Аналіз причин зламів ізоляції в вимикачах SF6 у відкритому стані

GIS (газозаповнена комутаційна апаратура) використовує газ SF₆ як ізоляційний та дугогасний середовище. Вона має багато переваг, таких як компактність, висока надійність, відмінна безпека та зручне обслуговування. Спробник SF₆, який є невід'ємною частиною обладнання GIS, займає домінуючу позицію на рівні напруги 110 кВ і вище.

Ця стаття детально описує аварію, яка сталася під час процесу генерації електроенергії та синхронізації одиниці 1 в певній електростанції. Зокрема, коли спробник SF₆ 2201 на високовольтному боці головного трансформатора був у відкритому стані, ізоляція фази C була зруйнована. В результаті було активовано захист від відмови спробника та захист від негативної послідовності струму, що призвело до невдачі запуску одиниці та підключення до мережі.

1 Процес інциденту та процедура вирішення

Під час запуску генерації одиниці 1 та наступного процесу синхронізації система моніторингу повідомила про активізацію захисту від відмови спробника, операцію захисту від негативної послідовності струму з оберненим часом, відкидання електрозахисту та повідомлення про недостатнє напругу на лініях 220 кВ Jia та Yi. Інших сигналів тривоги захисту для одиниці не було.

Одиниця 1 виконала процедуру зупинки. Вимикачі 220 кВ ліній Jia та Yi відкинулися, а також відкинувся вимикач допоміжного трансформатора живлення (2200 Jia), при цьому було активовано пристрій автоматичного переключення допоміжного живлення. Після підтвердження зі спеціалістами диспетчеризації та контролю було встановлено, що на лініях 220 кВ Jia та Yi немає аварій. Початково було визначено, що основний вимикач 2201 мав проблему.

При відкритті вимикача 2201 для перевірки було знайдено велику кількість пилу та інших прикріплень на місці розриву камери гашення дуги фази C вимикача 2201, які були розкидані всередині газової камери. На поверхні вимикача не було очевидних точок короткого замкнення, і не було виявлено явища короткого замкнення на землю вимикача. Початково було проаналізовано та визначено, що ізоляція між контактами фази C вимикача 2201 була зруйнована.

Для забезпечення безпечного та стабільного функціонування одиниці та проведення аналізу аварії було проведено заміну трьох фаз вимикача 2201. Були проведено відповідні електричні профілактичні випробування та ручний запуск, підйом напруги до нульового значення та тестування підключення до мережі одиниці.

2 Аналіз дії захисту

Перевірка осцилограми аварії одиниці 1 показала, що під час дії захисту одиниця 1 все ще знаходилася в процесі синхронізації, який тривав 25 секунд (нормальний час синхронізації становить близько 80 секунд), і протягом цього періоду не було видано команду на синхронізаційне закриття. Далі, перевірка осцилограми захисту генератор-трансформаторної установки показала, що на низьковольтному боці головного трансформатора є струм у фазах B та C, але немає струму у фазі A (конфігурація з’єднання трансформатора Yｎ／Ｄ１１).

Несбалансоване значення оберненого часу негативної послідовності перевищуючого струму одиниці 1 під час генерації перевищує поріг і накопичується, що призводить до відкидання відрізка, що викликає відкидання захисту. Обернений час негативної послідовності перевищуючого струму одиниці 1 під час генерації відкидає вимикач 2201. Оскільки вимикач все ще у відкритому стані, він не може перервати струм розриву фази C. У цей момент захист RCS - 921A вимикача 2201 отримує сигнал від захисту від відмови, ініційований трифазним відкиданням генератор-трансформаторної установки. Одночасно, є струм у фазі C, який перевищує параметр відмови, і захист від відмови діє, що призводить до виконання процедури зупинки одиниці 1. Захист від відмови віддалено відкидає вимикач 220 кВ ліній Jia та Yi 2211 через захист лінії RCS - 931AM. Тому, ця дія захисту викликана розривом контакту вимикача 2201 при його невдалому закритті, і всі дії захисту правильні.

3 Аналіз причин аварії

На момент аварії напруга на стороні генератора одиниці досягла номінального значення, але провідна частина вимикача не була закрита. У цей час напруга на вимикачі досягла максимальної величини. До того, як ізоляція контакту фази C вимикача 2201 була зруйнована, система моніторингу не видала сигнал тривоги про низьку тиск SF₆ в газовій камері, а на місцевій перевірці було встановлено, що реле густини SF₆ знаходяться в зеленій зоні.

Загальна кількість операцій вимикача 2201 становить 535 разів, що далеко від проектованого номінального числа операцій, яке становить 5000 разів. На основі осцилограми аварії на місці, фактичного стану аварійного вимикача та відповідних даних про технічне обслуговування вимикача одиниці 1, передбачаються наступні можливі причини зруйновання ізоляції між контактами фази C вимикача 2201:
(1) Є конструктивні проблеми всередині камери гашення дуги фази C. Внутрішні компоненти можуть бути вільними, що призводить до розряду та зруйновання між контактами.
(2) Є проблеми зі шкідливими речовинами всередині камери гашення дуги фази C. Під час багатьох операцій вимикача поступово формується канал розряду, що призводить до зруйновання ізоляції.
(3) Є проблеми з матеріалами контакту фази C. Неправильне використання матеріалів контакту призводить до появи шкідливих речовин під час роботи вимикача, які довгий час прилипають до зовнішньої поверхні контакту. Поступово формується канал розряду, що врешті-решт призводить до зруйновання ізоляції між контактами.

Аварійна камера гашення дуги фази C була перевезена назад на завод для розбирання та аналізу. Одночасно, одна з невідмовних фаз A або B (будь-яка одна фаза) була також перевезена назад на завод для розбирання та порівняльного аналізу. Висновок аналітичного звіту полягає в тому, що відбувається розряд між контактами A та B камери гашення дуги.

4 Профілактичні заходи

Потрібно посилити управління закупівлями та використанням газу SF₆, та строго виконувати роботу відповідно до вимог інструкції з експлуатації та регламенту ремонту під час ремонтних робіт. Під час заміни та встановлення камери гашення дуги слід приймати ефективні заходи проти пилу. Коли відкриваються отвори, кришки тощо, слід використовувати покривала для запечатування. Якщо умови на місці встановлення погані та є велика кількість пилу, встановлення слід припинити.

5 Висновок

По всьому світу не було випадків такого типу аварії у цьому типі вимикача, коли він знаходиться у відкритому стані. Ця аварія може бути віднесена до випадкового збігу або, більш ймовірно, впливу факторів, що виходять за межі нормальних статистичних аварій. Ця електростанція є насосно-акумуляторною, і одиниця часто переключається між режимами генерації та нагнання води кожного дня з великим числом операцій, що робить неможливим пряме порівняння. Для більш глибокого дослідження слід встановити трансієнтні рекордери на обох сторонах вимикача, щоб шукати можливі причини на основі результатів довгострокового спостереження.