Pagsusuri ng Pagkasira ng 750 kV Tank Type SF₆ Compressed Gas Circuit Breaker

Uri ng Pagkabigo
Impormasyon sa Pagkabigo at Mode ng Paggana Bago ang Pagkabigo

Noong ika-16 ng Mayo 2016 nang 17:53:50, ang mga pananggalang para sa dalawang set ng Jingchuan II Line ay gumalaw nang sunod-sunod. Ang Phase B ang napili para sa tripping, at ang B - phase ng circuit breakers 7522 at 7520 ang binuksan. Ang pananggalan ng circuit breaker 7522 ay nakatuklas ng permanenteng pagkakamali sa dalawang-circuit line protection device, na may delay ng 0.6s. Pagkatapos, ang ABC three-phase ng circuit breaker 7522 ang lumipad.

Sa prosesong ito, ang failure protection ng B - phase ng circuit breaker 7522 ay pumayag ng differential protection ng Bus II, at ang circuit breaker 7512 ang binuksan, na nagresulta sa power outage ng 750kV Bus II. Ang pre-failure system operation mode at unit operation conditions ay ipinapakita sa Figure 1. Ang aktibong lakas ng Unit #1 ay 645MW, at ang Unit #2 ay 602MW. Ang Jingchuan I at II Lines ay normal na nagpapatakbo. Ang koneksyon ng step-up substation ay 3/2 wiring, at ang step-up substation ay nagpapatakbo sa isang loop-closing mode.

Sitwasyon ng Pagsisiyasat ng Sakit
Pagsisiyasat sa Lugar

Ang on-site inspection ng circuit breaker 7522 ay nagpakita na ang mechanical open/close indicators para sa phases A/B/C ay nagpapahiwatig ng bukas na posisyon, na nasa "0" posisyon. Ang hydraulic operating structure ay nasa spring compression position. Para sa WB - 2C circuit breaker, phases A/B/

Para sa phase C, ang on-site inspection ng panel ng operation box ay nagpakita na ang pulang ilaw ng TWJ indicator ay naka-on. Ang presyon ng SF₆ gas ng A/B/C three-phase circuit breakers ay 0.62MPa (relative pressure), at walang malinaw na anormalidad sa circuit breaker 7522.

Impormasyon sa Aksyon ng Pananggalang

• Jingchuan II Line Protection IRCS - 931BM Protection Device: Noong 17:53:50:404 ng Mayo 16, 2016, ang B - phase current differential protection ay gumalaw. Ang current differential protection ay nagtrip ng phases A, B, at C sa 767ms, at ang tripping position contacts ng phases A, B, at C ay bumalik sa 825ms.

• Jingchuan II Line Protection IICS - 103C Protection Device: Noong 17:53:50:454 ng Mayo 16, 2016, ang B - phase current differential protection ay gumalaw, at ang phase-differential ay nagtrip ng phases ABC sa 790ms.

• 7522 Circuit Breaker Protection Screen PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7522 ay nagtrip sa phase B. Ang sumusunod na tripping action ay naganap. Pagkatapos ng 0.6s, ang reclosing action ay inilapat, at ang three-trip action ay inilipat. Pagkatapos ng 0.15s, ang failure-tripping ng circuit breaker mismo ay naganap, at pagkatapos ng 0.25s, ang failure-tripping ng adjacent circuit breakers ay naganap.

• 7520 Circuit Breaker Protection Screen PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7520 ay nagtrip sa phase B. Ang sumusunod na tripping action ay naganap, at ang three-phase follow-up tripping ay inilapat. Dahil ang reclosing ng circuit breaker 7520 ay may delay ng 0.9s (upang muling magbukas kasama ang faulty line at bawasan ang impact sa unit), ang reclosing ay hindi gumalaw.

• 7512 Circuit Breaker Protection Screen PRS - 721S Protection Device: Ang circuit breaker 7512 ay nagtrip sa tatlong phase, at ang oras ng pagbabalik ng three-phase tripping position contacts ay 1143ms.

• II - Bus Mother Protection I Screen RCS - 915E Protection Device: Noong 17:53:51:258 ng Mayo 16, 2016, ang failure-tripping ng bus-line ay naganap.
  

Pagsusuri at Pagsisiyasat ng Katawan ng Circuit Breaker

Kinontak ang Ningxia Electric Power Research Institute upang analisin ang komponente ng SF₆ gas ng three-phase circuit breakers ng 7522. Ang sulfur compound components sa SF₆ gas ng phase B ay lubhang lumampas sa pamantayan. Ang content ng decomposition product sa gas chamber na ito ay mataas, na nagpapahiwatig ng presence ng high-energy partial discharge, na nagresulta sa decomposition ng solid insulation materials, tulad ng ipinapakita sa Table 1.

Pagkatapos sukatin ang breaking-circuit loop ng circuit breaker B, ito ay napatunayan na ang loop ay bukas, na nagpapahiwatig na ang breaker ay nasa open-circuit state. Ang Ningxia Electric Power Research Institute ay nagconduct ng mga test sa opening time at circuit resistance ng phases A at C ng circuit breaker 7522, at ang resulta ng mga test ay nasa standard.

Disassembly at Pagsisiyasat Pagkatapos ng Pagkabigo

Para sa circuit breaker 7522, ang SF₆ gas sa loob ng phase B ay idiniskarga, ang nitrogen ay inilabas, at binuksan ang breaker body door. Natagpuan ang dust (arc-ablation decomposition products) sa loob. Pagdating ng mga technician mula sa ABB factory, inilabas ang insulator, at natagpuan ang 2 broken electrodes. Ang mga broken electrodes ay konektado sa outer wall. Ang connecting rod at ang moving contact ay may malinaw na ablation marks, at ang moving contact operating mechanism ay may malinaw na melting decomposition products. Ang operating mechanism ng circuit breaker's hydraulic spring-type operating structure ay isinisiyasat at napatunayan na normal ang paggana nito.

Pag-aanalisa ng Dahilan
Prinsipyong Arc Extinguishing

Ang pinakamainam na oras upang patayin ang AC arc ay kapag ang arc current ay lumipas sa zero sa bawat half-cycle. Sa panahon ng current zero-crossing period, ang arc ay dadaan sa 2 recovery processes:

• Dielectric Strength Recovery Process: Dahil sa pagpapalakas ng de-ionization process, ang dielectric strength sa pagitan ng arc electrodes ay unti-unting bumabalik.

• Arc Voltage Recovery Process: Inilapat ang supply voltage sa mga contact. Ang arc voltage ay tumaas mula sa arc-extinguishing voltage hanggang sa supply voltage. Kung ang dielectric strength recovery process ay mas mabilis kaysa sa arc voltage recovery process, at ang amplitude ng arc voltage recovery process ay malaki, ang arc voltage recovery process ay maaaring mas mabilis kaysa sa dielectric strength recovery process, na nagdudulot sa breakdown ng dielectric sa pagitan ng electrodes, at ang arc ay muling bumubuo. Kung ang arc voltage recovery process ay nagsisimula bago ang dielectric strength recovery process, ang arc ay muling bumubuo.

Kasimpulan

Kasabay ng fault recording waveform ng CSL103 protection device, pagkatapos muling magbukas ang B - phase ng 7522 circuit breaker, ang protection ay nagbigay ng three-phase tripping command sa 767 ms, at ang tatlong phase ng 7522 circuit breaker ay buong binuksan sa 825 ms, na may action time ng 58 ms. Sa proseso ng arc-extinguishing ng B - phase circuit breaker, ang current waveform ay hindi lumipas sa zero, at ang arc ay patuloy na nagbibigay ng short-circuit current sa loob ng circuit breaker.

Ayon sa arc-extinguishing performance analysis ng SF₆ gas: sa ilalim ng aksyon ng arc, ang SF₆ gas ay nagsasapawan ng electrical energy at naglilikha ng low-fluorine compounds. Ngunit, kapag ang arc current ay lumipas sa zero, ang low-fluorine compounds ay maaaring mabilis na muling mag-combine upang maging SF₆ gas. Ang dielectric strength ng arc gap ay mabilis na bumabalik. Dahil ang arc current ay hindi lumipas sa zero, ang arc-extinguishing performance ng SF₆ gas ay bumaba. Sa oras na ito, tanging sa pamamagitan ng pag-activate ng circuit breaker failure protection ang adjacent 7512 circuit breaker ang makakaputol ng fault current. Ang oras mula sa pagbabalik ng three-phase tripping position contact ng 7522 circuit breaker hanggang sa pagbabalik ng three-phase tripping position contact ng 7512 circuit breaker ay 317 ms, na nagpapahiwatig na ang high-energy arc ng B - phase circuit breaker ay naglabas ng 317 ms. Pagkatapos ang 7512 circuit breaker ay binuksan, ang arc ay nawala.

Sa kabuuan, ang line protection at circuit breaker failure protection sa pangyayaring ito ay parehong normal na gumalaw, at ang circuit breaker ay normal na nagtrip. Ang mga aksyon ng primary at secondary equipment ay lahat tama. Para sa B - phase ng 7522 circuit breaker, mula sa gas composition analysis, may mataas na lakas na enerhiya sa arc-extinguishing chamber, na sapat upang taasin ang presyon ng gas. Ngunit, ang current ng 7522B phase ay hindi lumipas sa zero, at ang arc ay hindi nawala. Ngunit ang valve ng lower compression chamber ay bukas na, at ang excess gas ay inilabas mula sa ilalim, na maaaring dala ang arc at sunugin ang insulating tie-rod ng moving contact at ang shunt capacitor.

Analisis ng Dahilan ng Sunog sa Closing Resistance ng Circuit Breaker at Breakdown ng Uniform Shielding Cover sa Labas ng Resistance

Ang operasyon ng circuit breaker ay ang dahilan ng karamihan sa switching over-voltages. Ang pag-install ng closing resistance ay maaaring mabawasan ang over-voltages sa panahon ng line closing at single-phase reclosing. Ang 550/800PMSF₆ gas-blast circuit breaker na ginagamit ng aming kompanya na gawa ng ABB Company ay may closing resistance na binubuo ng stacked silicon carbide resistance plates. Ayon sa manual ng manufacturer, ang heat capacity ng closing resistance ay gayon: kapag nagclose ng 4 beses sa 1.3 beses ang rated phase voltage, ang interval ng oras sa pagitan ng unang dalawang beses ay 3 minuto, at ang interval ng oras sa pagitan ng huling dalawang beses ay 3 minuto; ang interval ng oras sa pagitan ng dalawang grupo ng tests (front at back) ay hindi lalampas ng 30 minuto.

Ang breaker ay may series-type break structure, na binubuo ng 3 main breaks, 1 auxiliary break, at isang combined closing resistance, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang pangunahing katangian ng series-type break ay na sa panahon ng closing operation ng circuit breaker, ang auxiliary break ay nagsasara pagkatapos ng main break sa arc-extinguishing chamber, at sa panahon ng opening operation, ang auxiliary break ay dinidisconnect pagkatapos ng main break sa arc-extinguishing chamber.

Ito ay, ang sequence ng aksyon ng auxiliary break ay closing later at opening later. Ang working principle nito ay gayon: sa panahon ng closing, ang main break ang unang nagsasara, na nagtatagpo ng current-conducting loop sa series ng resistance, at ang closing resistance ay konektado. Pagkatapos ng humigit-kumulang 8-11 ms (ayon sa manual ng manufacturer), ang current-conducting loop ay nabubuo sa pamamagitan ng closing contact ng auxiliary break, na short-circuiting ang closing resistance; sa panahon ng opening, ang main break ang unang nadi-disconnect, na binubuksan ang main current loop, at pagkatapos ang auxiliary break ang nadi-disconnect.

Dahil dito, ang auxiliary break ay nagdadala ng rated current at short-circuit current sa panahon ng opening. Pagkatapos ng B - phase mechanical opening, ang closing resistance ay konektado sa circuit. Dahil ang arc sa pagitan ng B - phase breaks ay tumagal ng 317 ms sa pamamagitan ng closing resistance, at ang arc current ay humigit-kumulang 1620 A, ayon sa computation, ang heat capacity na dinadala ng closing resistance ay mas malaki kaysa sa rated capacity nito. Ito ay nagresulta sa over-limit heat capacity ng connection ring sa pagitan ng closing resistance at auxiliary break, na sa huli ay nag-lead sa fusing, discharging sa outer-wall grading ring, na nagresulta sa breakdown ng grading ring at blackening ng resistance.

Analisis ng Dahilan para sa Operasyon ng Circuit Breaker Failure Protection

Sa circuit breaker failure protection, kapag ang current element ay nagsimula at sumasang-ayon sa criteria ng failure protection, ang failure protection ay magsisimula basta't natanggap ang protection trip input at ang corresponding phase current ay mas malaki kaysa 0.05 In.

Tulad ng makikita sa mga ulat ng 7522, mula 775 ms nang natanggap ng PRS - 721S protection device ng 7522 circuit breaker protection panel ang three-phase trip signal input mula sa IRC - 931BM protection device ng Jingchuan II line protection, hanggang 925 ms nang itrip ang lokal na circuit breaker dahil sa failure, at hanggang 1025 ms nang itrip ang adjacent circuit breaker dahil sa failure, na may delay ng 0.15 s para sa local circuit breaker at 0.25 s para sa adjacent circuit breaker, na sumasang-ayon sa operation logic ng failure protection, at ang protection ay tama ang operasyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Sa oscillogram, makikita na bagaman ang B - phase tripping position contact ng 7522 ay bumalik na sa 825 ms, may kasalukuyang current (arc) pa rin na lumilipad sa pagitan ng moving at stationary contacts.

Kasimpulan

• Dahil sa severe distortion ng fault current, ang waveform ay lumipat sa lower side ng time-axis. Ang fact na ang waveform ay hindi lumipas sa zero sa loob ng effective arc-extinguishing time ng circuit breaker ang pangunahing dahilan kung bakit hindi nawala ang arc. Ang pagkakabigo ng gap insulation na bumawi pagkatapos ng circuit breaker ay binuksan at ang pagbaba ng arc-extinguishing performance ng SF₆ gas ay ang pangalawang dahilan kung bakit hindi nawala ang arc.

• Ang pagkakabigo ng arc na mawala at ang paglabas ng natitirang gas mula sa arc-extinguishing chamber, na dinala ang arc, ang pangunahing dahilan kung bakit naging black ang insulating tie-rod at ang outer wall ng capacitor.

• Pagkatapos ng mechanical opening ng phase B, ang closing resistance ay konektado sa circuit. Dahil ang arc sa pagitan ng breaks ng phase B ay lumipad sa pamamagitan ng closing resistance sa 317 ms, ang heat capacity na ito ay nagresulta sa breakdown ng connection sa pagitan ng closing resistance at auxiliary break, na sa huli ay nag-lead sa fusing, discharging sa outer-wall grading ring, na nagresulta sa breakdown ng grading ring at blackening ng resistance.

• Ang presence ng arc current sa phase B at ang compliance nito sa operation logic ng circuit breaker failure protection ang pangunahing dahilan kung bakit natrip ang busbar.