Phân tích Sự cố của Bộ cắt điện Loại Thùng 750 kV Dùng Khí nén SF₆
Hiện tượng Sự cố
Thông tin Sự cố và Chế độ Hoạt động Trước khi Sự cố Xảy ra
Vào lúc 17:53:50 ngày 16 tháng 5 năm 2016, các thiết bị bảo vệ của hai bộ trên Tuyến Jingchuan II đã hoạt động liên tiếp. Pha B được chọn để cắt, và pha B của cầu chì 7522 và 7520 đã được mở. Thiết bị bảo vệ của cầu chì 7522 phát hiện sự cố vĩnh viễn trên thiết bị bảo vệ đường dây kép, với độ trễ 0,6s. Sau đó, ba pha A, B, C của cầu chì 7522 đã nhảy.
Trong quá trình này, bảo vệ sự cố của pha B của cầu chì 7522 đã kích hoạt bảo vệ khác biệt của Bus II, và cầu chì 7512 đã được mở, dẫn đến mất điện của Bus 750kV II. Chế độ hoạt động hệ thống trước sự cố và điều kiện hoạt động của đơn vị được hiển thị trong Hình 1. Công suất có công của Đơn vị #1 là 645MW, và của Đơn vị #2 là 602MW. Tuyến Jingchuan I và II đang hoạt động bình thường. Mô hình đấu nối của trạm tăng áp là đấu nối 3/2, và trạm tăng áp đang hoạt động ở chế độ đóng vòng.
Tình hình Kiểm tra Sự cố
Kiểm tra Thị giác Trên hiện trường
Kiểm tra hiện trường đối với cầu chì 7522 cho thấy các chỉ báo cơ khí đóng/mở cho các pha A/B/C chỉ ra vị trí mở, ở vị trí "0". Cấu trúc hoạt động thủy lực ở vị trí nén lò xo. Đối với cầu chì WB - 2C, các pha A/B/
Đối với pha C, kiểm tra hiện trường đối với bảng điều khiển hộp điều khiển cho thấy đèn đỏ của chỉ báo TWJ sáng. Áp suất khí SF₆ của ba pha A/B/C của cầu chì là 0,62MPa (áp suất tương đối), và không có bất thường rõ ràng nào ở cầu chì 7522.
Thông tin Hành động Bảo vệ
Thiết bị Bảo vệ Đường Tuyến Jingchuan II IRCS - 931BM: Vào lúc 17:53:50:404 ngày 16 tháng 5 năm 2016, bảo vệ sai lệch dòng điện pha B đã hoạt động. Bảo vệ sai lệch dòng điện đã cắt các pha A, B, và C sau 767ms, và các tiếp điểm vị trí cắt của các pha A, B, và C trở lại sau 825ms.
Thiết bị Bảo vệ Đường Tuyến Jingchuan II IICS - 103C: Vào lúc 17:53:50:454 ngày 16 tháng 5 năm 2016, bảo vệ sai lệch dòng điện pha B đã hoạt động, và bảo vệ sai lệch pha đã cắt các pha ABC sau 790ms.
Màn hình Bảo vệ Cầu chì 7522 PRS - 721S: Cầu chì 7522 đã cắt ở pha B. Hành động cắt theo sau đã xảy ra. Sau 0,6s, hành động đóng lại đã được thực hiện, và hành động cắt ba lần đã được truyền đạt. Sau 0,15s, sự cố cắt của chính cầu chì đã xảy ra, và sau 0,25s, sự cố cắt của các cầu chì liền kề đã xảy ra.
Màn hình Bảo vệ Cầu chì 7520 PRS - 721S: Cầu chì 7520 đã cắt ở pha B. Hành động cắt theo sau đã xảy ra, và việc cắt theo sau ba pha đã được thực hiện. Do việc đóng lại của cầu chì 7520 có độ trễ 0,9s (để đóng lại với đường dây có lỗi và giảm tác động lên đơn vị), việc đóng lại không hoạt động.
Màn hình Bảo vệ Cầu chì 7512 PRS - 721S: Cầu chì 7512 đã cắt ba pha, và thời gian trở lại của các tiếp điểm vị trí cắt ba pha là 1143ms.
Màn hình Bảo vệ Bus II RCS - 915E: Vào lúc 17:53:51:258 ngày 16 tháng 5 năm 2016, sự cố cắt bus-line đã xảy ra.
Kiểm tra và Thử nghiệm Cầu chì
Viện Nghiên cứu Điện lực Ningxia đã được liên hệ để phân tích thành phần khí SF₆ của ba pha cầu chì 7522. Các thành phần hợp chất lưu huỳnh trong khí SF₆ của pha B vượt quá tiêu chuẩn nghiêm trọng. Nội dung sản phẩm phân giải trong buồng khí này cao, cho thấy sự hiện diện của phóng điện cục bộ năng lượng cao, dẫn đến phân hủy vật liệu cách điện rắn, như được hiển thị trong Bảng 1.
Sau khi đo lường mạch ngắt của cầu chì B, đã xác nhận rằng mạch này bị hở, cho thấy cầu chì đã ở trạng thái ngắt. Viện Nghiên cứu Điện lực Ningxia đã tiến hành thử nghiệm thời gian đóng và điện trở mạch của các pha A và C của cầu chì 7522, và kết quả thử nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn.
Mở và Kiểm tra Sau khi Sự cố
Đối với cầu chì 7522, khí SF₆ bên trong pha B đã được xả, khí nitơ đã được thổi vào, và cửa thân cầu chì đã được mở. Bụi (sản phẩm phân giải do hồ quang) đã được tìm thấy bên trong. Sau khi kỹ thuật viên nhà máy ABB đến, sứ cách điện đã được tháo rời, và 2 điện cực bị hỏng đã được tìm thấy. Các điện cực bị hỏng đã được kết nối với tường ngoài. Trục kết nối và tiếp xúc di chuyển cho thấy dấu hiệu cháy rỗ, và cơ cấu hoạt động của tiếp xúc di chuyển có sản phẩm phân giải chảy rõ rệt. Cơ cấu hoạt động của cấu trúc hoạt động thủy lực lò xo của cầu chì đã được kiểm tra và hoạt động bình thường.
Phân tích Nguyên nhân
Nguyên lý Dập Hồ Quang
Thời gian tối ưu để dập hồ quang AC là khi dòng điện hồ quang đi qua không mỗi nửa chu kỳ. Trong thời gian dòng điện đi qua không, hồ quang trải qua 2 quá trình phục hồi:
Quá trình Phục hồi Độ bền Cách điện: Do quá trình khử ion hóa được tăng cường, độ bền cách điện giữa các điện cực hồ quang dần phục hồi.
Quá trình Phục hồi Điện áp Hồ quang: Điện áp nguồn được áp dụng lại cho các tiếp điểm. Điện áp hồ quang tăng từ điện áp dập hồ quang đến điện áp nguồn. Nếu quá trình phục hồi độ bền cách điện nhanh hơn quá trình phục hồi điện áp hồ quang, và biên độ của quá trình phục hồi điện áp hồ quang lớn, quá trình phục hồi điện áp hồ quang sẽ nhanh hơn quá trình phục hồi độ bền cách điện, dẫn đến phá vỡ độ bền cách điện giữa các điện cực, và hồ quang tái sinh. Nếu quá trình phục hồi điện áp hồ quang bắt đầu trước khi quá trình phục hồi độ bền cách điện bắt đầu, hồ quang sẽ tái sinh.
Kết luận
Kết hợp với dạng sóng ghi lỗi của thiết bị bảo vệ CSL103, sau khi pha B của cầu chì 7522 được đóng lại, bảo vệ đã phát lệnh cắt ba pha sau 767 ms, và ba pha của cầu chì 7522 đã được mở hoàn toàn sau 825 ms, với thời gian hành động 58 ms. Trong quá trình dập hồ quang của cầu chì pha B, dạng sóng dòng điện không đi qua không, và hồ quang tiếp tục cung cấp dòng điện ngắn mạch bên trong cầu chì.
Theo phân tích hiệu suất dập hồ quang của khí SF₆: dưới tác động của hồ quang, khí SF₆ hấp thụ năng lượng điện và tạo ra các hợp chất fluor thấp. Tuy nhiên, khi dòng điện hồ quang đi qua không, các hợp chất fluor thấp có thể nhanh chóng tái hợp thành khí SF₆. Độ bền cách điện của khe hồ quang phục hồi tương đối nhanh. Do dòng điện hồ quang không đi qua không, hiệu suất dập hồ quang của khí SF₆ giảm. Tại thời điểm này, chỉ bằng cách kích hoạt bảo vệ sự cố của cầu chì, cầu chì 7512 liền kề mới có thể cắt dòng điện sự cố. Thời gian từ khi tiếp điểm vị trí cắt ba pha của cầu chì 7522 trở lại đến khi tiếp điểm vị trí cắt ba pha của cầu chì 7512 trở lại là 317 ms, cho thấy hồ quang năng lượng cao của cầu chì pha B đã cháy trong 317 ms. Sau khi cầu chì 7512 mở, hồ quang đã tắt.
Tóm lại, trong sự kiện này, bảo vệ đường dây và bảo vệ sự cố cầu chì đều hoạt động bình thường, và cầu chì đã cắt bình thường. Hành động của thiết bị sơ cấp và thứ cấp đều đúng. Đối với pha B của cầu chì 7522, từ phân tích thành phần khí, có năng lượng cường độ cao trong buồng dập hồ quang, đủ để tăng áp suất khí. Tuy nhiên, dòng điện của pha B 7522 không đi qua không, và hồ quang không tắt. Nhưng van của buồng nén dưới đã được mở, và khí thừa đã được xả từ phía dưới, có thể mang hồ quang ra và đốt cháy thanh cách điện của tiếp xúc di chuyển và tụ điện phân nhánh.
Phân tích Nguyên nhân Cháy Chống Đóng và Phá Vỡ Bao Che Đồng Đều Bên Ngoài Chống Đóng
Hoạt động của cầu chì là nguyên nhân của hầu hết các điện áp quá mức khi chuyển mạch. Việc lắp đặt chống đóng có thể hạn chế hiệu quả các điện áp quá mức khi đóng đường dây và đóng lại một pha. Cầu chì khí nổ SF₆ 550/800PMSF₆ do Công ty ABB sản xuất được sử dụng trong công ty chúng tôi có chống đóng bao gồm các tấm điện trở silicon carbide xếp chồng. Theo hướng dẫn của nhà sản xuất, nhiệt lượng của chống đóng là như sau: khi đóng 4 lần ở 1,3 lần điện áp pha định mức, khoảng thời gian giữa hai lần đầu tiên là 3 phút, và khoảng thời gian giữa hai lần cuối cùng là 3 phút; khoảng thời gian giữa hai nhóm thử nghiệm (trước và sau) không vượt quá 30 phút.
Cầu chì có cấu trúc ngắt chuỗi, bao gồm 3 ngắt chính, 1 ngắt phụ, và chống đóng kết hợp, như được hiển thị trong Hình 2. Đặc điểm chính của cấu trúc ngắt chuỗi là trong quá trình đóng cầu chì, ngắt phụ đóng sau ngắt chính trong buồng dập hồ quang, và trong quá trình mở, ngắt phụ cũng tách ra sau ngắt chính trong buồng dập hồ quang.
Tức là, trình tự hành động của ngắt phụ là đóng sau và mở sau. Nguyên lý làm việc của nó là như sau: khi đóng, ngắt chính đóng trước, tạo thành mạch dẫn dòng điện nối tiếp với chống đóng, và chống đóng được kết nối. Sau khoảng 8-11 ms (theo hướng dẫn của nhà sản xuất), mạch dẫn dòng điện được tạo thành thông qua tiếp điểm đóng của ngắt phụ, làm ngắn mạch chống đóng; khi mở, ngắt chính tách ra trước, mở mạch dòng điện chính, và sau đó ngắt phụ tách ra.
Do đó, ngắt phụ mang dòng điện định mức và dòng điện ngắn mạch khi mở. Sau khi pha B mở cơ học, chống đóng được kết nối vào mạch. Do hồ quang giữa các ngắt pha B kéo dài 317 ms qua chống đóng, và dòng điện hồ quang khoảng 1620 A, theo tính toán, nhiệt lượng mà chống đóng phải chịu lớn hơn công suất định mức. Điều này đã dẫn đến nhiệt lượng vượt quá giới hạn của vòng kết nối giữa chống đóng và ngắt phụ, cuối cùng gây chảy, phóng điện đến vòng phân chia bên ngoài, dẫn đến phá vỡ vòng phân chia và đen hóa chống đóng.
Phân tích Nguyên nhân Hoạt động của Bảo vệ Sự cố Cầu chì
Trong bảo vệ sự cố cầu chì, khi phần tử dòng điện được kích hoạt và đáp ứng tiêu chí bảo vệ sự cố, bảo vệ sự cố sẽ được khởi động miễn là tín hiệu nhập cắt từ bảo vệ được nhận và dòng điện pha tương ứng lớn hơn 0,05 In.
Như có thể thấy từ báo cáo của 7522, từ 775 ms khi thiết bị bảo vệ PRS - 721S của màn hình bảo vệ cầu chì 7522 nhận tín hiệu cắt ba pha từ thiết bị bảo vệ IRC - 931BM của bảo vệ tuyến Jingchuan II, đến 925 ms khi nó cắt cầu chì địa phương do sự cố, và đến 1025 ms khi nó cắt cầu chì liền kề do sự cố, với độ trễ 0,15 s để cắt cầu chì địa phương và 0,25 s để cắt cầu chì liền kề, phù hợp với logic hoạt động của bảo vệ sự cố, và bảo vệ hoạt động đúng, như được hiển thị trong Hình 3. Trong dạng sóng, có thể thấy rằng mặc dù tiếp điểm vị trí cắt pha B của 7522 đã trở lại tại 825 ms, vẫn còn dòng điện (hồ quang) chảy giữa tiếp xúc di chuyển và tiếp xúc tĩnh.
Kết luận
Do sự biến dạng nghiêm trọng của dòng điện sự cố, dạng sóng dịch chuyển sang phía dưới trục thời gian. Thực tế rằng dạng sóng không đi qua không trong thời gian dập hồ quang hiệu quả của cầu chì là nguyên nhân chính khiến hồ quang không tắt. Sự thất bại trong việc phục hồi cách điện khe sau khi cầu chì mở và sự suy giảm hiệu suất dập hồ quang của khí SF₆ là nguyên nhân phụ khiến hồ quang không tắt.
Hồ quang không tắt và khí dư bị đẩy ra khỏi buồng dập hồ quang, mang theo hồ quang, là nguyên nhân chính khiến thanh cách điện và vỏ ngoài của tụ điện bị đen.
Sau khi pha B mở cơ học, chống đóng được kết nối vào mạch. Do hồ quang giữa các ngắt pha B chảy qua chống đóng trong 317 ms, nhiệt lượng đã gây ra sự phá vỡ nhiệt lượng của kết nối giữa chống đóng và ngắt phụ, cuối cùng dẫn đến chảy, phóng điện đến vòng phân chia bên ngoài, dẫn đến phá vỡ vòng phân chia và đen hóa chống đóng.
Sự tồn tại của dòng điện hồ quang ở pha B và sự tuân thủ logic hoạt động của bảo vệ sự cố cầu chì là nguyên nhân chính khiến busbar bị cắt.
