre sidan av tidsaxeln. Faktum att vågformen inte korsade noll inom brytarens effektiva bågesläckningstid var huvud anledningen till att bågen inte släcktes. Fel av gap isolering att återhämta sig efter brytarens öppning och minskning av bågesläckningsprestanda för SF₆-gas var sekundära orsaker till att bågen inte släcktes.

• Att bågen inte släcktes och resterande gas expellerades från bågesläckningskammaren, vilket bar bort bågen, var huvud anledningen till svartning av isoleringsspännaren och yttre väggen av kondensatorn.

• Efter fas B mekanisk öppning, anslöts stängningsmotståndet till kretsen. Eftersom bågen mellan brytarna för fas B flödde genom stängningsmotståndet i 317 ms, värme kapaciteten orsakade att kopplingsringen mellan stängningsmotståndet och hjälp bryt bröt ner, slutligen ledde till smälta, utsläpp till yttre vägg gradningsring, resulterade i brytning av gradningsringen och svartning av motståndet.

• Närvaro av bågesträmmen i fas B och dess överensstämmelse med driftlogiken för brytarens felkopplingsskydd var huvud anledningen till koppling av busbar.