Analiza przyczyn awarii izolacji w wyłącznikach SF6 w stanie otwartym

GIS (gazowa aparatura rozdzielcza) wykorzystuje gaz SF₆ jako środek izolacyjny i gaszący łuki elektryczne. Posiada wiele zalet, takich jak mała powierzchnia zabudowy, wysoka niezawodność, doskonała bezpieczeństwo oraz łatwa konserwacja. Wyładowarka SF₆, będąc integralną częścią urządzenia GIS, zajmuje dominującą pozycję w poziomach napięcia 110 kV i wyżej.

Ten artykuł szczegółowo opisuje awarię, która wystąpiła podczas procesu generowania energii i synchronizacji Jednostki 1 w pewnej elektrowni. Dokładnie, gdy 220-kilowoltowa wyładowarka SF₆ 2201 na stronie wysokiego napięcia głównego transformatora była w stanie otwartym, nastąpiło przebicie izolacji fazy C. W wyniku tego aktywowano ochronę przed awarią wyładowarki i ochronę przeciwko prądowi negatywnemu sekwencyjnemu, co doprowadziło do porażki startu jednostki i jej połączenia z siecią.

1 Przebieg zdarzenia i procedura obsługi

Podczas startu generowania energii przez Jednostkę 1 i kolejnego procesu synchronizacji, system monitorujący zgłosił aktywację ochrony przed awarią wyładowarki, działanie ochrony przeciwko prądowi negatywnemu sekwencyjnemu z odwrotnym czasem, przeskoczenie ochrony elektrycznej oraz komunikaty o niskim napięciu linii 220 kV Jia i Yi. Nie było innych alarmów ochrony dla jednostki.

Jednostka 1 przeprowadziła procedurę zatrzymania. Wyłącznik 220 kV 2211 linii Jia i Yi przeskoczył, a także przeskoczył wyłącznik pomocniczego transformatora zasilania (2200 Jia), a urządzenie automatycznego przełączania zasilić pomocniczych zostało aktywowane. Po potwierdzeniu z personelem dyspozytora sieciowego ustalono, że nie ma uszkodzeń w liniach 220 kV Jia i Yi. Początkowo przypuszczano, że główny wyłącznik 2201 miał awarię.

Gdy wyłącznik 2201 został otwarty do kontroli, znaleziono dużą ilość kurzu i innych osadów na pęknięciu komory gaszącej fazy C wyłącznika 2201, które były rozproszone wewnątrz komory gazowej. Na powierzchni wyłącznika nie było widocznych punktów krótkiego spięcia, a nie wykryto również zjawiska krótkiego spięcia do ziemi wyłącznika. Początkowo analizowano i oceniano, że nastąpiło przebicie izolacji między punktami pęknięcia fazy C wyłącznika 2201.

Aby zapewnić bezpieczne i stabilne działanie jednostki oraz przeprowadzić analizę wypadku, wszystkie trzy fazy wyłącznika 2201 zostały zastąpione jednolitym elementem. Przeprowadzono odpowiednie testy prewencyjne elektryczne oraz ręczny start jednostki, podnoszenie napięcia do zera i testy połączenia z siecią.

2 Analiza działania ochrony

Przeanalizowano oscylogram awaryjny Jednostki 1, z którego wynika, że podczas działania ochrony Jednostka 1 nadal jest w procesie synchronizacji, który trwa 25 sekund (normalny czas zamykania synchronicznego to około 80 sekund), a w tym okresie nie jest emitowany żaden rozkaz zamykania synchronicznego. Następnie, po sprawdzeniu oscylogramu ochrony generator-transformatora, odkryto, że w fazie B i C na stronie niskiego napięcia głównego transformatora jest prąd, podczas gdy w fazie A (konfiguracja połączeń transformatora Yｎ／Ｄ１１) nie ma prądu.

Niebilansowana wartość odwrotnego czasu prądu negatywnego sekwencyjnego Jednostki 1 podczas generowania energii przekracza próg i akumuluje się, aby uruchomić sekcję przeskakiwania, co powoduje, że ochrona przeskakuje. Ochrona przeciwko prądowi negatywnemu sekwencyjnemu z odwrotnym czasem Jednostki 1 podczas generowania energii przeskakuje wyłącznik 2201. Ponieważ wyłącznik jest w tym momencie nadal w stanie otwartym, nie jest w stanie przerwać prądu przebicia fazy C. W tym momencie ochrona RCS - 921A wyłącznika 2201 otrzymuje sygnał ochrony przed awarią inicjowany przez trójfazowe przeskoczenie generator-transformatora. Ponadto, istnieje prąd w fazie C, który przekracza ustawienie ochrony przed awarią, i ochrona przed awarią działa, powodując, że Jednostka 1 wykonuje procedurę zatrzymania. Ochrona przed awarią działa, aby zdalnie przeskoczyć wyłącznik 220 kV linii Jia i Yi 2211 poprzez ochronę linii RCS - 931AM. Dlatego to działanie ochrony jest spowodowane przebiciem punktu pęknięcia wyłącznika 2201, gdy nie udało się go zamknąć, a wszystkie działania ochrony są poprawne.

3 Analiza przyczyny awarii

W chwili wystąpienia awarii napięcie na stronie generatora jednostki osiągnęło wartość nominalną, ale część przewodząca wyłącznika nie była zamknięta. W tym momencie napięcie na wyłączniku osiągnęło maksymalną wartość. Przed przebiciem izolacji punktu pęknięcia fazy C wyłącznika 2201, system monitorujący nie wydał alarmu dotyczący niskiego ciśnienia w komorze gazowej SF₆, a kontrola na miejscu pokazała, że wskaźniki gęstości SF₆ są w strefie zielonej.

Łączna liczba operacji wyłącznika 2201 wyniosła 535, co jest daleko od projektowanego nominalnego numeru operacji, który wynosi 5000. Na podstawie danych oscylogramu awaryjnego na miejscu, rzeczywistego stanu uszkodzonego wyłącznika i odpowiednich danych konserwacyjnych wyłącznika Jednostki 1, przyczyny przebicia izolacji między punktami pęknięcia fazy C wyłącznika 2201 są wstępnie analizowane następująco:
(1) Istnieją problemy strukturalne w komorze gaszącej fazy C. Wewnętrzne komponenty mogą być luźne, co prowadzi do rozładowania i przebicia między portami.
(2) Istnieją problemy z domieszkami w komorze gaszącej fazy C. Podczas wielokrotnych operacji wyłącznika stopniowo formuje się kanał rozładowania, co prowadzi do przebicia izolacji.
(3) Istnieją problemy materiałowe z punktem pęknięcia fazy C. Nieprawidłowe użycie materiału punktu pęknięcia powoduje powstanie domieszek podczas działania wyłącznika, które długo utrzymują się na zewnętrznej powierzchni portu. Stopniowo formuje się kanał rozładowania, co ostatecznie prowadzi do przebicia izolacji między punktami pęknięcia.

Uszkodzona komora gasząca fazy C została transportowana do fabryki do demontażu i analizy. Tymczasem, albo faza A, albo faza B (dowolna jedna faza) bez uszkodzeń została transportowana do fabryki do demontażu i porównawczej analizy. Wniosek z raportu analizy mówi, że wystąpiło rozładowanie między kontaktami A i B komory gaszącej.

4 Zaradcze środki

Wzmocnić zarządzanie zakupami i użytkowaniem gazu SF₆, a także ścisłe przestrzeganie wymagań instrukcji obsługi i regulaminów konserwacji podczas procesu konserwacji. Podczas wymiany i montażu komory gaszącej należy podjąć skuteczne środki zapobiegające pyleniu. Gdy otwierane są otwory, pokrywy itp., należy używać pokryw antypyłowych do szczelienia. Jeśli warunki środowiska montażowego są złe i występuje duża ilość pyłu, montaż należy zatrzymać.

5 Wniosek

Na całym świecie nie wystąpiła taka awaria w tym typie wyłącznika, gdy był on w stanie otwartym. Ta awaria może być przypisana przypadkowej zbieżności lub, bardziej prawdopodobnie, wpływającym czynnikom poza normalnymi statystycznymi awariami. Ta elektrownia jest elektrownią pompowo-turbinową, a jednostka często przełącza się między trybem generowania energii a pompy codziennie z dużą liczbą operacji, co uniemożliwia bezpośrednie porównanie. Dla głębszego zbadania, na obu stronach wyłącznika powinny być zainstalowane rejestratory przejściowych zapisów, aby poszukać możliwych przyczyn na podstawie wyników długoterminowych obserwacji.