Anàlisi de les causes d'errors de trencament d'aïllament en interruptors de circuit SF6 en estat obert

El GIS (Gas Insulated Switchgear) utilitza el gas SF₆ com a mitjà d'aislament i extinció d'arc. Té diverses avantatges, com un peu de impressió petit, alta fiabilitat, excel·lent seguretat i manteniment convenient. El disjuntor SF₆, essent una part integral de l'equipament GIS, ocupa una posició dominant en nivells de tensió de 110 kV i superior.

Aquest article detalla un defecte que va ocorre durant el procés de generació d'energia i sincronització de la Unitat 1 en una certa central elèctrica. Específicament, quan el disjuntor SF₆ de 220 kV 2201 al costat de l'alta tensió del transformador principal estava en estat obert, es va produir una ruptura de l'aislament de la Fase C. Com a resultat, es van activar la protecció contra falles del disjuntor i la protecció de corrent negativa de seqüència, provocant la fallada de l'arrancada i la connexió a la xarxa de la unitat.

1 Procés de l'incident i procediment de gestió

Durant l'arrancada de la generació d'energia de la Unitat 1 i el posterior procés de sincronització, el sistema de monitorització va informar de l'activació de la protecció contra falles del disjuntor, l'operació de la protecció de corrent negativa de seqüència inversa, el salt de la protecció elèctrica, i els missatges de baixa tensió de la Línia Jia i la Línia Yi de 220 kV. No hi havia altres alarmes de protecció per a la unitat.

La Unitat 1 va executar el procediment de parada. El commutador de 220 kV 2211 de la Línia Jia i la Línia Yi va saltar, i també va saltar el commutador del transformador auxiliar de potència (2200 Jia), mentre que es va activar el dispositiu d'autocommutació de la alimentació auxiliar. Després de confirmar amb el personal de control i despach de la xarxa, es va determinar que no hi havia falles en la Línia Jia i la Línia Yi de 220 kV. Inicialment, es va jutjar que el disjuntor principal 2201 tenia un defecte.

Quan el disjuntor 2201 va ser obert per inspecció, es va trobar una gran quantitat de pols i altres adjunts a la fractura de la cambra d'extinció d'arc de la Fase C del disjuntor 2201, que estaven dispersos dins de la cambra de gas. No hi havia punts de curt-circuit evidents a la superfície del disjuntor, i no es va detectar cap fenomen de curt-circuit a terra del disjuntor. Inicialment, es va analitzar i jutjar que s'havia produït una ruptura de l'aislament entre els punts de ruptura de la Fase C del disjuntor 2201.

Per assegurar l'operació segura i estable de la unitat i realitzar una anàlisi de l'accident, es van reemplaçar de manera uniforme les tres fases del disjuntor 2201. Es van realitzar proves preventives elèctriques rellevants i es van portar a terme tests d'arrancada manual, elevació de tensió zero, i connexió a la xarxa de la unitat.

2 Anàlisi de l'acció de la protecció

Examinant l'oscillograma de la falla de la Unitat 1, es va descobrir que quan actua la protecció, la Unitat 1 encara està en el procés de sincronització i aquest procés dura 25 segons (el temps normal de tancament de sincronització és d'uns 80 segons), i no es va emetre cap ordre de tancament de sincronització durant aquest període. Posteriorment, examinant l'oscillograma de protecció de la unitat generador-transformador, es va descobrir que hi ha corrent en la Fase B i la Fase C al costat de baixa tensió del transformador principal, mentre que no hi ha corrent en la Fase A (la configuració de connexió del transformador és Yｎ／Ｄ１１).

El valor desequilibrat de la sobrecorrent negativa de seqüència inversa de la Unitat 1 durant la generació supera el llindar i s'acumula per disparar la secció de salt, causant que la protecció salti. La protecció de sobrecorrent negativa de seqüència inversa de la Unitat 1 fa saltar el disjuntor 2201. Com que el disjuntor encara està en estat obert en aquest moment, no pot tallar la corrent de ruptura de la Fase C. En aquest moment, la protecció RCS - 921A del disjuntor 2201 rep la senyal de protecció contra falles iniciada pel salt de les tres fases de la unitat generador-transformador. Alhora, hi ha corrent en la Fase C, que supera el valor de configuració de falla, i la protecció contra falles actua, fent que la Unitat 1 executi el procediment de parada. La protecció contra falles actua per fer saltar remotament el disjuntor 2211 de la Línia Jia i la Línia Yi de 220 kV a través de la protecció de línia RCS - 931AM. Per tant, aquesta acció de protecció és causada per la ruptura del punt de ruptura del disjuntor 2201 quan no s'ha pogut tancar, i totes les accions de protecció són correctes.

3 Anàlisi de la causa del defecte

Quan es produeix la falla, la tensió al costat del generador de la unitat ha assolit el valor nominal, però la part conductora del commutador encara no s'ha tancat. En aquest moment, la tensió a través del commutador arriba al seu valor màxim. Abans de la ruptura de l'aislament del punt de ruptura de la Fase C del disjuntor 2201, el sistema de monitorització no emet cap alerta de baixa pressió a la cambra de gas SF₆, i l'inspecció in situ mostra que els relays de densitat de SF₆ estan tots dins de la zona verda.

El nombre total d'operacions del disjuntor 2201 és de 535 vegades, que està lluny del nombre de operacions de disseny nominal, que és de 5000 vegades. Basant-se en les dades de l'oscillograma de la falla in situ, l'estat real del disjuntor defectuós i les dades de manteniment rellevants del disjuntor de la Unitat 1, es prenen en consideració les possibles causes de la ruptura de l'aislament entre els punts de ruptura de la Fase C del disjuntor 2201 com segueix:
(1) Hi ha problemes estructurals dins de la cambra d'extinció d'arc de la Fase C. Les components internes poden estar alliberades, resultant en descàrregues i ruptures entre els ports.
(2) Hi ha problemes d'impuretes a la cambra d'extinció d'arc de la Fase C. Durant múltiples operacions del disjuntor, es forma gradualment un canal de descàrrega, causant una ruptura de l'aislament.
(3) Hi ha problemes de material al punt de ruptura de la Fase C. L'ús inadequat del material del punt de ruptura provoca la generació d'impuretes durant l'operació del disjuntor i s'adhereixen a la superfície exterior del port durant molt de temps. Gradualment, es forma un canal de descàrrega, finalment conduint a una ruptura de l'aislament entre els punts de ruptura.

La cambra d'extinció d'arc defectuosa de la Fase C es transporta de tornada a la fàbrica per a desmuntatge i anàlisi. Alhora, o bé la Fase A sense defectes o la Fase B (qualsevol fase) es transporta de tornada a la fàbrica per a desmuntatge i anàlisi comparativa. La conclusió del informe d'anàlisi és que es produeix una descàrrega entre els contactes A i B de la cambra d'extinció d'arc.

4 Mesures preventives

S'ha de fortalecer la gestió de l'adquisició i ús del gas SF₆, i s'han de realitzar estrictament les tasques d'acord amb els requisits del manual d'instruccions d'operació i les normes de manteniment durant el procés d'operació de manteniment. Durant el reemplaçament i instal·lació de la cambra d'extinció d'arc, s'han de prendre mesures efectives de prevenció de pols. Quan s'obre forats, cobertes, etc., s'han d'utilitzar cobertes de pols per a la sellat. Si l'entorn d'instal·lació és deficient i hi ha una gran quantitat de pols, s'ha de parar l'instal·lació.

5 Conclusió

A nivell mundial, no s'ha produït aquest tipus de falla en aquest tipus de disjuntor quan està en posició oberta. Aquesta falla es pot atribuir a una coincidència accidental o, més probablement, a factors d'influència més enllà de les falles estadístiques normals. Aquesta central elèctrica és una central d'almacenament de bombament, i la unitat canvia freqüentment entre les condicions de generació d'energia i de bombeig cada dia amb un gran nombre d'operacions, fent impossible una comparació directa. Per a una investigació més a fons, s'haurien d'instal·lar registradors transitoris a ambdós costats del disjuntor per buscar causes possibles basant-se en els resultats d'observació a llarg termini.