การวิเคราะห์ความล้มเหลวของตู้ประเภท SF₆ วงจรป้องกันไฟฟ้าแรงสูง 750 kV

ปรากฏการณ์ล้มเหลว
ข้อมูลการล้มเหลวและการทำงานก่อนเกิดเหตุ

เมื่อเวลา 17:53:50 น. วันที่ 16 พฤษภาคม 2016 อุปกรณ์ป้องกันสองชุดบนสาย Jingchuan II ทำงานตามลำดับ เลือกเฟส B เพื่อทำการทริป และเฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 และ 7520 ถูกเปิด อุปกรณ์ป้องกันของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ตรวจพบความผิดปกติแบบถาวรในอุปกรณ์ป้องกันสายคู่ โดยมีการล่าช้า 0.6 วินาที หลังจากนั้น เบรกเกอร์หมายเลข 7522 ทริปเฟส ABC

ระหว่างกระบวนการนี้ การป้องกันความล้มเหลวของเฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ส่งผลให้การป้องกันความแตกต่างของบัส II ทำงาน และเบรกเกอร์หมายเลข 7512 ถูกเปิด ทำให้เกิดการขาดแคลนพลังงานของบัส 750kV หมายเลข II โหมดการทำงานของระบบก่อนเกิดเหตุและสภาพการทำงานของหน่วยแสดงในภาพที่ 1 กำลังไฟฟ้าของหน่วยหมายเลข 1 เป็น 645MW และของหน่วยหมายเลข 2 เป็น 602MW สาย Jingchuan I และ II ทำงานอย่างปกติ โหมดการเชื่อมต่อของสถานียกระดับแรงดันคือ 3/2 wiring และสถานียกระดับแรงดันทำงานในโหมดวงจรป้อนกลับ

สถานการณ์ตรวจสอบข้อผิดพลาด
การตรวจสอบทางกายภาพ

จากการตรวจสอบเบรกเกอร์หมายเลข 7522 พบว่าตัวชี้ตำแหน่งเปิด/ปิดของเฟส A/B/C ระบุว่าอยู่ในตำแหน่งเปิด ซึ่งคือตำแหน่ง "0" โครงสร้างการทำงานไฮดรอลิกอยู่ในตำแหน่งการอัดสปริง สำหรับเบรกเกอร์ WB - 2C ของเฟส A/B/

สำหรับเฟส C จากการตรวจสอบแผงควบคุมพบว่าไฟแดงของตัวชี้ TWJ กำลังสว่าง แรงดันแก๊ส SF₆ ของเบรกเกอร์เฟส A/B/C คือ 0.62MPa (แรงดันสัมพัทธ์) และไม่มีความผิดปกติที่ชัดเจนในเบรกเกอร์หมายเลข 7522

ข้อมูลการดำเนินการป้องกัน

• อุปกรณ์ป้องกัน IRCS - 931BM ของสาย Jingchuan II: เมื่อเวลา 17:53:50:404 น. วันที่ 16 พฤษภาคม 2016 การป้องกันความแตกต่างของกระแสเฟส B ทำงาน การป้องกันความแตกต่างของกระแสทริปเฟส A, B, และ C ที่ 767 มิลลิวินาที และตัวติดต่อทริปของเฟส A, B, และ C กลับมาที่ 825 มิลลิวินาที

• อุปกรณ์ป้องกัน IICS - 103C ของสาย Jingchuan II: เมื่อเวลา 17:53:50:454 น. วันที่ 16 พฤษภาคม 2016 การป้องกันความแตกต่างของกระแสเฟส B ทำงาน และการป้องกันความแตกต่างของเฟสทริปเฟส ABC ที่ 790 มิลลิวินาที

• จอป้องกัน PRS - 721S ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522: เบรกเกอร์หมายเลข 7522 ทริปเฟส B ตามด้วยการทริปต่อเนื่อง หลังจาก 0.6 วินาที ทำการป้อนกลับ และสื่อสารการทริปสามเฟส หลังจาก 0.15 วินาที เบรกเกอร์ทริปเนื่องจากความล้มเหลวเอง และหลังจาก 0.25 วินาที เบรกเกอร์ใกล้เคียงทริปเนื่องจากความล้มเหลว

• จอป้องกัน PRS - 721S ของเบรกเกอร์หมายเลข 7520: เบรกเกอร์หมายเลข 7520 ทริปเฟส B ตามด้วยการทริปต่อเนื่อง และการทริปสามเฟส แต่เนื่องจากมีการล่าช้าในการป้อนกลับของเบรกเกอร์หมายเลข 7520 0.9 วินาที (เพื่อป้อนกลับกับสายที่เสียหายและลดผลกระทบต่อหน่วย) จึงไม่มีการป้อนกลับ

• จอป้องกัน PRS - 721S ของเบรกเกอร์หมายเลข 7512: เบรกเกอร์หมายเลข 7512 ทริปสามเฟส และเวลาที่ตัวติดต่อทริปสามเฟสกลับมาคือ 1143 มิลลิวินาที

• จอป้องกัน RCS - 915E ของแม่บัส II: เมื่อเวลา 17:53:51:258 น. วันที่ 16 พฤษภาคม 2016 การทริปเนื่องจากความล้มเหลวของแม่บัส-สายเกิดขึ้น
  

ทดสอบและตรวจสอบตัวเบรกเกอร์

ได้ติดต่อสถาบันวิจัยไฟฟ้าแห่ง Ningxia เพื่วิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊ส SF₆ ของเบรกเกอร์เฟสทั้งสามของหมายเลข 7522 องค์ประกอบของสารกำมะถันในแก๊ส SF₆ ของเฟส B มากเกินมาตรฐาน ปริมาณสารสลายตัวในห้องนี้สูง บ่งบอกว่ามีการปล่อยประจุส่วนตัวที่มีพลังงานสูง ซึ่งนำไปสู่การสลายตัวของวัสดุฉนวนแข็ง ดังแสดงในตารางที่ 1

หลังจากวัดวงจรเปิดของเบรกเกอร์เฟส B ได้ยืนยันว่าวงจรเปิด บ่งบอกว่าเบรกเกอร์อยู่ในสถานะวงจรเปิด สถาบันวิจัยไฟฟ้าแห่ง Ningxia ทำการทดสอบเวลาเปิดและความต้านทานวงจรของเฟส A และ C ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ผลทดสอบสอดคล้องกับมาตรฐาน

การถอดและตรวจสอบหลังจากเกิดเหตุ

สำหรับเบรกเกอร์หมายเลข 7522 แก๊ส SF₆ ภายในเฟส B ถูกปล่อยออก ไนโตรเจนถูกเติมเข้าไป และประตูตัวเบรกเกอร์ถูกเปิด พบฝุ่น (ผลิตภัณฑ์สลายตัวจากการอาร์ค) ภายใน หลังจากช่างเทคนิคจากโรงงาน ABB มาถึง ได้ถอดอินซูลเลเตอร์ และพบอิเล็กโทรดที่แตก 2 ชิ้น อิเล็กโทรดที่แตกเชื่อมต่อกับผนังด้านนอก แกนเชื่อมและคอนแทคเคลื่อนที่มีรอยไหม้ชัดเจน และมีผลิตภัณฑ์สลายตัวจากการละลายในกลไกการทำงานของคอนแทคเคลื่อนที่ กลไกการทำงานของโครงสร้างการทำงานไฮดรอลิกสปริงของเบรกเกอร์ถูกตรวจสอบและพบว่าทำงานอย่างปกติ

การวิเคราะห์สาเหตุ
หลักการดับอาร์ค

เวลาที่เหมาะสมที่สุดในการดับอาร์ค AC คือเมื่อกระแสอาร์คผ่านศูนย์ทุกครึ่งวงจร ในช่วงเวลาที่กระแสผ่านศูนย์ อาร์คจะผ่านกระบวนการฟื้นฟู 2 กระบวนการ:

• กระบวนการฟื้นฟูความสามารถในการแยก: เนื่องจากการเสริมกระบวนการลบไอออน ความสามารถในการแยกระหว่างอิเล็กโทรดของอาร์คค่อยๆ ฟื้นฟู

• กระบวนการฟื้นฟูแรงดันอาร์ค: แรงดันแหล่งจ่ายถูกนำมาใช้กับตัวต่อ หากกระบวนการฟื้นฟูความสามารถในการแยกเร็วกว่ากระบวนการฟื้นฟูแรงดันอาร์ค และขนาดของกระบวนการฟื้นฟูแรงดันอาร์คใหญ่ กระบวนการฟื้นฟูแรงดันอาร์คจะเร็วกว่ากระบวนการฟื้นฟูความสามารถในการแยก ทำให้เกิดการแตกของฉนวนระหว่างอิเล็กโทรด และอาร์คจะเกิดขึ้นใหม่ หากกระบวนการฟื้นฟูแรงดันอาร์คเริ่มก่อนที่กระบวนการฟื้นฟูความสามารถในการแยกจะเริ่ม อาร์คจะเกิดขึ้นใหม่

สรุป

ร่วมกับรูปคลื่นการบันทึกข้อผิดพลาดของอุปกรณ์ป้องกัน CSL103 หลังจากที่เฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ถูกป้อนกลับ ระบบป้องกันส่งคำสั่งทริปสามเฟสที่ 767 มิลลิวินาที และเฟสทั้งสามของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ถูกเปิดทั้งหมดที่ 825 มิลลิวินาที ด้วยเวลาการทำงาน 58 มิลลิวินาที ในระหว่างกระบวนการดับอาร์คของเบรกเกอร์เฟส B รูปคลื่นของกระแสไม่ผ่านศูนย์ และอาร์คยังคงให้กระแสสั้นภายในเบรกเกอร์

ตามการวิเคราะห์สมรรถนะการดับอาร์คของแก๊ส SF₆: ภายใต้การกระทำของอาร์ค แก๊ส SF₆ ดูดซับพลังงานไฟฟ้าและสร้างสารฟลูออไรด์ต่ำ แต่เมื่อกระแสอาร์คผ่านศูนย์ สารฟลูออไรด์ต่ำสามารถรวมตัวเป็นแก๊ส SF₆ ได้อย่างรวดเร็ว ความสามารถในการแยกของช่องว่างอาร์คฟื้นฟูค่อนข้างเร็ว เนื่องจากกระแสอาร์คไม่ผ่านศูนย์ สมรรถนะการดับอาร์คของแก๊ส SF₆ ลดลง ณ ขณะนั้น ต้องเปิดการป้องกันความล้มเหลวของเบรกเกอร์เพื่อให้เบรกเกอร์ใกล้เคียงหมายเลข 7512 ตัดกระแสข้อผิดพลาด เวลาจากตัวติดต่อทริปสามเฟสของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 กลับมาจนถึงตัวติดต่อทริปสามเฟสของเบรกเกอร์หมายเลข 7512 กลับมาเป็น 317 มิลลิวินาที บ่งบอกว่าอาร์คพลังงานสูงของเบรกเกอร์เฟส B เผาไหม้เป็นเวลา 317 มิลลิวินาที หลังจากที่เบรกเกอร์หมายเลข 7512 ถูกเปิด อาร์คถูกดับ

สรุปแล้ว การป้องกันสายและการป้องกันความล้มเหลวของเบรกเกอร์ในเหตุการณ์นี้ทำงานอย่างปกติ และเบรกเกอร์ทริปอย่างปกติ การทำงานของอุปกรณ์หลักและรองทั้งหมดถูกต้อง สำหรับเฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 จากการวิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊ส มีพลังงานสูงในห้องดับอาร์ค ซึ่งเพียงพอที่จะเพิ่มแรงดันแก๊ส แต่กระแสของเฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ไม่ผ่านศูนย์ และอาร์คไม่ดับ แต่วาล์วของห้องอัดด้านล่างถูกเปิด และแก๊สเกินถูกปล่อยออกจากด้านล่าง ซึ่งอาจนำอาร์คออกไปและเผาไหม้แท่งเชื่อมฉนวนของคอนแทคเคลื่อนที่และคาปาซิเตอร์แบ่ง

การวิเคราะห์สาเหตุของการไหม้ของความต้านทานการป้อนกลับของเบรกเกอร์และการแตกของชั้นป้องกันที่ด้านนอกของความต้านทาน

การทำงานของเบรกเกอร์เป็นสาเหตุของแรงดันเกินจากการสลับส่วนใหญ่ การติดตั้งความต้านทานการป้อนกลับสามารถจำกัดแรงดันเกินในการป้อนกลับสายและป้อนกลับเฟสเดียวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เบรกเกอร์ SF₆ แบบลมระบายที่ผลิตโดยบริษัท ABB ที่ใช้ในบริษัทของเราประกอบด้วยความต้านทานการป้อนกลับที่ทำจากแผ่นคาร์ไบด์ซิลิคอนซ้อนกัน ตามคู่มือผู้ผลิต ความจุความร้อนของความต้านทานการป้อนกลับคือ: เมื่อป้อนกลับ 4 ครั้งที่แรงดันเฟสกำหนด 1.3 เท่า ระยะเวลาระหว่างสองครั้งแรกคือ 3 นาที และระยะเวลาระหว่างสองครั้งสุดท้ายคือ 3 นาที; ระยะเวลาระหว่างสองชุดทดสอบ (หน้าและหลัง) ไม่เกิน 30 นาที

เบรกเกอร์มีโครงสร้างการตัดแบบอนุกรม ซึ่งประกอบด้วยการตัดหลัก 3 ครั้ง การตัดเสริม 1 ครั้ง และความต้านทานการป้อนกลับผสมผสาน ดังแสดงในรูปที่ 2 คุณสมบัติหลักของการตัดแบบอนุกรมคือ ระหว่างการทำงานป้อนกลับของเบรกเกอร์ การตัดเสริมป้อนกลับหลังจากการตัดหลักในห้องดับอาร์ค และระหว่างการทำงานเปิด การตัดเสริมแยกหลังจากการตัดหลักในห้องดับอาร์ค

นั่นคือ ลำดับการทำงานของการตัดเสริมคือป้อนกลับหลังและเปิดหลัง หลักการการทำงานคือ: ระหว่างการป้อนกลับ การตัดหลักป้อนกลับก่อน สร้างวงจรป้อนกระแสที่เชื่อมต่อกับความต้านทาน และความต้านทานการป้อนกลับถูกเชื่อมต่อ หลังจากประมาณ 8-11 มิลลิวินาที (ตามคู่มือผู้ผลิต) วงจรป้อนกระแสผ่านตัวต่อป้อนกลับของการตัดเสริม ทำให้ความต้านทานการป้อนกลับสั้นวงจร; ระหว่างการเปิด การตัดหลักแยกก่อน เปิดวงจรป้อนกระแสหลัก แล้วการตัดเสริมแยก

ดังนั้น การตัดเสริมขนานกระแสกำหนดและกระแสสั้นวงจรระหว่างการเปิด หลังจากที่เฟส B เปิดเชิงกล ความต้านทานการป้อนกลับเชื่อมต่อกับวงจร เนื่องจากอาร์คระหว่างการตัดของเฟส B ไหลผ่านความต้านทานการป้อนกลับเป็นเวลา 317 มิลลิวินาที และกระแสอาร์คประมาณ 1620 A ตามการคำนวณ ความจุความร้อนที่ความต้านทานการป้อนกลับรับมากกว่าความจุกำหนด ทำให้ความจุความร้อนของแหวนเชื่อมต่อระหว่างความต้านทานการป้อนกลับและการตัดเสริมเกินขีดจำกัด สุดท้ายทำให้หลอมละลาย ปล่อยประจุไปยังแหวนเกรดดิ้งด้านนอก ทำให้แหวนเกรดดิ้งแตกและความต้านทานดำ

การวิเคราะห์สาเหตุของการทำงานของระบบป้องกันความล้มเหลวของเบรกเกอร์

ในการป้องกันความล้มเหลวของเบรกเกอร์ เมื่อธาตุกระแสทำงานและตรงตามเกณฑ์การป้องกันความล้มเหลว การป้องกันความล้มเหลวจะเริ่มทำงานตราบใดที่ได้รับสัญญาณการทริปป้องกันและกระแสเฟสที่สอดคล้องกันมากกว่า 0.05 In

จากรายงานของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 ตั้งแต่ 775 มิลลิวินาที เมื่อจอป้องกัน PRS - 721S ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 รับสัญญาณทริปสามเฟสจากอุปกรณ์ป้องกัน IRC - 931BM ของสาย Jingchuan II จนถึง 925 มิลลิวินาที เมื่อทริปเบรกเกอร์ท้องถิ่นเนื่องจากความล้มเหลว และจนถึง 1025 มิลลิวินาที เมื่อทริปเบรกเกอร์ใกล้เคียงเนื่องจากความล้มเหลว ด้วยการล่าช้า 0.15 วินาทีในการทริปเบรกเกอร์ท้องถิ่น และ 0.25 วินาทีในการทริปเบรกเกอร์ใกล้เคียง ซึ่งสอดคล้องกับลอจิกการทำงานของระบบป้องกันความล้มเหลว และระบบป้องกันทำงานอย่างถูกต้อง ดังแสดงในรูปที่ 3 ในแผนภาพคลื่น สามารถเห็นว่าแม้ว่าตัวติดต่อทริปเฟส B ของเบรกเกอร์หมายเลข 7522 จะกลับมาที่ 825 มิลลิวินาที แต่ยังมีกระแส (อาร์ค) ไหลระหว่างคอนแทคเคลื่อนที่และคอนแทคคงที่

สรุป

• เนื่องจากกระแสข้อผิดพลาดบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง รูปคลื่นเลื่อนไปทางด้านล่างของแกนเวลา ความจริงที่รูปคลื่นไม่ผ่านศูนย์ภายในเวลาการดับอาร์คที่มีประสิทธิภาพของเบรกเกอร์เป็นสาเหตุหลักที่อาร์คไม่ดับ ความล้มเหลวในการฟื้นฟูฉนวนของช่องว่างหลังจากเบรกเกอร์เปิดและสมรรถนะการดับอาร์คของแก๊ส SF₆ ลดลงเป็นสาเหตุรองที่อาร์คไม่ดับ

• การไม่ดับของอาร์คและการปล่อยแก๊สที่เหลือจากห้องดับอาร์ค ซึ่งนำอาร์คออกมา เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้แท่งเชื่อมฉนวนและผนังด้านนอกของคาปาซิเตอร์ดำ

• หลังจากที่เฟส B เปิดเชิงกล ความต้านทานการป้อนกลับเชื่อมต่อกับวงจร เนื่องจากอาร์คระหว่างการตัดของเฟส B ไหลผ่านความต้านทานการป้อนกลับเป็นเวลา 317 มิลลิวินาที ความจุความร้อนทำให้ความจุความร้อนของการเชื่อมต่อระหว่างความต้านทานการป้อนกลับและการตัดเสริมแตก สุดท้ายทำให้หลอมละลาย ปล่อยประจุไปยังแหวนเกรดดิ้งด้านนอก ทำให้แหวนเกรดดิ้งแตกและความต้านทานดำ

• การมีกระแสอาร์คในเฟส B และการสอดคล้องกับลอจิกการทำงานของระบบป้องกันความล้มเหลวของเบรกเกอร์เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้แม่บัสทริป