Аналіз виходу з ладу 750 кВ бакового типу газового компресованого SF₆ вимикача

Явище відмови
Інформація про відмову та режим роботи перед відмовою

О 17:53:50 16 травня 2016 року спрацювали захисні пристрої двох комплектів на лінії Йінчжоу II. Було вибрано фазу B для відключення, і відключили фазу B у вимикачах 7522 та 7520. Захисний пристрій вимикача 7522 виявив постійну аварію на пристрої захисту двох цінах, з затримкою 0,6 с. Після цього три фази A, B, C вимикача 7522 були відключені.

Під час цього процесу захист від відмови фази B вимикача 7522 активував диференціальний захист шини II, і було відкрито вимикач 7512, що призвело до відключення напруги на шині 750 кВ Шина II. Режим роботи системи перед відмовою та стан одиниць показано на рисунку 1. Активна потужність одиниці №1 становила 645 МВт, а одиниці №2 — 602 МВт. Лінії Йінчжоу I та II працювали нормально. Схема підвищувальної підстанції була 3/2, і підвищувальна підстанція працювала в замкнутому контурі.

Результати перевірки відмови
Візуальна перевірка на місці

Перевірка на місці вимикача 7522 показала, що механічні індикатори відкриття/закриття фаз A/B/C вказували на відкрите положення, яке було на позиції "0". Гідравлічна операційна структура знаходилась в позиції стиснення пружини. Для вимикача WB-2C фази A/B/

Для фази C, перевірка на місці панелі управління показала, що червона лампочка індикатора TWJ світилася. Тиск газу SF₆ у вимикачах трьох фаз A/B/C становив 0,62 МПа (відносний тиск), і не було помітних аномалій у вимикачу 7522.

Інформація про дії захисту

• Захисний пристрій IRCS-931BM лінії Йінчжоу II: о 17:53:50:404 16 травня 2016 року спрацював захисний пристрій диференціального струму фази B. Диференціальний захист відключив фази A, B, C через 767 мс, і контакти відключення фаз A, B, C повернулися через 825 мс.

• Захисний пристрій IICS-103C лінії Йінчжоу II: о 17:53:50:454 16 травня 2016 року спрацював захисний пристрій диференціального струму фази B, і фазне диференціальне відключення фаз ABC сталося через 790 мс.

• Захисний екран PRS-721S вимикача 7522: вимикач 7522 відключив фазу B. Відбулася додаткова дія відключення. Через 0,6 с виконано дію повторного закриття, і було повідомлено про дію трьохфазного відключення. Через 0,15 с відбулася відмова відключення самого вимикача, а через 0,25 с — відмова відключення суміжних вимикачів.

• Захисний екран PRS-721S вимикача 7520: вимикач 7520 відключив фазу B. Відбулася додаткова дія відключення, і було виконано дію трьохфазного відключення. Оскільки повторне закриття вимикача 7520 мавло затримку 0,9 с (для повторного закриття з аварійною лінією та зменшення впливу на одиницю), повторне закриття не виконалося.

• Захисний екран PRS-721S вимикача 7512: вимикач 7512 відключив три фази, і час повернення контактів відключення трьох фаз становив 1143 мс.

• Екран захисту материнської шини II RCS-915E: о 17:53:51:258 16 травня 2016 року відбулася відмова відключення шини-лінії.
  

Тестування та перевірка корпусу вимикача

Було зверненося до Нінсяньського електроенергетичного інституту для аналізу складу газу SF₆ у вимикачах трьох фаз 7522. Склади сульфідів у газу SF₆ фази B серйозно перевищували стандарт. Вміст продуктів розпаду в цій камері був високим, що свідчило про наявність високоенергетичного часткового розряду, що призвів до розкладу твердих ізоляційних матеріалів, як показано в таблиці 1.

Після вимірювання кола відключення фази B було підтверджено, що коло було відкритим, що свідчило про те, що вимикач перебував у відкритому стані. Нінсяньський електроенергетичний інститут провів тестування часу відкриття та опору кола фаз A та C вимикача 7522, і результати тестування відповідали стандартам.

Розбирання та перевірка після відмови

Для вимикача 7522 був випущений газ SF₆ з фази B, проведено продування азотом, і було відкрито дверцята корпусу. Усередині було знайдено пил (продукти розкладу дугового розпалювання). Після приїзду техніків заводу ABB було розібрано ізолятор, і було знайдено 2 зламаних електрода. Зламані електроди були з'єднані з зовнішньою стінкою. Шток та рухомий контакт показували очевидні сліди розпалювання, а механізм рухомого контакту мав очевидні продукти розплавлення. Було перевірено механізм гідравлічно-пружинного типу вимикача, і виявлено, що він працює нормально.

Аналіз причин
Принцип гасіння дуги

Найоптимальніший час для гасіння перемінної дуги — це момент, коли струм дуги проходить через нуль кожні півперіоди. Під час періоду переходу через нуль дуга проходить 2 процеси відновлення:

• Процес відновлення диелектричної стійкості: завдяки посиленню процесу деіонізації, диелектрична стійкість між електродами дуги поступово відновлюється.

• Процес відновлення напруги дуги: напруга живлення знову прикладається до контактів. Напруга дуги зростає від напруги гасіння до напруги живлення. Якщо процес відновлення диелектричної стійкості швидший, ніж процес відновлення напруги дуги, і амплітуда процесу відновлення напруги дуги велика, то процес відновлення напруги дуги буде швидшим, що призведе до пробою диелектрики між електродами, і дуга знову запалиться. Якщо процес відновлення напруги дуги починається до початку процесу відновлення диелектричної стійкості, то дуга знову запалиться.

Висновок

З врахуванням запису хвильових форм пристрою захисту CSL103, після повторного закриття фази B вимикача 7522, захист видав команду на трьохфазне відключення через 767 мс, і всі три фази вимикача 7522 були повністю відключені через 825 мс, з часом дії 58 мс. Під час процесу гасіння дуги фази B, хвильова форма струму не переходила через нуль, і дуга продовжувала надавати короткочасний струм всередині вимикача.

Згідно з аналізом властивостей гасіння газу SF₆: під дією дуги, газ SF₆ поглинає електричну енергію і утворює низькі фторовані сполуки. Однак, коли струм дуги переходить через нуль, низькі фторовані сполуки можуть швидко перекомбінуватися в газ SF₆. Диелектрична стійкість дугового проміжку відновлюється відносно швидко. Оскільки струм дуги не переходив через нуль, властивості гасіння газу SF₆ знизилися. В цей час лише активування захисту від відмови вимикача могло відключити суміжний вимикач 7512, щоб відрізати аварійний струм. Час від повернення контактів трьохфазного відключення вимикача 7522 до повернення контактів трьохфазного відключення вимикача 7512 становив загалом 317 мс, що свідчило про те, що високоенергетична дуга фази B горіла протягом 317 мс. Після відключення вимикача 7512, дуга була погашена.

Отже, у цьому події захист лінії та захист від відмови вимикача працювали нормально, і вимикач відключився нормально. Дії первинного та вторинного обладнання були правильними. Для фази B вимикача 7522, згідно з аналізом складу газу, у камері гасіння дуги була висока інтенсивність енергії, достатня для збільшення тиску газу. Однак, струм фази B вимикача 7522 не переходив через нуль, і дуга не погасла. Проте клапан нижньої стисненої камери був відкритий, і зайвий газ був випущений знизу, що, можливо, вивів дугу, спалюючи ізоляційний стержень рухомого контакту та паралельний конденсатор.

Аналіз причин спалювання опору закриття вимикача та пробою рівномірного екрану зовнішньої сторони опору

Робота вимикача є причиною більшості перехідних перенапруг. Встановлення опору закриття може ефективно обмежити перенапруги під час закриття лінії та однофазного повторного закриття. 550/800PMSF₆ газовий вимикач, виготовлений компанією ABB, який використовується в нашій компанії, має опір закриття, складений з наслаючихся пластин опору карбіду кремнію. Згідно з інструкцією виробника, теплові характеристики опору закриття такі: при закритті 4 рази при 1,3 разів номінальній фазній напругі, інтервал часу між першими двома разами становить 3 хвилини, а інтервал часу між останніми двома разами становить 3 хвилини; інтервал часу між двома групами тестів (передній і задній) не перевищує 30 хвилин.

Вимикач має серійну конструкцію, яка складається з 3 основних розімкнень, 1 допоміжного розімкнення та комбінованого опору закриття, як показано на рис. 2. Основна особливість серійної конструкції полягає в тому, що під час операції закриття вимикача, допоміжне розімкнення закривається після основного розімкнення в камері гасіння дуги, а під час операції відкриття, допоміжне розімкнення також роз’єднується після основного розімкнення в камері гасіння дуги.

Тобто послідовність дій допоміжного розімкнення — закриття пізніше та відкриття пізніше. Його принцип роботи такий: під час закриття, основне розімкнення закривається першим, утворюючи провідний контур, серійно з'єднаний з опором, і опір закриття підключається. Через приблизно 8-11 мс (згідно з інструкцією виробника), утворюється провідний контур через контакт закриття допоміжного розімкнення, шортуючи опір закриття; під час відкриття, основне розімкнення роз'єднується першим, відкриваючи основний провідний контур, а потім допоміжне розімкнення роз'єднується.

Таким чином, допоміжне розімкнення носить номінальний струм та струм короткого замикання під час відкриття. Після механічного відкриття фази B, опір закриття підключився до контуру. Оскільки дуга між розімкненнями фази B трапилася через опір закриття протягом 317 мс, а струм дуги становив приблизно 1620 А, згідно з розрахунками, теплові характеристики, які витримав опір закриття, перевищували його номінальні характеристики. Це призвело до перевищення теплових характеристик з'єднуючого кільцевого з'єднання між опором закриття та допоміжним розімкненням, що врешті-решт призвело до плавлення, відводу до зовнішнього градієнтного кільця, що призвело до пробою градієнтного кільця та потемніння опору.

Аналіз причин спрацювання захисту від відмови вимикача

У захисті від відмови вимикача, коли елемент струму активується та відповідає критеріям захисту від відмови, захист від відмови буде запущений, як тільки отримає сигнал відключення захисту та відповідний фазний струм буде більше 0,05 In.

Як видно з звітів 7522, від 775 мс, коли захисний пристрій PRS-721S екрану захисту вимикача 7522 отримав сигнал відключення трьох фаз від захисного пристрою IRC-931BM захисту лінії Йінчжоу II, до 925 мс, коли він відключив місцевий вимикач через відмову, і до 1025 мс, коли він відключив суміжний вимикач через відмову, з затримкою 0,15 с для відключення місцевого вимикача і 0,25 с для відключення суміжного вимикача, що відповідає логіці роботи захисту від відмови, і захист працював правильно, як показано на рис. 3. На осцилограмі видно, що хоча контакт відключення фази B вимикача 7522 повернувся на 825 мс, все ще був струм (дуга) між рухомим та нерухомим контактами.

Висновки

• Завдяки серйозному іскаженню аварійного струму, хвильова форма змістилася нижче від осі часу. Те, що хвильова форма не переходила через нуль протягом ефективного часу гасіння дуги вимикачем, було основною причиною невідмови дуги. Неспроможність відновлення ізоляції проміжку після відкриття вимикача та зниження властивостей гасіння газу SF₆ були вторинними причинами невідмови дуги.

• Невідмова дуги та виведення залишкового газу з камери гасіння, що вивів дугу, були основними причинами потемніння ізоляційного стержня та зовнішньої стінки конденсатора.

• Після механічного відкриття фази B, опір закриття підключився до контуру. Оскільки дуга між розімкненнями фази B трапилася через опір закриття протягом 317 мс, теплові характеристики, які витримав опір закриття, призвели до розплавлення з'єднуючого кільцевого з'єднання між опором закриття та допоміжним розімкненням, що врешті-решт призвело до відведення до зовнішнього градієнтного кільця, що призвело до пробою градієнтного кільця та потемніння опору.

• Наявність струму дуги в фазі B та відповідність логіці роботи захисту від відмови вимикача були основними причинами відключення шини.