Analýza příčin poruch průrazu izolace v disjektorech SF6 ve stavu otevřeném

GIS (plynově izolované přepínače) využívá plyn SF₆ jako izolační a uhašovací médium. Nabízí několik výhod, jako je malá plocha, vysoká spolehlivost, vynikající bezpečnost a snadná údržba. Plynový obvodní přerušovač SF₆, který je nedílnou součástí GIS zařízení, zaujímá dominantní postavení na napěťových úrovních 110 kV a vyšších.

Tento článek podrobně popisuje poruchu, která se stala během procesu generování energie a synchronizace jednotky 1 v určité elektrárně. Konkrétně, když byl 220 kV plynový obvodní přerušovač SF₆ 2201 na vysokonapěťové straně hlavního transformátoru v otevřeném stavu, došlo k průrazu izolace fáze C. V důsledku toho byla aktivována ochrana před selháním přerušovače a ochrana proti negativnímu posloupnému proudu, což vedlo k selhání startu a připojení jednotky k síti.

1 Průběh události a postup řešení

Během startu generování energie jednotky 1 a následného synchronizačního procesu systém monitorování nahlásil aktivaci ochrany před selháním přerušovače, funkci inverzního času ochrany proti negativnímu posloupnému proudu, spuštění elektrické ochrany a zprávy o podnapětí na 220 kV vedení Jia a Yi. Nebyly zaznamenány žádné další ochranné alarmy pro jednotku.

Jednotka 1 provedla postup vypnutí. 220 kV přepínač 2211 vedení Jia a Yi vyklopil, stejně jako přepínač pomocného transformátoru (2200 Jia), a bylo aktivováno zařízení pro automatické přepínání pomocného zdroje. Po konzultaci s dispečerskými pracovníky bylo zjištěno, že v 220 kV vedení Jia a Yi nebyly žádné poruchy. Počáteční analýza ukázala, že má hlavní přerušovač 2201 vadu.

Při otevření přerušovače 2201 pro kontrolu bylo nalezeno velké množství prachu a jiných příloženin na místě průrazu uhašovací komory fáze C přerušovače 2201, které byly rozprostřeny uvnitř plynné komory. Na povrchu přerušovače nebyly zřetelné body krátkého spojení a nebyl zjištěn žádný jev krátkého spojení s zemí přerušovače. Počáteční analýza a hodnocení ukázala, že došlo k průrazu izolace mezi přerušovacími body fáze C přerušovače 2201.

Pro zajištění bezpečného a stabilního provozu jednotky a provedení analýzy nehody byly jednotně vyměněny všechny tři fáze přerušovače 2201. Byly provedeny příslušné elektrotechnické preventivní zkoušky a ruční start, zkouška nulového napětí a zkouška připojení k síti jednotky.

2 Analýza akce ochrany

Zkoumáním oscilografu poruchy jednotky 1 bylo zjištěno, že při akci ochrany se jednotka 1 nachází stále v synchronizačním procesu, který trvá 25 sekund (normální doba synchronizačního zapnutí je asi 80 sekund), a během této doby není vydán žádný příkaz k synchronizačnímu zapnutí. Následně bylo zjištěno, že při kontrole oscilografu ochrany generátor-transformátorové jednotky je průtok ve fázích B a C na nízkonapěťové straně hlavního transformátoru, zatímco ve fázi A není žádný průtok (spojení transformátoru je Yｎ／Ｄ１１).

Nesrovnalost inverzního času negativního posloupného proudu při generování energie jednotkou 1 překročila hranici a kumulativně aktivovala část tripping, což vedlo k spuštění ochrany. Inverzní čas negativního posloupného proudu při generování energie jednotkou 1 spustil přerušovač 2201. Protože přerušovač byl v tomto okamžiku stále otevřen, nebyl schopen odseknout průrazový proud fáze C. V tomto okamžiku ochrana RCS - 921A přerušovače 2201 přijala signál ochrany před selháním iniciovaný třífázovým trippingem generátor-transformátorové jednotky. Zároveň byl průtok ve fázi C, který překročil nastavenou hodnotu ochrany před selháním, a ochrana před selháním spustila, což vedlo k provedení postupu vypnutí jednotky 1. Ochrana před selháním spustila vzdálené tripping 220 kV vedení Jia a Yi 2211 přerušovače prostřednictvím ochrany RCS - 931AM. Tato akce ochrany byla způsobena průrazem přerušovacího bodu přerušovače 2201, když se nepodařilo uzavřít, a všechny akce ochrany byly správné.

3 Analýza příčiny poruchy

Když došlo k poruše, napětí na straně generátoru jednotky dosáhlo nominální hodnoty, ale vodičová část přepínače nebyla uzavřena. V tomto okamžiku napětí napříč přepínačem dosáhlo své maximální hodnoty. Před průrazem izolace přerušovacího bodu fáze C přerušovače 2201 systém monitorování nevydal žádné upozornění na nízké tlak v plynné komoře SF₆, a místní kontrola ukázala, že indikátory hustoty SF₆ jsou všechny v zelené zóně.

Celkový počet operací přerušovače 2201 je 535, což je daleko od navrženého nominálního počtu operací, který činí 5000. Na základě dat z místního oscilografu poruchy, skutečného stavu vadného přerušovače a příslušných údržbových dat přerušovače jednotky 1 byly předběžně analyzovány možné příčiny průrazu izolace mezi přerušovacími body fáze C přerušovače 2201 následovně:
(1) Existují konstrukční problémy uvnitř uhašovací komory fáze C přerušovače. Vnitřní komponenty mohou být volné, což vede ke výboji a průrazu mezi porty.
(2) Existují problémy s nečistotami uvnitř uhašovací komory fáze C přerušovače. Během opakovaných operací přerušovače se postupně tvoří kanál výboje, což vede k průrazu izolace.
(3) Existují materiálové problémy s přerušovacím bodem fáze C přerušovače. Nesprávné použití materiálu přerušovacího bodu vede k vytváření nečistot během provozu přerušovače, které se dlouhodobě přilepí na vnější povrch portu. Postupně se tvoří kanál výboje, což nakonec vede k průrazu izolace mezi přerušovacími body.

Vadná uhašovací komora fáze C byla transportována zpět do továrny pro rozebrání a analýzu. Zároveň byla buď nefunkční fáze A nebo fáze B (libovolná jedna fáze) transportována zpět do továrny pro rozebrání a srovnávací analýzu. Závěr analytického zprávy je, že došlo k výboji mezi kontakty A a B uhašovací komory.

4 Preventivní opatření

Posílit správu zakoupení a používání plynu SF₆ a přísně dodržovat práci podle požadavků operačního návodu a údržbového předpisu během údržbového procesu. Během výměny a instalace uhašovací komory by měla být provedena efektivní ochrana proti prachu. Když jsou otevřeny otvory, víka atd., by měla být použita prachová pokrývka. Pokud je prostředí instalace špatné a obsahuje velké množství prachu, by měla být instalace zastavena.

5 Závěr

Po celém světě se taková porucha u tohoto typu přerušovače, když je v otevřeném stavu, nestala. Tuto poruchu lze připsat náhodnému shode, nebo, co je pravděpodobnější, faktorům, které přesahují normální statistické poruchy. Tato elektrárna je pumpovací elektrárna, a jednotka denně často přepíná mezi režimem generování a pumpování s velkým počtem operací, což nedovoluje přímé srovnání. Pro hlubší vyšetřování by měly být instalovány přechodné záznamové zařízení na obou stranách přerušovače, aby bylo možné hledat možné příčiny na základě výsledků dlouhodobého pozorování.