Анализ на причините за повреди в изолацията на SF6 прекъсвачи в отворено състояние

GIS (газово изолирано комутационно устройство) използва SF₆ газ като изолиращ и прекъсващ средство. Разполага с няколко предимства, такива като малка площ, висока надеждност, отлична безопасност и удобно поддръжка. Прекъсвателят с SF₆, като важна част от оборудването GIS, заема доминираща позиция при напрежения от 110 кV и по-високо.

Тази статия детайлно описва дефект, който се е случил по време на процеса на генериране на електроенергия и синхронизация на Агрегат 1 в определена електроцентрала. По-специално, когато 220 kV прекъсвател с SF₆ 2201 на високонапрежената страна на главния трансформатор беше в отворено състояние, изолацията на фаза C беше разрушена. В резултат на това се активираха защитата срещу неуспешно действие на прекъсвателя и защитата срещу отрицателна последователност на тока, което доведе до провал на стартирането и присъединяването на агрегата към мрежата.

1 Процес на инцидента и процедура за обработка

По време на стартирането на генериране на електроенергия на Агрегат 1 и последващия процес на синхронизация, системата за наблюдение докладва активиране на защитата срещу неуспешно действие на прекъсвателя, действие на обратнопропорционалната защита срещу отрицателна последователност на тока, спускане на електрическата защита и съобщения за недостиг на напрежение на линията 220 kV Jia и Yi. Нямали други сигнали за тревога от защитата на агрегата.

Агрегат 1 изпълни процедура за спиране. Прекъсвателят 2211 на линията 220 kV Jia и Yi спря, както и прекъсвателят на въспомогателния трансформатор (2200 Jia), докато устройството за автоматично свързване на въспомогателната енергия беше активирано. След консултация с персонала за управление на мрежата, беше установено, че няма дефекти в линията 220 kV Jia и Yi. Първоначално беше преценено, че основният прекъсвател 2201 има дефект.

Когато прекъсвателят 2201 беше отворен за проверка, бяха открити големи количества прах и други прилепнали частици в разцепленията на изгарящата камера на фаза C на прекъсвателя 2201, които бяха разпръснати в газовата камера. На повърхността на прекъсвателя не бяха открити очевидни точки на кратко замыкание и не беше установено явление на кратко замыкание към земята. Първоначално беше анализирано и преценено, че изолацията между разцепленията на фаза C на прекъсвателя 2201 е била разрушена.

За да се осигури безопасната и стабилна работа на агрегата и да се проведе анализ на аварията, трите фази на прекъсвателя 2201 бяха единнично заменени. Бяха проведени съответни електрически профилактични тестове и ръчно стартиране, повишаване на напрежението до нула и тестове за присъединяване към мрежата.

2 Анализ на действието на защитата

Чрез изследване на осцилограмата на дефекта на Агрегат 1, беше установено, че когато защитата действа, Агрегат 1 все още е в процеса на синхронизация, който продължава 25 секунди (нормалното време за синхронизирано затваряне е около 80 секунди), и по време на този период не се издава команда за синхронизирано затваряне. След това, чрез проверка на осцилограмата на защитата на генератор-трансформаторния блок, беше открито, че има ток в фаза B и C на нисконапреженната страна на главния трансформатор, докато в фаза A няма ток (конфигурацията на трансформатора е Yｎ／Ｄ１１).

Небалансът на обратнопропорционалната отрицателна последователност на тока на Агрегат 1 по време на генериране на електроенергия надхвърля прага и се натрупа, за да активира спускащия сегмент, причинявайки спускане на защитата. Обратнопропорционалната отрицателна последователност на тока на Агрегат 1 по време на генериране на електроенергия спуска прекъсвателя 2201. Тъй като прекъсвателят все още е в отворено състояние, той не може да прекъсне тока на фаза C. В този момент, защитата RCS - 921A на прекъсвателя 2201 приема сигнала за неуспешно действие, иницииран от трифазното спускане на генератор-трансформаторния блок. Едновременно, има ток в фаза C, който надхвърля прага за неуспешно действие, и защитата за неуспешно действие действа, причинявайки Агрегат 1 да изпълни процедура за спиране. Защитата за неуспешно действие действа, за да спусне прекъсвателя 2211 на линията 220 kV Jia и Yi чрез защитата на линията RCS - 931AM. Следователно, това действие на защитата е причинено от разрушаването на изолацията на разцепленията на прекъсвателя 2201, когато той не успее да се затвори, и всички действия на защитата са правилни.

3 Анализ на причината за дефекта

Когато дефектът се случи, напрежението на страната на генератора на агрегата достигнало номиналната стойност, но проводимата част на ключа не била затворена. В този момент, напрежението през ключа достигнало максималната си стойност. Преди изолацията на разцепленията на фаза C на прекъсвателя 2201 да бъде разрушена, системата за наблюдение не издала аларма за ниско налягане в камерата с SF₆ газ, а местната проверка показвала, че реле за плътност на SF₆ са в зелената зона.

Общият брой операции на прекъсвателя 2201 е 535, което е далеч от проектираната номинална бройка, която е 5000. На основата на данните от местната осцилограма на дефекта, реалното състояние на дефектния прекъсвател и съответните данни за поддръжка на прекъсвателя на Агрегат 1, възможните причини за разрушаването на изолацията между разцепленията на фаза C на прекъсвателя 2201 са предварително анализирани както следва:
(1) Има конструктивни проблеми в изгарящата камера на фаза C. Вътрешните компоненти може да са разкривени, което води до разряд и разрушаване между портовете.
(2) Има проблеми с примеси в изгарящата камера на фаза C. По време на многократни операции на прекъсвателя, се формира постепенно канал за разряд, което води до разрушаване на изолацията.
(3) Има проблеми с материалите на разцепленията на фаза C. Неправилното използване на материала на разцепленията причинява генериране на примеси по време на работата на прекъсвателя, които се прилепват към външната повърхност на портовете за дълго време. Постепенно, се формира канал за разряд, което в крайна сметка води до разрушаване на изолацията между разцепленията.

Дефектната изгаряща камера на фаза C е превозвана обратно в завод за разбор и анализ. Едновременно, или невиновната фаза A, или B (който и да е един фаз) се превозва обратно в завод за разбор и сравнителен анализ. Заключението на аналитичния доклад е, че разряд се случва между контактите A и B на изгарящата камера.

4 Предупредителни мерки

Усилено управление на закупуването и използването на SF₆ газ, стриктно изпълнение на работата в съответствие с изискванията на инструкцията за изпълнение и регламентите за поддръжка по време на процеса на поддръжка. По време на замяна и монтаж на изгарящата камера, трябва да се предприемат ефективни мерки за предотвратяване на прах. Когато се отварят отвори, капаци и т.н., трябва да се използват покривки за запечатване. Ако околната среда на място за монтаж е лоша и има голямо количество прах, монтажът трябва да бъде спрян.

5 Заключение

В световен мащаб, такъв дефект в този вид прекъсвател, когато е в отворено състояние, не се е случвал. Този дефект може да бъде приписан на случайно съвпадение или, по-вероятно, влиянието на фактори, които излизат извън нормалните статистически дефекти. Тази електроцентрала е насосно-акумулативна, и агрегатът често преминава между условията на генериране и насочване на енергия всеки ден с голям брой операции, което прави невъзможно директното сравнение. За по-задълбочено изследване, трябва да се инсталират транзиентни записници от двете страни на прекъсвателя, за да се търсят възможни причини на основата на резултатите от дългосрочно наблюдение.