Analys av orsakerna till isoleringsbrott i SF6-brytare i öppet läge

GIS (Gas Insulated Switchgear) använder SF₆-gas som både isolerings- och bågsläckningsmedium. Det har flera fördelar, såsom liten fotavtryck, hög tillförlitlighet, utmärkt säkerhet och bekväm underhåll. SF₆-brytaren, som är en integrerad del av GIS-utrustningen, har en dominerande position vid spänningsnivåer på 110 kV och uppåt.

Denna artikel beskriver ett fel som inträffade under energiproduktionens och synkroniseringsprocessen för Aggregat 1 i en viss kraftverksanläggning. Specifikt, när 220 kV SF₆-brytaren 2201 på högspänningssidan av huvudtransformatorn var i öppet läge, bröts ned isoleringen i Fas C. Därför aktiverades brytarfelsskyddet och negativ sekvensströmskyddet, vilket ledde till att aggregatets start och koppling misslyckades.

1 Händelseförlopp och hanteringsprocedur

Under starten av energiproduktionen för Aggregat 1 och den efterföljande synkroniseringsprocessen rapporterade övervakningssystemet aktivering av brytarfelsskydd, operation av invers tid negativ sekvensströmsskydd, tripning av elektriskt skydd och undervoltsmeddelanden för 220 kV Linje Jia och Linje Yi. Det fanns inga andra skyddsalarmer för aggregatet.

Aggregat 1 genomförde stängnedprocedur. 220 kV brytaren 2211 för Linje Jia och Linje Yi trippade, och brytaren för hjälpenergitransformator (2200 Jia) trippade också, medan automatiska växlingsenheten för hjälpenergi aktiverades. Efter samråd med nätstyrning och kontrollpersonal fastställdes det att det inte fanns några fel i 220 kV Linje Jia och Linje Yi. På förhand bedömdes det att huvudbrytaren 2201 hade ett fel.

När 2201-brytaren öppnades för inspektion hittades en stor mängd damm och andra tillväxter vid sprickan i bågsläckningskammaren i Fas C av 2201-brytaren, som var utspridda inuti gaskammaren. Det fanns inga uppenbara kortslutpunkter på ytan av brytaren, och ingen jordkortslutning av brytaren upptäcktes. På förhand analyserades och bedömdes det att isoleringen mellan brytpunkterna i Fas C av 2201-brytaren bröts ned.

För att säkerställa säker och stabil drift av aggregatet och utföra en olycksanalys ersattes de tre faserna av 2201-brytaren enhetligt. Relevanta elektriska förebyggande tester och aggregatets manuella start, nollvoltsuppgång och nätanslutningstester utfördes.

2 Analys av skyddsåtgärder

Genom att granska felet oscillogram för Aggregat 1 konstateras att när skyddet triggas, är Aggregat 1 fortfarande i synkroniseringsprocessen, och denna process varar 25 sekunder (den normala synkroniseringsstängningstiden är cirka 80 sekunder), och inget synkroniseringsstängningskommando utfärdas under denna period. Sedan, genom att kontrollera skyddsoscillogrammet för generator-transformatoraggregatet, upptäcks det att det finns ström i Fas B och Fas C på lågspänningssidan av huvudtransformatorn, medan det inte finns någon ström i Fas A (transformatorns kabelförbindelsekonfiguration är Yｎ／Ｄ１１).

Ojämvikten av invers tid negativ sekvensöverströmning för Aggregat 1 under energiproduktion överstiger tröskelvärdet och ackumuleras för att utlösa tripningssektionen, vilket leder till att skyddet trippar. Invers tid negativ sekvensöverströmningsskyddet för Aggregat 1 under energiproduktion trippar 2201-brytaren. Eftersom brytaren fortfarande är i öppet läge vid denna tidpunkt, kan den inte skära av nedbrytningsströmmen i Fas C. I detta ögonblick tar skyddet RCS - 921A för 2201-brytaren emot felsskyddssignalen initierad av trefasig tripning av generator-transformatoraggregatet. Samtidigt finns det ström i Fas C, vilket överstiger felsetningsvärdet, och felsskyddet triggas, vilket gör att Aggregat 1 utför stängnedprocedur. Felsskyddet agerar för att fjärrtrippa 220 kV Linje Jia och Linje Yi 2211-brytare genom linjeskyddet RCS - 931AM. Därför orsakas denna skyddsåtgärd av nedbrytningen av brytpunkten i 2201-brytaren när den misslyckas med att stänga, och alla skyddsåtgärder är korrekta.

3 Analyss av felorsaken

När felet inträffar har spänningen på generatorsidan av aggregatet nått uppsatta värdet, men ledande delen av brytaren har inte stängts. I detta läge når spänningen över brytaren sitt maximala värde. Innan isoleringen i brytpunkten i Fas C av 2201-brytaren bröts ned, larmar inte övervakningssystemet för låg tryck i SF₆-gaskammaren, och platsinspektion visar att SF₆-täthetsreläerna alla ligger inom det gröna området.

Det totala antalet operationer för 2201-brytaren är 535 gånger, vilket är långt ifrån det utformade uppsatta antalet operationer, vilket är 5000 gånger. Baserat på platsliga feloscillogramdata, den faktiska tillståndet för den defekta brytaren, och relevanta underhållsdata för brytaren i Aggregat 1, analyseras möjliga orsaker till isoleringsnedbrytningen mellan brytpunkterna i Fas C av 2201-brytaren preliminärt som följer:
(1) Det finns strukturella problem inuti bågsläckningskammaren för Fas C-brytaren. Interna komponenter kan vara lösa, vilket resulterar i utsläpp och nedbrytning mellan portarna.
(2) Det finns renhetsproblem i bågsläckningskammaren för Fas C-brytaren. Under flera operationer av brytaren bildas en utsläppskanal gradvis, vilket leder till isoleringsnedbrytning.
(3) Det finns materialproblem med brytpunkten för Fas C-brytaren. Otillbörlig användning av brytpunktsmaterial leder till att reningar genereras under brytarens drift och sitter fast på ytan av porten i lång tid. Gradvis bildas en utsläppskanal, vilket slutligen leder till isoleringsnedbrytning mellan brytpunkterna.

Den defekta Fas C-bågsläckningskammaren transporteras tillbaka till fabriken för montering och analys. Samtidigt transporteras antingen den icke-defekta Fas A eller Fas B (valfri fas) tillbaka till fabriken för montering och jämförande analys. Analysrapportens slutsats är att utsläpp sker mellan kontakterna A och B i bågsläckningskammaren.

4 Preventiva åtgärder

Stärk inköp och användningshantering av SF₆-gas, och utför arbete strikt enligt kraven i driftsinstruktionen och underhållsreglerna under underhållsprocessen. Vid bytet och installation av bågsläckningskammaren bör effektiva dammförhindrande åtgärder vidtas. När hål, täcken, etc. öppnas, bör dammtäcken användas för sigillering. Om installationsplatsens miljö är dålig och det finns en stor mängd damm, bör installationen stoppas.

5 Slutsats

Världen över har det inte förekommit något sådant fel i denna typ av brytare när den är i öppet läge. Detta fel kan tillskrivas en slumpmässig sammanträffelse eller, mer troligt, påverkande faktorer utanför normala statistiska fel. Detta kraftverk är en pump-lagringsekonomi, och aggregatet växlar ofta mellan energiproduktion och pumpning varje dag med ett stort antal operationer, vilket gör det omöjligt att göra en direkt jämförelse. För en mer djupgående undersökning bör transiente registreringsenheter installeras på båda sidor av brytaren för att söka efter möjliga orsaker baserat på resultat av långsiktig observation.