Analyse van de oorzaken van isolatiefouten in SF6-schakelaars in open staat

De GIS (Gas Insulated Switchgear) maakt gebruik van SF₆-gas als zowel isolerend als boogdoofmedium. Het heeft verschillende voordelen, zoals een kleine voetafdruk, hoge betrouwbaarheid, uitstekende veiligheid en gemakkelijk onderhoud. De SF₆-schakelaar, die een integraal deel is van de GIS-uitrusting, neemt een dominante positie in op spanningniveaus van 110 kV en hoger.

Dit artikel beschrijft een storing die plaatsvond tijdens het energieopwekproces en de synchronisatie van Eenheid 1 in een bepaalde energiecentrale. Specifiek gezegd, toen de 220 kV SF₆-schakelaar 2201 aan de hoogspanningskant van de hoofdtransformatie in open staat was, werd de isolatie van Fase C doorbroken. Hierdoor werden de schakelaardefectbescherming en negatieve rijstroombescherming geactiveerd, wat resulteerde in het mislukken van de start en aansluiting van de eenheid op het net.

1 Incidentverloop en afhandelingsprocedure

Tijdens de start van de energieopwekking van Eenheid 1 en het daaropvolgende synchronisatieproces, rapporteerde het monitorenssysteem de activering van de schakelaardefectbescherming, de werking van de inverse tijdsafhankelijke negatieve rijstroombescherming, het uitschakelen van de elektrische bescherming en de onderspanningsmeldingen van de 220 kV Lijn Jia en Lijn Yi. Er waren geen andere beschermingsalarms voor de eenheid.

Eenheid 1 voerde de afsluitprocedure uit. De 220 kV schakelaar 2211 van Lijn Jia en Lijn Yi sprong uit, evenals de schakelaar van de hulpkrachttransformatie (2200 Jia), terwijl het zelfoverschakelingsapparaat van de hulpkrachtvoorziening werd geactiveerd. Na overleg met de netwerkbeheer- en -controlepersoneel werd vastgesteld dat er geen storingen waren in de 220 kV Lijn Jia en Lijn Yi. Aanvankelijk werd geoordeeld dat de hoofdschakelaar 2201 een defect had.

Bij inspectie na het openen van de 2201-schakelaar werd een grote hoeveelheid stof en andere bijlagen gevonden op de breuklijn van de boogdoofkamer van Fase C van de 2201-schakelaar, die verspreid lagen binnen de gaskamer. Er waren geen duidelijke kortsluitpunten op het oppervlak van de schakelaar, en er werd geen grondkortsluiting van de schakelaar gedetecteerd. Aanvankelijk werd geanalyseerd en geoordeeld dat de isolatie tussen de breukpunten van Fase C van de 2201-schakelaar was doorgebrand.

Om de veilige en stabiele werking van de eenheid te waarborgen en een ongevalanalyse uit te voeren, werden de drie fasen van de 2201-schakelaar uniform vervangen. Relevante elektrische preventieve tests en de handmatige start, nulspanningsopwekking en netwerkaansluitingstests van de eenheid werden uitgevoerd.

2 Analyse van de beschermingsactie

Door de foutoscillogrammen van Eenheid 1 te bestuderen, wordt ontdekt dat wanneer de bescherming werkt, Eenheid 1 nog steeds in het synchronisatieproces is, en dit proces duurt 25 seconden (de normale sluitingstijd voor synchronisatie is ongeveer 80 seconden), en er wordt geen synchronisatiesluitingscommando uitgegeven gedurende deze periode. Vervolgens, door de beschermingsoscillogrammen van de generator-transformatoreenheid te controleren, wordt ontdekt dat er stroom is in Fase B en Fase C aan de laagspanningskant van de hoofdtransformatie, terwijl er geen stroom is in Fase A (de transformatiebedrading is Yｎ／Ｄ１１).

De onevenredigheidswaarde van de inverse tijdsafhankelijke negatieve rijstroom van Eenheid 1 tijdens de energieopwekking overschrijdt de drempel en cumuleert om de uitschakelsectie te activeren, waardoor de bescherming uitschakelt. De inverse tijdsafhankelijke negatieve rijstroombescherming van Eenheid 1 tijdens de energieopwekking schakelt de 2201-schakelaar uit. Omdat de schakelaar op dat moment nog in de open staat is, kan hij de doorbraakstroom van Fase C niet afbreken. Op dat moment ontvangt de bescherming RCS - 921A van de 2201-schakelaar het defectsignaal geïnitieerd door de driefaseuitschakeling van de generator-transformatoreenheid. Tegelijkertijd is er stroom in Fase C, die de defectinstelling overschrijdt, en de defectbescherming werkt, waardoor Eenheid 1 de afsluitprocedure uitvoert. De defectbescherming werkt om de 220 kV Lijn Jia en Lijn Yi 2211-schakelaar op afstand uit te schakelen via de lijnbescherming RCS - 931AM. Dus deze beschermingsactie wordt veroorzaakt door de doorbraak van het breukpunt van de 2201-schakelaar wanneer deze niet sluit, en alle beschermingsacties zijn correct.

3 Analyse van de oorzaak van de storing

Wanneer de storing optreedt, is de spanning aan de generatorkant van de eenheid al tot de nominale waarde gestegen, maar het geleidende deel van de schakelaar is nog niet gesloten. Op dat moment bereikt de spanning over de schakelaar zijn maximale waarde. Voordat de isolatie van het breukpunt van Fase C van de 2201-schakelaar doorbrandt, geeft het monitorenssysteem geen alarm af voor de lage druk in de SF₆-gaskamer, en de ter plaatse uitgevoerde inspectie toont aan dat de SF₆-dichtheidrelais zich allemaal in het groene gebied bevinden.

Het totale aantal bedieningen van de 2201-schakelaar is 535 keer, wat ver verwijderd is van het ontworpen nominale aantal bedieningen, dat 5000 keer is. Op basis van de ter plaatse verkregen foutoscillogramdata, de werkelijke toestand van de defecte schakelaar en de relevante onderhoudsgegevens van de schakelaar van Eenheid 1, worden de mogelijke oorzaken van de isolatie-doorbraak tussen de breukpunten van Fase C van de 2201-schakelaar als volgt voorlopig geanalyseerd:
(1) Er zijn structuurproblemen binnen de boogdoofkamer van de Fase C-schakelaar. De interne componenten kunnen loszitten, wat leidt tot ontlading en doorbraak tussen de poorten.
(2) Er zijn reinheidsproblemen in de boogdoofkamer van de Fase C-schakelaar. Tijdens meerdere bedieningen van de schakelaar wordt geleidelijk een ontladingskanaal gevormd, wat leidt tot isolatie-doorbraak.
(3) Er zijn materiaalproblemen met het breukpunt van de Fase C-schakelaar. Onjuist gebruik van het breukpuntmateriaal leidt tot het ontstaan van impuriteiten tijdens de bediening van de schakelaar, die langdurig aan de buitenkant van de poort blijven kleven. Geleidelijk wordt hierdoor een ontladingskanaal gevormd, wat uiteindelijk leidt tot isolatie-doorbraak tussen de breukpunten.

De defecte Fase C-boogdoofkamer wordt teruggebracht naar de fabriek voor demontage en analyse. Tegelijkertijd wordt ofwel de niet-defecte Fase A of Fase B (één fase) teruggebracht naar de fabriek voor demontage en vergelijkende analyse. De conclusie van het analyserapport is dat er ontlading optreedt tussen de contacten A en B van de boogdoofkamer.

4 Preventieve maatregelen

Versterk de aankoop- en gebruikbeheersing van SF₆-gas, en voer strikt werk uit volgens de eisen van de gebruiksaanwijzing en onderhoudsvoorschriften tijdens het onderhoudsproces. Tijdens de vervanging en installatie van de boogdoofkamer moeten effectieve stofpreventiemaatregelen worden genomen. Wanneer gaten, deksels, enz. worden geopend, moeten stofhoezen worden gebruikt voor verzegeling. Als de installatieomgeving slecht is en er veel stof aanwezig is, moet de installatie worden gestaakt.

5 Conclusie

Wereldwijd is er geen voorkomen van dergelijke storing in dit type schakelaar wanneer deze in de open staat is. Deze storing kan worden toegeschreven aan een toevallige samenloop van omstandigheden of, waarschijnlijker, invloedfactoren buiten normale statistische storingen. Deze energiecentrale is een pompenergiecentrale, en de eenheid schakelt dagelijks frequent tussen de energieopwekking en pompen, met een groot aantal bedieningen, waardoor een directe vergelijking niet mogelijk is. Voor een meer diepgaande studie moeten tijdelijke registrators worden geïnstalleerd aan beide zijden van de schakelaar om mogelijke oorzaken te zoeken op basis van de resultaten van lange-termijnobservaties.