ניתוח הגורמים לתיקול מפרקי המבודד במתגים מסוג SF6 במצב פתוח

ה-GIS (ציוד חשמל מבודד בגז) משתמש בגז SF₆ כחומר מבודד וכמדכאי קשת. הוא يتميز במספר יתרונות כגון שטח קטן, אמינות גבוהה, בטיחות טובה ותחזוקה נוחה. המנתק של גז ה-SF₆, שהוא חלק בלתי נפרד מהציוד של ה-GIS, מחזיק במיקום דומיננטי בדרגות מתח של 110 kV及以上。

מאמר זה מתאר תקלה שהתרחשה במהלך תהליך ייצור החשמל והסנכרון של יחידה מספר 1 בתחנת כוח מסוימת. ספציפית, כאשר מנתק ה-SF₆ של 220 kV מספר 2201 על הצד בעל המתח הגבוה של המנוע הראשי היה במצב פתוח, נשברת ההבדלה של פאזה C. כתוצאה מכך, פעלה הגנה על כשל המנתק והגנה על זרם סדרה שלילית, מה שהוביל לכישלון ההפעלה והחיבור לרשת של היחידה.

1 תהליך האירוע ואופן הטיפול בו

במהלך תהליך ההפעלה לייצור חשמל של יחידה מספר 1 והסנכרון הסבב אותו, דיווח מערכת הניטור על פעילות הגנה על כשל המנתק, פעילות הגנה על זרם סדרה שלילית הפוכה בזמן, פעולת הגנה חשמלית והתנפצות מתח של קו 220 kV ג'יה וקו יי. לא היו אזעקות הגנה נוספות עבור היחידה.

היחידה מספר 1 ביצעה את תהליך העצירה. המנוטרים 2211 של קו 220 kV ג'יה ויי התנפצו, והמנוטר של המנוע העזר (2200 ג'יה) גם התנפץ, בעוד שהמכשיר לעצירת עצמית של המאגר העזר הופעל. לאחר אישור עם אנשי השליטה והפצה ברשת, הוחלט שאין תקלות בקו 220 kV ג'יה ויי. בהתחלה, הוחלט שיש באג במנוטר הראשי מספר 2201.

כאשר נפתח המנוטר מספר 2201 לבדיקה, נמצא כמות גדולה של אבק ותלושים אחרים בנקודות הפרדה של חדר הדיכוי של פאזה C של המנוטר מספר 2201, שהופוזו בתוך החדר הגזי. לא היו נקודות קצר-مدار ברורות על פני המנוטר, ולא נמצאה תופעת קצר-مدار בין המנוטר לקרקע. בהתחלה, ניתחה והוחלט כי נשברה ההבדלה בין נקודות הפרדה של פאזה C של המנוטר מספר 2201.

כדי להבטיח פעולה בטוחה ויציבה של היחידה ולנהל ניתוח תאונה, הוחלפו באופן אחיד שלושת הפאזה של המנוטר מספר 2201. נערכו מבחנים חשמליים נבעיים רלוונטיים ובדיקות הפעלה ידנית, עלייה במתח ללא מטען ובדיקות חיבור לרשת של היחידה.

2 ניתוח פעולה של הגנה

בהסתכלות על צילום התקלה של יחידה מספר 1, נמצא כי כאשר ההגנה פועלת, היחידה עדיין בתהליך הסנכרון וזה מתמשך 25 שניות (זמן הסנכרון הנורמלי הוא בערך 80 שניות), ולא נשלח פקודה לסנכרון במהלך זמן זה. לאחר מכן, בהסתכלות על צילום ההגנה של היחידה המרתיקה-משולבת, נמצא כי יש זרם בפאזה B ובפאזה C על הצד בעל המתח הנמוך של המנוע הראשי, אין זרם בפאזה A (הצורה החשמלית של המנוע היא Yן/D11).

ערך אי-האיזון של הזרם הסדרה שלילית הפוכה בזמן של יחידה מספר 1 במהלך ייצור החשמל עולה על הסף ומצביע על הקטע המפעיל, מה שגורם להגנה ליפול. הגנה על הזרם הסדרה שלילית הפוכה בזמן של יחידה מספר 1 מפעילה את המנוטר מספר 2201. מכיוון שהמנוטר עדיין במצב פתוח בזמן זה, הוא אינו מסוגל לנתק את הזרם שנשבר בפאזה C. ברגע זה, הגנה RCS - 921A של המנוטר מספר 2201 מקבלת אות הגנה על כשל המנוטר המופעל על ידי שלושת הפאזה של היחידה המרתיקה-משולבת. באותו הזמן, יש זרם בפאזה C, שמעל ערך ההגנה על הכשל, והגנה על הכשל פועלת, מה שגורם ליחידה מספר 1 לבצע את תהליך העצירה. הגנה על הכשל פועלת כדי להפיל מרחוק את המנוטר 2211 של קו 220 kV ג'יה ויי באמצעות הגנה על הקו RCS - 931AM. לכן, פעולה זו של ההגנה נגרמת על ידי נשברת ההבדלה של נקודות הפרדה של המנוטר מספר 2201 כשהוא נכשל בניסיון לסגור, וכל פעולות ההגנה נכונות.

3 ניתוח סיבת התקלה

כאשר מתרחשת התקלה, המתח על הצד של היוצר של היחידה כבר הגיע לערך המוגדר, אך החלק המוביל של המנוטר עוד לא נסגר. בזמן זה, המתח על המנוטר מגיע לערך מקסימלי. לפני שנשברת ההבדלה של נקודות הפרדה של פאזה C של המנוטר מספר 2201, מערכת הניטור לא מוציאה אזעקת לחץ נמוך בחדר הגז SF₆, ובדיקה במקום מראה כי מדדי הצפיפות של ה-SF₆ כולם באזור הירוק.

מספר הפעמים הכולל של פעולת המנוטר מספר 2201 הוא 535 פעמים, שזה רחוק מאוד מהמספר המוגדר של פעולות המתוכנן, שהוא 5000 פעמים. בהתבסס על נתוני צילום התקלה במקום, מצב המנוטר המפגין התקלה, ונתונים תחזוקה רלוונטיים של המנוטר של יחידה מספר 1, נ석דו סיבות אפשריות לנשברת ההבדלה בין נקודות הפרדה של פאזה C של המנוטר מספר 2201 כדלקמן:
(1) יש בעיות מבניות בתוך חדר הדיכוי של מנוטר פאזה C.件数过多，我将分段翻译以确保准确性和完整性。以下是第一部分的翻译：

GIS（气体绝缘开关设备）利用SF₆气体作为绝缘和灭弧介质。它具有占地面积小、可靠性高、安全性好、维护方便等优点。SF₆断路器作为GIS设备的重要组成部分，在110 kV及以上的电压等级中占据主导地位。

本文详细描述了某电厂1号机组在发电和并网过程中发生的一次故障。具体来说，当主变压器高压侧的220 kV SF₆断路器2201处于开位时，C相绝缘击穿。结果导致断路器失灵保护和负序电流保护动作，使机组启动并网失败。

1 事件过程及处理程序

在1号机组发电启动及随后的并网过程中，监控系统报告断路器失灵保护动作、反时限负序电流保护动作、电气保护跳闸以及220 kV甲线和乙线的低电压信息。机组没有其他保护报警。

1号机组执行停机程序。220 kV甲线和乙线的2211开关跳闸，辅助电源变压器（2200甲）的开关也跳闸，同时辅助电源自投装置动作。经与电网调度人员确认，确定220 kV甲线和乙线无故障。初步判断为主断路器2201有故障。

当打开2201断路器进行检查时，发现2201断路器C相灭弧室断裂处有大量的灰尘和其他附着物，这些灰尘散布在气室内。断路器表面没有明显的短路点，也没有检测到断路器对地短路现象。初步分析判断为2201断路器C相触头间的绝缘被击穿。

为了保证机组的安全稳定运行并进行事故分析，统一更换了2201断路器的三相。进行了相关的电气预防性试验及机组的手动启动、零升压、并网试验。

2 保护动作分析

通过查看1号机组的故障录波图，发现在保护动作时，1号机组仍在同步过程中，该过程持续了25秒（正常同步合闸时间为约80秒），此期间未发出同步合闸命令。随后，通过查看发电机-变压器组的保护录波图，发现主变压器低压侧B相和C相有电流，而A相无电流（变压器接线方式为Yｎ／Ｄ１１）。

1号机组发电过程中反时限负序过流不平衡值超过阈值并累积触发跳闸段，导致保护跳闸。1号机组发电过程中的反时限负序过流保护跳开了2201断路器。由于此时断路器仍处于开位，无法切断C相的击穿电流。此时，2201断路器的RCS - 921A保护接收到由发电机-变压器组三相跳闸引发的失灵保护信号。同时，C相有电流，超过失灵设定值，失灵保护动作，导致1号机组执行停机程序。失灵保护通过线路保护RCS - 931AM远程跳开了220 kV甲线和乙线2211断路器。因此，此次保护动作是由于2201断路器在未能合闸时触头间击穿引起的，所有保护动作均正确。