Analiza vzrokov za odpoved izolacije v preklopnikih SF6 v odprtem stanju

GIS (plinsko izolirano preklopniko) uporablja plin SF₆ kot medij za izolacijo in uglaševanje. Njegove prednosti so npr. majhna površina, visoka zanesljivost, odlična varnost in enostavno vzdrževanje. SF₆ preklopnik, ki je sestavni del GIS opreme, igra glavno vlogo pri napetostnih nivojih 110 kV in višje.

Ta članek podrobno opiše nezgodu, ki se je zgodila med procesom proizvodnje električne energije in sinhronizacije enote 1 v določeni elektrarni. Konkretno, ko je bil 220 kV SF₆ preklopnik 2201 na visokonapetostni strani glavnega transformatorja v odprtem stanju, se je zrušila izolacija faze C. To je povzročilo aktiviranje zaščite proti neuspehu preklopnika in negativnega zaporednega tokovnega zaščitnega sistema, kar je vodilo do neuspeha zagona enote in povezave z omrežjem.

1 Teden dogodka in postopek reševanja

Med zagonom proizvodnje enote 1 in nato sledilcem postopkom sinhronizacije je nadzorski sistem poročal o aktiviranju zaščite proti neuspehu preklopnika, delovanju obratnega časovnega negativnega zaporednega tokovnega zaščitnega sistema, padcu električne zaščite in podnapetosti 220 kV linije Jia in Yi. Niso bili opazni nobeni drugi zaščitni alarmi za enoto.

Enota 1 je izvedla postopek ustavitev. 220 kV preklopnik 2211 linije Jia in Yi je padel, prav tako je padel preklopnik pomočnega transformatorja (2200 Jia), hkrati pa se je aktiviral samodejni preklop pomočnega oskrbovanja. Po potrditvi z osebji za nadzor in usmerjanje omrežja je bilo ugotovljeno, da ni bilo težav z 220 kV linijama Jia in Yi. Na začetku je bilo ocenjeno, da ima glavni preklopnik 2201 težavo.

Ko je bil preklopnik 2201 odprt za pregled, je bilo na lomu uglaševalne komore faze C preklopnika 2201 najdeno veliko prašnine in drugih prileganj, ki so bila razpršena znotraj plinske komore. Na površini preklopnika ni bilo opaznih točk kratkih zamen, in ni bilo zaznana tudi fenomena kraščenja na zemljo preklopnika. Na začetku je bilo analizirano in ocenjeno, da je bila izolacija med lomi faze C preklopnika 2201 zrušena.

Za zagotavljanje varnega in stabilnega delovanja enote ter analizo nesreče so bile tri faze preklopnika 2201 enakomerno zamenjane. Izvedene so bile relevantne električne preventivne teste in ročni zagon enote, testiranje dviga napetosti na nič in povezava z omrežjem.

2 Analiza dejanja zaščite

S pregledom oscilograma nezgode enote 1 je bilo ugotovljeno, da ob dejanju zaščite je enota 1 še vedno v postopku sinhronizacije, ta postopek pa traja 25 sekund (normalni čas sinhronizacije in zaprtja je okoli 80 sekund), in med tem obdobjem ni bilo izdanega ukaza za sinhronizacijsko zaprtje. Nato, s pregledom oscilograma zaščite generator-transformatorne enote, je bilo odkrito, da je na nizkonapetostni strani glavnega transformatorja prisoten tok v fazi B in C, v fazi A pa ni toka (konfiguracija vezanja transformatorja je Yｎ／Ｄ１１).

Neravnotežna vrednost obratnega časovnega negativnega zaporednega prekomernega toka enote 1 med proizvodnjo presega mejo in se nakopičuje do aktiviranja skoka, kar povzroči padec zaščite. Obratnega časovnega negativnega zaporednega prekomernega toka enote 1 skoči preklopnik 2201. Ker je preklopnik v tem času še vedno v odprtém stanju, ga ni mogoče izklopiti zrušenega toka faze C. V tem trenutku preklopnik 2201 zaščita RCS - 921A prejme signal zaščite proti neuspehu, ki je bil sprožen trofaznim padcem generator-transformatorne enote. Hkrati je v fazi C prisoten tok, ki presega določeno vrednost za neuspeh, in zaščita proti neuspehu dejanja, zaradi česar enota 1 izvede postopek ustavitev. Zaščita proti neuspehu dejanja oddaljeno skoči 220 kV liniji Jia in Yi preklopnik 2211 preko zaščite linije RCS - 931AM. Zato je to dejanje zaščite povzročeno zrušenjem loma preklopnika 2201, ko se ne more zapreti, in vsa dejanja zaščite so pravilna.

3 Analiza vzroka nezgode

Ob nastanku nezgode je napetost na strani generatorja enote dosežena nominalna vrednost, vendar se provodni del preklopnika še ni zaprl. V tem trenutku doseže napetost preko preklopnika svojo največjo vrednost. Pred zrušenjem izolacije loma faze C preklopnika 2201 nadzorski sistem ne izda alarm za nizko tlak v SF₆ plinski komori, in ob premogu je videti, da so SF₆ gostostni releji v zeleni coni.

Skupno število operacij preklopnika 2201 je 535, kar je daleč od predvidenega števila operacij, ki je 5000. Na podlagi podatkov o nesrečnem oscilogramu, dejanskem stanju nezgodnega preklopnika in relevantnih podatkih o vzdrževanju preklopnika enote 1 so predpostavljene možne vzroki zrušenja izolacije med lomi faze C preklopnika 2201 naslednji:
(1) Obstajajo strukturni problemi znotraj uglaševalne komore faze C. Notranji komponenti lahko postanejo prosto, kar povzroči razpoložljivost in zrušenje med porti.
(2) Obstajajo probleme z nečistotami znotraj uglaševalne komore faze C. Med večkratnimi operacijami preklopnika se postopoma formira kanal za razpoložljivost, kar povzroči zrušenje izolacije.
(3) Obstajajo materialni problemi z lomom faze C. Neprimerna uporaba materiala za lom povzroči, da se med delovanjem preklopnika generirajo nečistote in dolgo časa lepi na zunanjo površino porta. Postopoma se formira kanal za razpoložljivost, kar končno vodi do zrušenja izolacije med lomi.

Nezgodna uglaševalna komora faze C je prenesena nazaj v tovarno za razbijanje in analizo. Hkrati je prenesena tudi nezgodna faza A ali B (katera koli faza) nazaj v tovarno za razbijanje in primerjalno analizo. Zaključek analiznega poročila je, da se pojavlja razpoložljivost med kontaktoma A in B uglaševalne komore.

4 Preventivne mere

Okrepiti moramo upravljanje nabave in uporabe SF₆ plina, ter strogo izvajati delo v skladu z navodili za delo in vzdrževanje med postopkom vzdrževanja. Med zamenjavo in namestitvijo uglaševalne komore je treba sprejeti učinkovite ukrepe za zaščito pred prašnjavo. Ko so odprti luknji, pokrovci itd., je treba uporabiti pokrovce za zaprtje. Če je okolje namestitvenega mesta slabo in obstaja veliko prašnine, je treba namestitev ustaviti.

5 Zaključek

Po vsem svetu se takšna nezgoda pri tem tipu preklopnika, ko je v odprtém stanju, še ni zgodila. Ta nezgoda se lahko pripisuje slučajnemu stikanku ali bolj verjetno vplivu faktorjev, ki presegajo običajne statistične nezgode. Ta elektrarna je pumpirno shranjevalna elektrarna, in enota pogosto prehaja med stanji proizvodnje in črpalki vsak dan z velikim številom operacij, zato je neposredno primerjava nemogoča. Za globlje raziskovanje bi morali biti na obeh straneh preklopnika nameščeni prehodni zapisovalniki, da bi se iskali možni vzroki na podlagi rezultatov dolgoročnega opazovanja.