การวิเคราะห์ปัญหาการชำรุดของเบรกเกอร์วงจร SF6 ในสถานีไฟฟ้าแรงสูง 750 kV

Felix Spark

ฟิลด์: การล้มเหลวและการบำรุงรักษา

China

เนื่องจากคุณสมบัติการฉนวนไฟฟ้าที่ดีและความสามารถในการดับอาร์กของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆) จึงได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้าแรงสูงและแรงสูงมาก เมื่อเทียบกับวงจรป้องกันแบบดั้งเดิม วงจรป้องกัน SF₆ มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาและการโหลดเพิ่มขึ้น ปัญหาของวงจรป้องกัน SF₆ จะเริ่มปรากฏขึ้น โดยเฉพาะปัญหาการชำรุดเสียหายจากการแตกหัก ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อการทำงานอย่างปลอดภัยของระบบสายส่งไฟฟ้า ปัญหาการแตกหักไม่เพียงแต่ทำลายอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังอาจนำไปสู่การขาดแคลนไฟฟ้าในวงกว้างและส่งผลกระทบต่อความมั่นคงของระบบสายส่งไฟฟ้า เมื่อเกิดเหตุขึ้น พร้อมกับอาร์กและอุณหภูมิสูง อาจทำให้วัสดุฉนวนภายในและชิ้นส่วนโลหะเสียหาย และอาจทำให้เกิดไฟไหม้และระเบิดได้ ดังนั้น การศึกษากลไกการชำรุดเสียหายจากการแตกหักของวงจรป้องกัน SF₆ ระบุสาเหตุหลัก และเสนอมาตรการป้องกัน เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการรับรองการทำงานอย่างปลอดภัยของระบบไฟฟ้า

ปัจจุบัน นักวิชาการทั้งในและต่างประเทศได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับกลไกการชำรุดเสียหายของวงจรป้องกัน SF₆ โดยเน้นไปที่ด้านการทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้า การวิเคราะห์การเสื่อมสภาพของวัสดุ และการจำลองการกระจายสนามไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนของวงจรป้องกัน SF₆ และการเกี่ยวข้องของปัจจัยหลาย ๆ อย่าง งานวิจัยที่มีอยู่ยังมีข้อจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการชำรุดเสียหายจากการแตกหักในการทำงานจริง เนื่องจากข้อจำกัดของสภาพแวดล้อมในสถานที่และการลำบากในการแยกอุปกรณ์ ทำให้ขาดการวิจัยที่เป็นระบบและครอบคลุม

ดังนั้น บทความนี้ทำการวิเคราะห์อย่างครอบคลุม รวมถึงการตรวจสอบเหตุข้างหน้า การวิเคราะห์การแยกอุปกรณ์ และการทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้า สำหรับการชำรุดเสียหายจากการแตกหักของวงจรป้องกัน SF₆ ในสถานีแปลงไฟฟ้าแห่งหนึ่ง เพื่อเปิดเผยกลไกการชำรุดเสียหายอย่างครบถ้วนและให้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์และความช่วยเหลือทางเทคนิคสำหรับการปรับปรุงการออกแบบ การดำเนินงานและการบำรุงรักษา และการป้องกันการชำรุดเสียหายของอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกันในอนาคต

(2) การตรวจวัดผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของแก๊ส SF₆ ปริมาณน้ำเล็กน้อย และความบริสุทธิ์

ได้ทำการทดสอบผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของแก๊ส SF₆ ปริมาณน้ำเล็กน้อย และความบริสุทธิ์ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายในสถานที่ ข้อมูลการทดสอบแสดงในตาราง 1 ตามการวิเคราะห์ผลการทดสอบ ผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของแก๊ส SF₆ และปริมาณน้ำเล็กน้อยในห้องดับอาร์กของเฟส C ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายเกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ใน "รหัสสำหรับการทดสอบการบำรุงรักษาตามสภาพของอุปกรณ์ส่งและแปลงไฟฟ้า" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, ปริมาณน้ำเล็กน้อย ≤ 300 μL/L) [5] ตรงกันข้าม ผลการทดสอบของห้องแก๊สของวงจรป้องกันที่เหลือทั้งหมดปกติโดยไม่พบความผิดปกติ จากข้อมูลดังกล่าว สามารถอนุมานเบื้องต้นได้ว่าอาจมีปัญหาการปล่อยประจุภายในห้องดับอาร์กของเฟส C ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหาย

ตาราง 1 ข้อมูลการทดสอบผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของแก๊ส SF₆ ปริมาณน้ำเล็กน้อย และความบริสุทธิ์

(3) การตรวจสอบความต้านทานฉนวนหลักของวงจรป้องกัน
ในการทดสอบความต้านทานฉนวนของเฟส C ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหาย ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนการดำเนินงานมาตรฐาน และต้องแน่ใจว่าวงจรป้องกันอยู่ในสถานะเปิดวงจร ระหว่างการทดสอบ ฝาปิดด้านหนึ่งจะต่อกราวน์ ในขณะที่แรงดันจะถูกนำมาใช้ที่อีกด้านหนึ่ง ด้วยวิธีนี้ สามารถประเมินประสิทธิภาพการฉนวนของทุกพอร์ตของวงจรป้องกัน รวมถึงระหว่างวงจรนำไฟฟ้าและเคส
จากการวิเคราะห์ข้อมูลการทดสอบ พบว่าประสิทธิภาพการฉนวนของเฟส C ของวงจรป้องกันโดยทั่วไปไม่เพียงพอ โดยเฉพาะปัญหาการฉนวนที่พอร์ตการแยกบนด้านบัส Ⅱ ของวงจรป้องกันเป็นที่น่าสนใจเป็นพิเศษ ข้อมูลการทดสอบแสดงในตาราง 2

ตาราง 2 ข้อมูลการทดสอบความต้านทานฉนวนที่พอร์ตการแยกบนด้านบัส Ⅱ ของวงจรป้องกัน

(4) การทดสอบความจุและค่าสูญเสียสื่อสารของคอนเดนเซอร์ขนานระหว่างพอร์ตการแยกของวงจรป้องกัน

ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบในสถานที่ เนื่องจากไม่สามารถทดสอบความจุของคอนเดนเซอร์ที่พอร์ตการแยกแต่ละตัวได้อย่างแยกกัน จึงใช้วิธีการทดสอบเปรียบเทียบความจุและค่าสูญเสียสื่อสารของคอนเดนเซอร์ขนานระหว่างพอร์ตการแยกของวงจรป้องกัน ABC ระหว่างการดำเนินการ ด้วยวงจรป้องกันอยู่ในสถานะเปิดวงจร วิธีการทดสอบระหว่างฝาปิด (การต่อเชิงบวก) และฝาปิด-ต่อกราวน์ (การต่อเชิงลบ) ได้ถูกใช้ในการทดสอบความจุและค่าสูญเสียสื่อสาร ข้อมูลการทดสอบแสดงในตาราง 3

ตาราง 3 ข้อมูลการทดสอบความจุและค่าสูญเสียสื่อสารของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหาย

จากการวิเคราะห์เปรียบเทียบตาราง 3 พบว่าค่าความจุที่ได้จากการทดสอบระหว่างฝาปิดเชิงบวกค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าจริง อย่างไรก็ตาม ด้วยผลกระทบจากความจุกระจัดกระจายภายในวงจรป้องกัน ยังมีความคลาดเคลื่อนระหว่างค่าที่วัดได้และค่าที่คำนวณได้ อย่างไรก็ตาม จากผลการทดสอบความจุขนานของพอร์ตการแยกระหว่างเฟส ABC ความแตกต่างของความจุระหว่างสามเฟสค่อนข้างน้อย ดังนั้น สามารถอนุมานเบื้องต้นได้ว่าสถานะของคอนเดนเซอร์ขนานของพอร์ตการแยกเฟส C อยู่ในภาวะปกติ

(5) การตรวจสอบภายในถังวงจรป้องกัน

ที่สถานที่จัดการกับเหตุข้างหน้า แก๊สของเฟส C ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายได้ถูกฟื้นฟูอย่างมืออาชีพ ต่อมา ได้ใช้เครื่องส่องดูภายในเพื่อทำการตรวจสอบอย่างลึกซึ้งภายในถัง หลังจากตรวจสอบอย่างละเอียด พบว่าตัวต้านทานการปิดที่ใกล้กับด้านบัส Ⅱ ได้เกิดการชำรุดเสียหาย เศษชิ้นส่วนของชิปต้านทานสีดำกระจายอยู่ที่ด้านล่างของถัง นอกจากนี้ ยังพบว่าท่อโพลีเตตราฟลูออโรเอธิลีนของตัวต้านทานการปิดหนึ่งตัวได้แตกและตกไปที่ด้านล่างของถัง

2.1.1 การตรวจสอบสวิตช์แยก

หลังจากการตรวจสอบอย่างละเอียดที่สถานที่ พบว่ามีรอยไหม้ที่ชัดเจนที่ส่วนปลายนิ้วอาร์กของตัวติดต่อเคลื่อนที่ทั้งสองด้านของเฟส C ของสวิตช์แยกทั้งสองด้านของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหาย ต่อมา ด้วยการควบคุมสวิตช์แยกเฟส C ที่สถานที่ กระบวนการทั้งหมดเป็นไปอย่างราบรื่นโดยไม่มีการติดขัด นอกจากนี้ ระหว่างการตรวจสอบ ยังพบว่าไม่มีการเชื่อมต่อระหว่างตัวติดต่อเคลื่อนที่และตัวติดต่อคงที่ หลังจากดำเนินการเปิดเสร็จสิ้น ได้ทำการตรวจสอบอย่างละเอียดต่อไปที่ฐานตัวติดต่อคงที่และปลายนิ้วอาร์ก แต่ไม่พบรอยไหม้ที่รุนแรง

2.1.2 การตรวจสอบอุปกรณ์รอง

เมื่อเวลา 12:31:50.758 วันที่ 18 มิถุนายน 2022 เฟส C ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายในสถานีแปลงไฟฟ้า 750kV ได้ถูกต่อกราวน์ หลังจากเกิดเหตุ ระบบป้องกันความแตกต่างของแสงไฟบนสายและระบบป้องกันความแตกต่างของ Bus 750kV บัส Ⅱ ทำงานอย่างถูกต้อง ผ่านการวิเคราะห์อย่างลึกซึ้งของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นและการทำงานของระบบป้องกัน Bus และระบบป้องกันสาย เมื่อสวิตช์แยกอยู่ในสถานะปิด (ระหว่างที่แรงดันระบบคงที่โดยไม่มีแรงดันเกิน) พบว่า Bus 750kV บัส Ⅱ จ่ายกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไปยังจุดที่เกิดเหตุ ควรสังเกตว่า CT₇ และ CT₈ ที่เกี่ยวข้องกับระบบป้องกัน Bus ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายไม่ได้ตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ตามการสังเกตนี้ ได้กำหนดว่าจุดที่เกิดเหตุควรอยู่ในพื้นที่ระหว่างวงจรป้องกัน CT₇ และ Bus นอกจากนี้ CT₁ และ CT₂ สำหรับระบบป้องกันสายตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น และค่าของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นกระแสไฟฟ้าหลัก 4.5kA ดังนั้น ได้สรุปเพิ่มเติมว่าจุดที่เกิดเหตุอยู่ในพื้นที่ระหว่าง CT₂ ของวงจรป้องกันที่ชำรุดเสียหายและพอร์ตการแยกบนด้านบัส Ⅱ ของวงจรป้องกัน การสรุปนี้สอดคล้องกับตำแหน่งของจุดที่เกิดเหตุที่พบจากการตรวจสอบภายในสถานที่

2.2 การตรวจสอบหลังการถอดแยก

ตามที่แสดงในรูปที่ 2 ระหว่างการตรวจสอบภายในถังในกระบวนการถอดแยกวงจรป้องกัน พบว่าชิ้นส่วนของตัวต้านทานการปิดและปลอกป้องกันกระจายอยู่รอบ ๆ บางชิ้นส่วนของชิปต้านทานของตัวต้านทานการปิดที่สี่ ซึ่งเชื่อมต่อขนานกับพอร์ตการแยกหลักบนด้านกลไกของวงจรป้องกัน ได้ระเบิด และปลอกป้องกันสองตัวที่สอดคล้องกันได้แตก End shield A ของตัวต้านทานแสดงร่องรอยของการสลายจากการปล่อยประจุที่ผนังภายในของถัง และ shield B ก็มีร่องรอยของการสลายจากการปล่อยประจุที่ A นอกจากนี้ ผิวของแท่งสนับสนุนฉนวนแสดงร่องรอยสีดำ ด้วยการตรวจสอบการประกอบ การทดสอบในโรงงาน และข้อมูลการติดตั้งในสถานที่ของวงจรป้องกัน และการตรวจสอบส่วนฉนวนหลัก ไม่พบความผิดปกติใด ๆ

3 การวิเคราะห์สาเหตุของเหตุข้างหน้า

จากการวิเคราะห์หลังการถอดแยก ได้สรุปว่า: ระหว่างกระบวนการปิดสวิตช์แยก end shield A ของตัวต้านทานปล่อยประจุไปยังผนังภายในของถัง ทำให้เกิดกระแสผิดปกติในตัวต้านทานการปิดที่สี่ สาม และสอง ต่อมา shield B ปล่อยประจุไปยัง A ทำให้ตัวต้านทานที่สองและสามเกิดการลัดวงจร และกระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่จะรวมอยู่ที่ตัวต้านทานที่สี่ ปรากฏการณ์นี้ทำให้อุณหภูมิของชิปต้านทานที่สี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สุดท้ายทำให้เกิดการระเบิด และปลอกป้องกันของตัวต้านทานแตกและหลุดออก ระหว่างกระบวนการปล่อยประจุ การสร้างอาร์กไฟฟ้าที่มีอุณหภูมิสูงทำให้ผิวของแท่งสนับสนุนฉนวนกลายเป็นสีดำ

วงจรป้องกันแบบถังสามารถทนแรงดันกระแทกจากฟ้าผ่าได้สูงถึง 2100kV ระหว่างกระบวนการปิดสวิตช์แยกตามปกติ แม้จะเกิดแรงดันเกิน แต่ภายใต้สภาพการทำงานปกติ แรงดันเกินในระดับนี้ไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นกลไกการปล่อยประจุของวงจรป้องกัน อย่างไรก็ตาม จากการวิเคราะห์อย่างลึกซึ้งและการอนุมาน ได้สงสัยเบื้องต้นว่าอาจมีวัตถุแปลกปลอมภายในถัง วัตถุแปลกปลอมเหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อการกระจายสนามไฟฟ้า ทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวและเกินกำลังทนทานของช่องว่างแก๊ส SF₆ ในกรณีนี้ end shield A ของตัวต้านทานอาจปล่อยประจุไปยังผนังภายในของถังก่อน ด้วยการพิจารณาว่าวัตถุแปลกปลอมภายในถังอาจซ่อนอยู่ในช่องว่างที่ไม่รู้สึก ระหว่างการปิดสวิตช์แยกที่มีไฟฟ้า แรงดันเกินที่เกิดขึ้น ภายใต้แรงของสนามไฟฟ้า อาจย้ายวัตถุแปลกปลอมไปยังพื้นที่ที่มีสนามไฟฟ้าแข็งแกร่ง ทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวและทำให้เกิดปรากฏการณ์การปล่อยประจุ

4 บทสรุป

เนื่องจากการใช้งานอุปกรณ์สวิตช์ขั้นสูงอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้า ทำให้เกิดเหตุข้างหน้า เช่น การทริปของวงจรป้องกันแบบถังและอุปกรณ์ GIS เนื่องจากวัตถุแปลกปลอมอย่างบ่อยครั้ง เพื่อป้องกันเหตุข้างหน้าเหล่านี้ จำเป็นต้องเพิ่มการตรวจวัดออนไลน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มความถี่ในการตรวจวัดวงจรป้องกันที่ทำงานอย่างบ่อยครั้ง นอกจากนี้ ระหว่างการยอมรับในสถานที่ ควรวิเคราะห์อย่างเข้มงวดว่าอุปกรณ์ได้ทำการทดสอบกลไก 200 ครั้งแล้วหรือไม่ เพื่อให้แน่ใจว่ากลไกได้รับการวิ่งเข้าสู่ระบบและป้องกันผลกระทบที่ไม่ดีของเศษโลหะต่อการทำงานของอุปกรณ์หลังจากการใช้งาน