Analyse af årsagerne til isoleringsnedbrydning fejl i SF6-brydere i åben tilstand

GIS (Gas Isolerede Skifter) anvender SF₆-gas som både isolerings- og bueudslukningsmedium. Det har flere fordele, såsom lille fodaftryk, høj pålidelighed, fremragende sikkerhed og bekvem vedligeholdelse. SF₆-kredsløbsbryderen, som er en integreret del af GIS-udstyret, har en dominerende position i spændingsniveauer på 110 kV og over.

Denne artikel detaljerer en fejl, der opstod under strømproduktion og synkronisering af enhed 1 i en bestemt kraftværk. Specifikt, da 220 kV SF₆-kredsløbsbryderen 2201 på den højspændingsside af hovedtransformator var i åben tilstand, blev isolationen af fase C nedbrudt. Dette førte til, at kredsløbsbryderens fejlbeskyttelse og negativ sekvensstrøm-beskyttelsen blev aktiveret, hvilket resulterede i, at enhedens opstart og netforbindelse mislykkedes.

1 Hændelsesgang og behandlingsprocedure

Under opstarten af strømproduktion for enhed 1 og den efterfølgende synkroniseringsproces rapporterede overvågningssystemet aktivering af kredsløbsbryderfejlbeskyttelsen, virkning af invers tid negative sekvensstrøm-beskyttelsen, udløsning af elektrisk beskyttelse og undervoltagemeldinger for 220 kV linje Jia og Yi. Der var ingen andre beskyttelsesalarmer for enheden.

Enhed 1 udførte nedlukningsproceduren. 220 kV skifter 2211 for linje Jia og Yi udløste, og skifteren for hjælpestrøm-transformator (2200 Jia) udløste også, mens selvkoblingsenheden for hjælpestrøm blev aktiveret. Efter konfirmation med nettets koordineringspersonale blev det fastsat, at der ikke var fejl i 220 kV linje Jia og Yi. Initiativt blev det vurderet, at hovedkredsløbsbryder 2201 havde en fejl.

Når 2201 kredsløbsbryder blev åbnet for inspektion, blev en stor mængde støv og andre vedhæftninger fundet ved knækningen af buedempningskammeret i fase C af 2201 kredsløbsbryderen, der var spredt indeni gasrummet. Der var ingen tydelige kortslutningspunkter på overfladen af kredsløbsbryderen, og der blev ikke registreret nogen jordet kortslutningsfænomen for kredsløbsbryderen. Initiativt blev det analyseret og vurderet, at isolationen mellem knækpunkterne i fase C af 2201 kredsløbsbryderen var nedbrudt.

For at sikre sikkert og stabil drift af enheden og gennemføre en ulykkesanalyse, blev de tre faser af 2201 kredsløbsbryderen ensartet erstattet. Relevante elektriske forebyggende tester og enhedens manuelle opstart, nul-spændingsstigning og netforbindelsetests blev gennemført.

2 Analyse af beskyttelsesvirksomhed

Ved at undersøge fejl-oscillogrammet for enhed 1, findes det, at når beskyttelsen virker, er enhed 1 stadig i synkroniseringsprocessen, og denne proces varer i 25 sekunder (den normale synkroniseringslukningstid er omkring 80 sekunder), og ingen synkroniseringslukningskommando udsendes i denne periode. Herefter ved at kontrollere beskyttelses-oscillogrammet for generator-transformator-enheten, opdages det, at der er strøm i fase B og C på lavspændingssiden af hovedtransformator, mens der ikke er strøm i fase A (transformatorens kabelføring er Yｎ／Ｄ１１).

Den ubalanceværdi af invers tid negative sekvens-overstrømning for enhed 1 under strømproduktion overstiger tærsklen og akkumulerer til at udløse udløsningssektionen, hvilket får beskyttelsen til at udløse. Invers tid negative sekvens-overstrømning-beskyttelsen for enhed 1 under strømproduktion udløser 2201 kredsløbsbryder. Da kredsløbsbryderen stadig er i åben tilstand i dette øjeblik, er den ikke i stand til at afbryde nedbrydelsesstrømmen i fase C. I dette øjeblik modtager beskyttelsen RCS - 921A for 2201 kredsløbsbryderen fejlbeskyttelsessignalet, der blev initieret af tre-fase udløsning af generator-transformator-enheten. Samtidig er der strøm i fase C, der overstiger fejlindstillingsværdien, og fejlbeskyttelsen virker, hvilket får enhed 1 til at udføre nedlukningsproceduren. Fejlbeskyttelsen virker til at fjernudløse 220 kV linje Jia og Yi 2211 kredsløbsbryder gennem linjebeskyttelsen RCS - 931AM. Derfor er denne beskyttelsesvirksomhed forårsaget af nedbrydelsen af knækpunktet i 2201 kredsløbsbryder, når den ikke lukker, og alle beskyttelsesvirksomheder er korrekte.

3 Analyse af fejlårsagen

Da fejlen opstod, havde spændingen på generator-siden af enheden nået den nominerede værdi, men den ledbare del af skifteren var ikke lukket. I dette øjeblik nåede spændingen over skifteren sit maksimale niveau. Før isolationen af knækpunktet i fase C af 2201 kredsløbsbryder nedbrød, udsendte overvågningssystemet ikke alarm for lav tryk i SF₆-gasrummet, og på stedet viser inspektion, at SF₆-tæthedsrelæerne alle var i grønt område.

Det samlede antal operationer for 2201 kredsløbsbryder er 535, hvilket er langt fra den designerede nominerede antal operationer, der er 5000. Baseret på data fra fejl-oscillogrammet på stedet, den faktiske tilstand af den defekte kredsløbsbryder, og relevante vedligeholdelsesdata for kredsløbsbryderen for enhed 1, er de mulige årsager til nedbrydelsen af isolationen mellem knækpunkterne i fase C af 2201 kredsløbsbryderen følgende:
(1) Der er strukturelle problemer inde i buedempningskammeret for fase C kredsløbsbryder. De interne komponenter kan være løse, hvilket resulterer i udslip og nedbrydelse mellem portene.
(2) Der er rensningsproblemer i buedempningskammeret for fase C kredsløbsbryder. Under flere operationer af kredsløbsbryderen dannes en udslipkanal gradvist, hvilket resulterer i nedbrydelse af isolationen.
(3) Der er materialeproblemer med knækpunktet for fase C kredsløbsbryder. Ukorrekt brug af knækpunktets materiale resulterer i, at urenheder dannes under kredsløbsbryderens drift og bliver ved med at sidde på ydersiden af porten i lang tid. Gradvist dannes en udslipkanal, hvilket til sidst fører til nedbrydelse af isolationen mellem knækpunkterne.

Det defekte buedempningskammer for fase C transporteres tilbage til fabrikken for nedtagning og analyse. Samtidig transporteres enten det ikke-defekte fase A eller fase B (ethvert enkelt fase) tilbage til fabrikken for nedtagning og sammenlignende analyse. Konklusionen i analysen er, at der opstår udslip mellem kontakterne A og B i buedempningskammeret.

4 Forebyggende foranstaltninger

Styrk indkøb og brug af SF₆-gas, og udfør arbejdet strengt i overensstemmelse med kravene i driftsinstruktionen og vedligeholdelsesregler under vedligeholdelsesoperationen. Under udskiftning og installation af buedempningskammeret skal effektive støvforebyggende foranstaltninger træffes. Når huller, dæk osv. åbnes, skal støvdæk anvendes til sigillering. Hvis installationsstedsmiljøet er dårligt og der er en stor mængde støv, skal installationen stoppes.

5 Konklusion

Verdensover hele er der ikke opstået en sådan fejl for denne type kredsløbsbryder, når den er i åben position. Denne fejl kan tilskrives en tilfældig tilfældighed eller, mere sandsynligt, påvirkende faktorer ud over normale statistiske fejl. Dette kraftværk er et pumpe-lagerkraftværk, og enheden skifter ofte mellem strømproduktion og pumpebetingelser hver dag med mange operationer, hvilket gør direkte sammenligning umulig. For en dybere undersøgelse bør transiente optegnere installeres på begge sider af kredsløbsbryderen for at søge efter mulige årsager baseret på resultaterne af langsigtede observationer.