Analyse av årsakene til isolasjonsbrudd i SF6 brytere i åpen tilstand

GIS (gassisoleret spenningsutstyr) bruker SF₆-gass som både isolerings- og bueutslukningsmedium. Det har flere fordeler, som lite plassbruk, høy pålitelighet, utmerket sikkerhet og enkel vedlikehold. SF₆-sirkuitsbryteren, som er en integrert del av GIS-utstyret, har en dominerende posisjon for spenninger på 110 kV og over.

Denne artikkelen gir detaljer om en feil som oppsto under energiproduksjon og synkronisering av enhet 1 i et viss kraftverk. Spesifikt, da 220 kV SF₆-sirkuitsbryter 2201 på høyspenningsiden av hovedtransformator var i åpen tilstand, ble isolasjonen i fase C ødelagt. Dette ledet til at sirkuitsbryterfeilsikring og negativ sekvensstrømsikring aktiveres, noe som førte til mislykket start og netttilkobling av enheten.

1 Hendelsesforløp og håndtering

Under starten av energiproduksjon for enhet 1 og den følgende synkroniseringsprosessen, rapporterte overvåkingssystemet aktivering av sirkuitsbryterfeilsikring, operasjon av invers tid negativ sekvensstrømsikring, utløsning av elektrisk beskyttelse, samt undervoltsmeldinger for 220 kV linje Jia og linje Yi. Det var ingen andre beskyttelsesalarmer for enheten.

Enhet 1 utførte nedstillingsprosedyren. 220 kV bryter 2211 for linje Jia og linje Yi utløste, og bryteren for hjelpestrømtransformator (2200 Jia) utløste også, mens selvsvekksanordningen for hjelpestrømmen aktiveres. Etter bekreftelse med nettledere, ble det fastslått at det ikke var noen feil i 220 kV linje Jia og linje Yi. Inntil videre ble det antatt at hovedsirkuitsbryter 2201 hadde en feil.

Da 2201 sirkuitsbryteren ble åpnet for inspeksjon, ble det funnet store mengder støv og andre vedhengsel i bruddet av buetilsnittet i fase C av 2201 sirkuitsbryteren, som var spredt inni gasskammeret. Det var ingen tydelige kortslutningspunkter på overflaten av sirkuitsbryteren, og det ble ikke oppdaget noen jordkortslutning av sirkuitsbryteren. Inntil videre ble det analysert og konkludert at isolasjonen mellom bruddene i fase C av 2201 sirkuitsbryteren ble ødelagt.

For å sikre trygg og stabil drift av enheten og gjennomføre en ulykkesanalyse, ble alle tre faser av 2201 sirkuitsbryteren jevnt erstattet. Relevante elektriske forebyggende tester og manuell start, nullspenningsheving og netttilkoblingstester for enheten ble utført.

2 Analyse av beskyttelsesvirksomhet

Ved å undersøke feiloscillogrammet for enhet 1, finner man at når beskyttelsen virker, er enhet 1 fortsatt i synkroniseringsprosessen, og denne prosessen varer i 25 sekunder (normal synkroniseringslukketid er omtrent 80 sekunder), og det blir ikke gitt noen synkroniseringslukkekommando i denne perioden. Deretter, ved å sjekke beskyttelsesoscillogrammet for generator-transformatorenheter, oppdages det at det er strøm i fase B og fase C på lavspenningsiden av hovedtransformator, mens det ikke er strøm i fase A (transformatoroppsettet er Yｎ／Ｄ１１).

Den ubalanserte verdien av invers tid negativ sekvensoverstrøm for enhet 1 under energiproduksjon overstiger terskelen og akkumulerer til å utløse utløsningsseksjonen, som fører til at beskyttelsen utløses. Invers tid negativ sekvensoverstrømbeskyttelsen for enhet 1 under energiproduksjon utløser 2201 sirkuitsbryter. Siden sirkuitsbryteren fremdeles er i åpen tilstand på dette tidspunktet, kan den ikke skjære nedbruddsstrømmen i fase C. I dette øyeblikket mottar beskyttelsen RCS - 921A for 2201 sirkuitsbryter feilsikringsignalet initiert av trefas utløsning av generator-transformatorenheter. Samtidig er det strøm i fase C, som overstiger feilsikringsinnstillingen, og feilsikringen virker, noe som fører til at enhet 1 utfører nedstillingsprosedyren. Feilsikringen virker for å fjernstyrt utløse 220 kV linje Jia og linje Yi 2211 sirkuitsbryter via linjesikring RCS - 931AM. Derfor er denne beskyttelsesvirksomheten forårsaket av nedbrudd av bruddet i 2201 sirkuitsbryter når den ikke lukkes, og alle beskyttelsesvirksomheter er korrekte.

3 Analyse av feilsaken

Når feilen oppstår, har spenningen på generator siden av enheten nådd den nominale verdien, men ledeksemplet av bryteren er ikke lukket. På dette tidspunktet når spenningen over bryteren sin maksimale verdi. Før isolasjonen i bruddet i fase C av 2201 sirkuitsbryter ble ødelagt, utga overvåkingssystemet ikke en alarm for lavtrykk i SF₆-gasskammeret, og påstedlig visning viser at SF₆-tetthetsrelæene er inne i grønsonen.

Det totale antallet operasjoner av 2201 sirkuitsbryter er 535, noe som er langt unna det designerte nominelle antallet operasjoner, som er 5000. Basert på feiloscillogramdata fra stedet, den faktiske tilstanden av den defekte sirkuitsbryteren, og relevante vedlikeholdsdata for sirkuitsbryteren for enhet 1, er de mulige sakene for isolasjonsnedbrudd mellom bruddene i fase C av 2201 sirkuitsbryter foreløpig analysert som følger:
(1) Det er strukturelle problemer inne i buetilsnittet av fase C sirkuitsbryter. Innendelene kan være løse, noe som resulterer i utløsning og nedbrudd mellom portene.
(2) Det er rensete problemer i buetilsnittet av fase C sirkuitsbryter. Under flere operasjoner av sirkuitsbryteren, dannes en utløsningskanal gradvis, noe som fører til isolasjonsnedbrudd.
(3) Det er materialeproblemer med bruddet av fase C sirkuitsbryter. Ukorrekt bruk av bruddemateriale fører til at renselser dannes under sirkuitsbryterens drift og hefter seg over lengre tid til ytteroverflaten av portene. Gradvis dannes en utløsningskanal, som til slutt fører til isolasjonsnedbrudd mellom bruddene.

Det defekte buetilsnittet i fase C transporteres tilbake til fabrikken for demontering og analyse. Samtidig transporteres enten det udefekte buetilsnittet i fase A eller fase B (noen en fase) tilbake til fabrikken for demontering og sammenligningsanalyse. Konklusjonen i analyserapporten er at det oppstår utløsning mellom kontaktene A og B i buetilsnittet.

4 Forebyggende tiltak

Styrk kjøps- og bruksstyring av SF₆-gass, og utfør arbeid strengt i henhold til kravene i driftsinstruksen og vedlikeholdsreglene under vedlikeholdsoperasjonen. Under bytte og installasjon av buetilsnitt, skal effektive støvforebyggende tiltak tas. Når hull, lokker, etc. åpnes, skal støvdekker brukes for segling. Hvis installasjonsstedsmiljøet er dårlig og det er mye støv, skal installasjonen stoppes.

5 Konklusjon

Verdensomspennende har det ikke vært noen forekomst av slik feil i denne typen sirkuitsbryter når den er i åpen posisjon. Denne feilen kan tilskrives en tilfeldig sammentreffelse, eller mer sannsynlig, påvirkende faktorer utenfor normale statistiske feil. Dette kraftverket er et pompelagringkraftverk, og enheten skifter ofte mellom energiproduksjon og pumpebetingelser hver dag med et stort antall operasjoner, noe som gjør det umulig å gjøre en direkte sammenligning. For en mer dypgående undersøkelse, bør flyktige registreringsenheter installeres på begge sider av sirkuitsbryteren for å søke etter mulige årsaker basert på resultater av langvarig observasjon.