Analisi delle cause dei guasti dovuti alla rottura dell'isolamento nei disgiuntori SF6 in stato aperto

Il GIS (Gas Insulated Switchgear) utilizza il gas SF₆ come mezzo isolante e spegnitore di arco. Vanta numerosi vantaggi, come una piccola impronta, alta affidabilità, eccellente sicurezza e manutenzione conveniente. L'interruttore SF₆, essendo una parte integrante dell'equipaggiamento GIS, occupa una posizione dominante nei livelli di tensione di 110 kV e superiori.

Questo articolo dettaglia un guasto verificatosi durante il processo di generazione di energia e sincronizzazione dell'Unità 1 in una certa centrale elettrica. In particolare, quando l'interruttore SF₆ 2201 da 220 kV sul lato ad alta tensione del trasformatore principale era in stato aperto, si è verificata la rottura dell'isolamento della Fase C. Di conseguenza, sono stati attivati la protezione contro il fallimento dell'interruttore e la protezione corrente negativa sequenziale, portando al fallimento dell'avvio e all'interconnessione dell'unità.

1 Processo dell'incidente e procedura di gestione

Durante l'avvio della generazione di energia dell'Unità 1 e il successivo processo di sincronizzazione, il sistema di monitoraggio ha segnalato l'attivazione della protezione contro il fallimento dell'interruttore, l'operazione della protezione corrente negativa sequenziale inversa, lo scatto della protezione elettrica e i messaggi di sottotensione delle linee Jia e Yi da 220 kV. Non ci sono state altre allarmi di protezione per l'unità.

L'Unità 1 ha eseguito la procedura di arresto. L'interruttore 2211 da 220 kV delle linee Jia e Yi ha scattato, così come l'interruttore del trasformatore ausiliario (2200 Jia), mentre il dispositivo di commutazione automatica dell'alimentazione ausiliaria è stato attivato. Dopo aver confermato con il personale di dispatch e controllo della rete, si è determinato che non c'erano guasti nelle linee Jia e Yi da 220 kV. Inizialmente, si è ritenuto che l'interruttore principale 2201 avesse un guasto.

Quando l'interruttore 2201 è stato aperto per l'ispezione, si sono trovate grandi quantità di polvere e altri oggetti nel punto di frattura della camera di spegnimento dell'arco della Fase C dell'interruttore 2201, dispersi all'interno della camera di gas. Non sono state rilevate evidenti punti di cortocircuito sulla superficie dell'interruttore, né è stata rilevata una condizione di cortocircuito a terra dell'interruttore. Inizialmente, si è analizzato e giudicato che l'isolamento tra i punti di interruzione della Fase C dell'interruttore 2201 fosse andato in rottura.

Per garantire l'operazione sicura e stabile dell'unità e condurre un'analisi dell'incidente, le tre fasi dell'interruttore 2201 sono state uniformemente sostituite. Sono stati eseguiti test preventivi elettrici pertinenti e test di avvio manuale, innalzamento a zero tensione e interconnessione dell'unità.

2 Analisi dell'azione della protezione

Esaminando l'oscillogramma del guasto dell'Unità 1, si scopre che quando la protezione agisce, l'Unità 1 è ancora in fase di sincronizzazione e questo processo dura 25 secondi (il tempo normale di chiusura di sincronizzazione è di circa 80 secondi), e non viene emesso alcun comando di chiusura di sincronizzazione durante questo periodo. Successivamente, esaminando l'oscillogramma di protezione del gruppo generatore-trasformatore, si scopre che c'è corrente nella Fase B e C sul lato a bassa tensione del trasformatore principale, mentre non c'è corrente nella Fase A (la configurazione di connessione del trasformatore è Yｎ／Ｄ１１).

Il valore non bilanciato della corrente negativa sequenziale inversa dell'Unità 1 durante la generazione di energia supera la soglia e si accumula fino a far scattare la sezione, causando lo scatto della protezione. La protezione corrente negativa sequenziale inversa dell'Unità 1 durante la generazione di energia fa scattare l'interruttore 2201. Poiché l'interruttore è ancora in stato aperto in quel momento, non è in grado di interrompere la corrente di rottura della Fase C. In quel momento, la protezione RCS - 921A dell'interruttore 2201 riceve il segnale di protezione contro il fallimento iniziato dal tripolofase dello scatto del gruppo generatore-trasformatore. Nel frattempo, c'è corrente nella Fase C, che supera il valore di impostazione del fallimento, e la protezione contro il fallimento agisce, causando l'esecuzione della procedura di arresto dell'Unità 1. La protezione contro il fallimento agisce per scattare a distanza l'interruttore 2211 della linea 220 kV Jia e Yi attraverso la protezione della linea RCS - 931AM. Pertanto, questa azione di protezione è causata dalla rottura del punto di interruzione dell'interruttore 2201 quando non riesce a chiudersi, e tutte le azioni di protezione sono corrette.

3 Analisi della causa del guasto

Quando si verifica il guasto, la tensione sul lato del generatore dell'unità ha raggiunto il valore nominale, ma la parte conduttiva dell'interruttore non è stata chiusa. In quel momento, la tensione sull'interruttore raggiunge il suo valore massimo. Prima che si verifichi la rottura dell'isolamento del punto di interruzione della Fase C dell'interruttore 2201, il sistema di monitoraggio non emette un allarme per la bassa pressione nella camera di gas SF₆, e l'ispezione sul posto mostra che i relè di densità SF₆ sono tutti nella zona verde.

Il numero totale di operazioni dell'interruttore 2201 è di 535, che è ben lontano dal numero di operazioni nominale progettato, che è di 5000. Basandosi sui dati dell'oscillogramma del guasto sul posto, sullo stato effettivo dell'interruttore difettoso e sui dati di manutenzione pertinenti dell'interruttore dell'Unità 1, le possibili cause della rottura dell'isolamento tra i punti di interruzione della Fase C dell'interruttore 2201 sono preliminarmente analizzate come segue:
(1) Ci sono problemi strutturali all'interno della camera di spegnimento dell'arco della Fase C. I componenti interni potrebbero essere allentati, causando scariche e rottura tra le porte.
(2) Ci sono problemi di impurità nella camera di spegnimento dell'arco della Fase C. Durante molteplici operazioni dell'interruttore, si forma gradualmente un canale di scarica, causando la rottura dell'isolamento.
(3) Ci sono problemi di materiale nel punto di interruzione della Fase C. L'uso improprio del materiale del punto di interruzione causa la formazione di impurità durante l'operazione dell'interruttore e l'adesione a lungo termine alla superficie esterna della porta. Gradualmente, si forma un canale di scarica, portando infine alla rottura dell'isolamento tra i punti di interruzione.

La camera di spegnimento dell'arco difettosa della Fase C è stata trasportata in fabbrica per smontaggio e analisi. Allo stesso tempo, o la Fase A o la Fase B non difettose (qualsiasi fase) sono state trasportate in fabbrica per smontaggio e analisi comparativa. La conclusione del rapporto di analisi è che si verifica una scarica tra i contatti A e B della camera di spegnimento dell'arco.

4 Misure preventive

Rafforzare la gestione degli acquisti e dell'uso del gas SF₆ e svolgere rigorosamente il lavoro in conformità con le richieste del manuale di istruzioni operative e dei regolamenti di manutenzione durante il processo di manutenzione. Durante il rimpiazzo e l'installazione della camera di spegnimento dell'arco, dovrebbero essere prese misure efficaci di prevenzione della polvere. Quando vengono aperti fori, coperture, ecc., dovrebbero essere usate coperture anti-polvere per il sigillaggio. Se l'ambiente di installazione è povero e c'è una grande quantità di polvere, l'installazione dovrebbe essere interrotta.

5 Conclusione

A livello mondiale, non si è verificato un tale guasto in questo tipo di interruttore quando è in posizione aperta. Questo guasto può essere attribuito a una coincidenza accidentale o, più probabilmente, a fattori influenti oltre i guasti statistici normali. Questa centrale elettrica è una centrale di pompaggio, e l'unità passa frequentemente tra le condizioni di generazione di energia e pompaggio ogni giorno con un gran numero di operazioni, rendendo impossibile un confronto diretto. Per un'indagine più approfondita, dovrebbero essere installati registratori transitori su entrambi i lati dell'interruttore per cercare possibili cause basandosi sui risultati di osservazioni a lungo termine.