Анализ причин отказов из-за пробоя изоляции в выключателях SF6 в отключенном состоянии

ГИС (газоизолированное коммутационное оборудование) использует газ SF₆ в качестве изоляционной и дугогасящей среды. Оно обладает рядом преимуществ, таких как компактность, высокая надежность, отличная безопасность и удобство обслуживания. Выключатель SF₆, являясь неотъемлемой частью оборудования ГИС, занимает доминирующее положение на напряжении 110 кВ и выше.

В данной статье описывается авария, произошедшая во время процесса выработки электроэнергии и синхронизации агрегата №1 на одной из электростанций. Конкретно, когда выключатель SF₆ на стороне высокого напряжения основного трансформатора 220 кВ 2201 находился в отключенном состоянии, произошло пробитие изоляции фазы C. В результате сработала защита от отказа выключателя и защита по обратному времени от негативной последовательности тока, что привело к неудаче запуска агрегата и его подключения к сети.

1 Процесс инцидента и процедура устранения

Во время запуска выработки электроэнергии агрегата №1 и последующего процесса синхронизации система мониторинга сообщила о срабатывании защиты от отказа выключателя, действии защиты по обратному времени от негативной последовательности тока, срабатывании электрической защиты и понижении напряжения на линиях 220 кВ Jia и Yi. Других сигналов защиты для агрегата не было.

Агрегат №1 выполнил процедуру остановки. Выключатель 2211 линий Jia и Yi на 220 кВ сработал, также сработал выключатель вспомогательного источника питания (2200 Jia), а устройство автоматического переключения вспомогательного питания активировалось. После согласования с оперативным персоналом сетевого управления было установлено, что на линиях 220 кВ Jia и Yi не было повреждений. Первоначально было предположено, что основной выключатель 2201 имеет неисправность.

При осмотре выключателя 2201 после его открытия в зоне разрыва дугогасительной камеры фазы C были обнаружены большое количество пыли и других примесей, которые были рассеяны внутри газовой камеры. На поверхности выключателя явных точек короткого замыкания не было, и не было обнаружено замыкания на землю. Первоначально было проанализировано и сделано заключение, что между контактами фазы C выключателя 2201 произошло пробитие изоляции.

Для обеспечения безопасной и стабильной работы агрегата и проведения анализа аварии все три фазы выключателя 2201 были заменены. Были проведены соответствующие электрические предупредительные испытания, а также ручной запуск, поднятие напряжения до нуля и тесты подключения к сети.

2 Анализ действия защиты

По анализу осциллограммы аварии агрегата №1 было установлено, что при срабатывании защиты агрегат все еще находился в процессе синхронизации, который продолжался 25 секунд (нормальное время синхронизации составляет около 80 секунд), и в этот период не было команды на синхронизацию. Затем, проверив осциллограмму защиты генератор-трансформаторного блока, было обнаружено, что на стороне низкого напряжения основного трансформатора есть ток в фазах B и C, но нет тока в фазе A (схема соединения трансформатора Yｎ／Ｄ１１).

Несбалансированное значение обратного времени негативной последовательности перегрузки по току агрегата №1 превысило пороговое значение и накопилось до уровня, вызывающего срабатывание, что привело к срабатыванию защиты. Защита по обратному времени негативной последовательности перегрузки по току агрегата №1 сработала, отключив выключатель 2201. Поскольку выключатель в это время все еще был в отключенном состоянии, он не смог отключить ток пробоя фазы C. В этот момент защита RCS - 921A выключателя 2201 получила сигнал защиты от отказа, инициированный трехфазным отключением генератор-трансформаторного блока. Одновременно ток в фазе C превысил установку защиты от отказа, и защита от отказа сработала, вызвав выполнение процедуры остановки агрегата №1. Защита от отказа сработала, чтобы удаленно отключить выключатель линий 220 кВ Jia и Yi 2211 через линейную защиту RCS - 931AM. Таким образом, данное действие защиты было вызвано пробоем контактов выключателя 2201 при несрабатывании, и все действия защиты были правильными.

3 Анализ причины аварии

Когда произошла авария, напряжение на стороне генератора агрегата достигло номинального значения, но проводящая часть выключателя не была закрыта. В этот момент напряжение на выключателе достигло максимального значения. До пробоя изоляции контактов фазы C выключателя 2201 система мониторинга не выдавала сигнала о низком давлении в газовой камере SF₆, и при осмотре на месте показания плотностных реле SF₆ находились в зеленой зоне.

Общее число операций выключателя 2201 составило 535, что значительно меньше проектного числа операций, равного 5000. На основе данных осциллограммы аварии, фактического состояния неисправного выключателя и соответствующих данных технического обслуживания выключателя агрегата №1, предварительно были проанализированы следующие возможные причины пробоя изоляции между контактами фазы C выключателя 2201:
(1) Внутри дугогасительной камеры фазы C есть конструктивные проблемы. Внутренние компоненты могут быть ослаблены, что приводит к разрядам и пробоям между контактами.
(2) В дугогасительной камере фазы C есть проблемы с примесями. При многократных операциях выключателя постепенно формируется канал разряда, что приводит к пробою изоляции.
(3) Есть проблемы с материалом контактов фазы C. Неправильное использование материала контактов приводит к образованию примесей во время работы выключателя, которые длительное время прилипают к внешней поверхности контактов. Постепенно формируется канал разряда, что в конечном итоге приводит к пробою изоляции между контактами.

Неисправная дугогасительная камера фазы C была отправлена на завод для разборки и анализа. Одновременно одна из неисправных фаз A или B (любая одна фаза) также была отправлена на завод для разборки и сравнительного анализа. Вывод аналитического отчета заключается в том, что разряд происходит между контактами A и B дугогасительной камеры.

4 Предупредительные меры

Усиление управления закупками и использованием газа SF₆, строгое выполнение работ в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации и правилами технического обслуживания во время процесса технического обслуживания. При замене и установке дугогасительной камеры должны применяться эффективные меры по предотвращению попадания пыли. При открытии отверстий, крышек и т.д. следует использовать пылезащитные чехлы. Если условия на месте установки плохие и есть большое количество пыли, установку следует прекратить.

5 Заключение

В мировой практике не было случаев возникновения такой аварии в данном типе выключателя, когда он находится в отключенном положении. Эту аварию можно отнести к случайному совпадению или, скорее, к влиянию факторов, выходящих за рамки обычных статистических неисправностей. Эта электростанция является насосно-аккумулирующей, и агрегат ежедневно часто переключается между режимами выработки и подкачки, что делает невозможным прямое сравнение. Для более глубокого исследования следует установить регистраторы переходных процессов с обеих сторон выключателя, чтобы на основе результатов длительного наблюдения найти возможные причины.