Nietypowe zakłócenie podczas procesu synchronizacji bloku energetycznego

ZESZY TY N A U K O W E POLITEC H N IK I ŚLĄ SKIEJ Seria: ELEK TR Y K A z. 174

2000 N r kol. 1472

M arian M IK R U T Zygm unt PILCH M arian SAU CZEK

NIETYPOWE ZAKŁÓCENIE PODCZAS PROCESU SYNCHRONIZACJI BLOKU ENERGETYCZNEGO

S tre sz c z e n ie . W artykule przed staw io n o an alizę przy czy n u szk o d zen ia w y łącz­

n ik a zainstalow anego po stronie 400 kV bloku energetycznego podczas przygotow ania tego bloku do synchronizacji oraz om ów iono zachow anie się elektroenergetycznej auto­

m atyki zabezpieczeniow ej w czasie tego zdarzenia.

NON-TYPICAL FAULT DURING PROCESS OF POWER UNIT SYNCHRONIZATION

S u m m a ry . A n analysis o f reasons o f failure o f a circuit breaker installed on 400 kV side o f p o w er unit d u rin g p rep a ra tio n o f p u llin g the u n it into step has been presented in th e paper. A behaviour o f pow er protection during this event has been also discussed.

1. C H A R A K T E R Y S T Y K A A N A L IZ O W A N E G O U K Ł A D U

R ozpatryw any blok elektroenergetyczny, w skład którego w chodzą generator synchro­

niczny typu TW W -200-2 o m ocy 200 M W i transform ator blokow y typu TW B 240000/400 o mocy 240 M V A, jest połączony krótką, jednotorow ą linią 400 kV ze stacją sieciową o takim sam ym napięciu. W polu transform atora blokow ego stacji 400 kV elektrow ni zainstalow any jest wyłącznik z sześciofluorkiem siarki o napięciu znamionowym 420 kV i prądzie znam io­

nowym 4000 A. Wyłącznik ten, ze względu na brak wyłącznika generatorowego, wykorzystywany je st w procesie synchronizacji bloku z system em elektroenergetycznym .

U proszczony schem at ideow y układu połączeń rozpatryw anego bloku z systemem elektroenergetycznym (SEE), w raz z podstaw ow ym i danym i technicznym i poszczególnych urządzeń, przedstaw iono na rys. 1.

68 M Mikrut, Z Pilch, M. Sauczek

G 1 5 kV TB W L 400 k

0

UnG= 15,75 kV

SnG= 235,3 MV A ^U„T = 15,75/420 kV UnW = 420 kV S„r = 240 MVA I = an ™ A

u k = 13,7%

S';= 15G V A X,s = 1 2 0 Xos / XTS = 1 ,3 PnG = 200 MW

X,= 1,88;X ;= 0,275

X"rf = 0,191X2= 0,232 YNd11

Rys. 1. U proszczony schem at ideow y układu połączeń bloku z system em elektroenergety­

cznym

Fig. 1. Sim plified equivalent schem e o f connection o f the pow er unit to the p ow er system

2. O P IS P R Z E B IE G U Z A K Ł Ó C E N IA I J E G O O B JA W Y

Przebieg zakłócenia został odtw orzony na podstawie:

- zapisu rejestratora zdarzeń i zakłóceń,

- w yników pom iaru przez układ rejestracji wartości wielkości elektrycznych podczas zakłócenia, - dokumentacji poawaryjnej.

Z danych tych wynikało, że podczas przygotowywania do synchronizacji bloku 200 M W n astąp iło p o b u d z e n ie zab ez p ie cze n ia zerow oprądow ego, reagującego na sk ła d o w ą zero w ą prądu płynącego w przew odzie uziem iającym punkt neutralny transform atora blokow ego po stronie 400 kV. Po upływ ie ok. 3 s od chw ili pobudzenia tego zabezpieczenia pobudziło się i zadziałało zabezpieczenie generatora od zwarć zewnętrznych (podimpedancyjne), powodując sam oczynne odw zbudzenie generatora oraz odcięcie dopływ u pary do turbiny, a po upływie dalszych 11 s n astąp iło w yłączenie b loku w skutek zadziałania zabezpieczeń linii 400 kV w stacji sieciow ej.

W w yniku przeprow adzonej w izji lokalnej po zaistniałym zakłóceniu stw ierdzono, że cał­

kow item u zniszczeniu uległy kom ory gaszeniow e bieguna fazy L2 w yłącznika synchronizo­

w anego bloku po stronie 400 kV.

A w arię w yłącznika 420 kV z sześciofluorkiem siarki spow odow ał - ja k w ykazali autorzy w orzeczeniu poaw aryjnym - zapłon łuku elektrycznego w przerw ach m iędzystykow ych obydw u k o m ó r gaszeniow ych bieguna fazy L2, który nastąpił w stanie otw artym w yłącznika, co uniem ożliw iło dokończenie procesu synchronizacji bloku. Z apłon łuku w przerwach m iędzystykow ych w yłącznika w ystąpił w chw ili, gdy kąt przesunięcia fazow ego m iędzy

3. A N A L IZ A S T A N U Z A K Ł Ó C E N IO W E G O

N ietypow e zakłócenie podczas procesu synchronizacji bloku energetycznego 69

napięciam i generatora i system u elektroenergetycznego (po stronie 400 kV transform atora blokow ego) w ynosił w przybliżeniu 180°, czyli w stanie tzw. opozycji fazowej tych napięć.

Generator bloku był bowiem w chwili poprzedzającej wyładowanie łukowe w przerwach m iędzystykow ych bieguna w yłącznika bloku przygotow any do autom atycznej synchronizacji, będąc w zbudzonym do napięcia znam ionow ego na biegu jałow ym . Skuteczna wartość napięcia m iędzy zaciskam i otw artego bieguna w yłącznika osiąga w tych w arunkach poziom 485 kV , natom iast w artości chw ilowe om awianego napięcia, utrzym ujące się w dłuższych okresach (naw et rzędu sekund), m ogą w ynosić do 6 8 6 kVm, co stw arza trudne w arunki pracy dla tego rodzaju wyłączników.

P o jaw ie n ie się lu k u elektrycznego w kom orach gaszeniow ych b ie g u n a fazy L2 w y­

łącznika bloku doprow adziło do jednofazow ego zasilania transform atora blokow ego od strony systemu elektroenergetycznego o napięciu 400 kV i mocy zwarciowej 15 GV A poprzez krótką linię 400 kV. Pobudzenie się w tych warunkach zabezpieczenia zerowoprądowego od zwarć doziem nych po stronie górnego napięcia transform atora blokow ego, zasilanego z przekładnika prądow ego um ieszczonego w przewodzie uziem iającym punkt neutralny transform atora blo­

kowego, św iadczyło o przepływ ie w przewodach fazy L2 linii 400 kV i odpow iadającym jej biegunie w yłącznika b loku prądu o w artości większej od 1 kA. Prąd ten po transformacji przez transformator blokow y o grupie połączeń Y d ll miał w uzwojeniach faz L I i L2 generatora w artość, k tó rą określić m ożna ja k o w iększą od 15,4 kA. W yniki rejestracji wielkości elek­

trycznych podczas zakłócenia potw ierdzają przepływ w uzw ojeniach faz L I i L2 generatora prądów o w artościach po ll,2 5 k A , stanow iących m aksim um zakresu pom iarowego prze­

tworników rejestratora.

R ozpływ prądów w transform atorze blokow ym i generatorze podczas w yładowania łukow ego w kom orach gaszeniow ych fazy L2 w yłącznika 420 kV w czasie przeprow adzania synchronizacji bloku z system em elektroenergetycznym przedstaw iono na rys. 2.

G 15 kV TB W 400 kV S E E

Rys. 2. S chem at id eo w y ro zpływ u prądów w transform atorze blokow ym TB oraz gene­

ratorze G podczas w yładow ania łukowego w kom orach gaszeniow ych fazy L2 wy­

łącznika 420 kV, podczas przeprow adzania automatycznej synchronizacji bloku Fig. 2. Equivalent schem e o f a current flow in the unit transform er TB and generator G du­

ring the arc discharge in quenching cham bers o f phase L2 o f the 420 kV circuit breaker during pow er unit autom atic synchronization

70 M. M ikrut, Z. Pilch, M. Sauczek

W skutek zjaw isk w ystępujących w generatorze prąd w yładow ania łukow ego w biegunie fazy L2 w yłącznika zm niejszał sw oją w artość i po upływ ie 0,3 s obniżył się do poziom u poniżej 1 kA (zabezpieczenie zerow oprądow e transform atora blokow ego odw zbudziło się), nastąpiło krótkotrw ałe (trw ające ok. 0 , 1 s) zgaszenie łuku, po czym nastąpił ponow ny zapłon łuku w kom orach gaszeniow ych fazy L2 w yłącznika oraz dalszy przepływ prądu, trwający podobnie ja k poprzedni ok. 0,4 s.

P rz ed sta w io n y c y k licz n y ch a rak te r zm ian w arto śc i p rąd u w y ład o w a n ia łukow ego w b ie g u n ie fazy L2 w yłącznika bloku, ja k w ynika to z zarejestrowanego przebiegu prądu płynącego w przew odzie uziem iającym punkt neutralny transform atora blokow ego (rys. 3), w ystąpił cztero k ro tn ie w okresie 1 , 8 s, tj. czterokrotnie następow ało k olejno w yładow anie łukow e, a n astęp n ie o d budow a w ytrzym ałości elektrycznej przerw m iędzystykow ych w roz­

patryw anym biegunie w yłącznika.

R ys. 3 .P rz e b ie g p rą d u w p rz e w o d z ie u zie m ia ją c y m p u n k t n e u tra ln y tra n sfo rm a to ra b lo ­ k o w eg o (3/ 0 = IL1S) oraz w ykresy stanu pracy zabezpieczenia zerow oprądow ego transform atora (3/0>) i zabezpieczenia podim pedancyjnego (Z<)

Fig. 3. C urrent w aveform s in earth conductor o f the unit transform er neutral (310 = IL2S) and diagram s o f operation o f the transform er zero-sequence current protection (3/0>) and the underim pedance protection (Z<)

Z jaw isko kolejno w ystępujących w yładow ań łukow ych i krótkotrw ałej odbudow y w y­

trzym ałości elektrycznej przerw m iędzystykow ych należy w iązać z m echanizm em palenia się łuku elektrycznego w zam kniętej przestrzeni kom ór gaszeniow ych w ypełnionych sześcio- fluorkiem siarki, a także stosunkow o n iew ielką w artością prądu w yładow ania w chwilach jego gaszenia (m niejszą od 0,2I„w). Przyczyn zm niejszania się am plitudy prądu w yładow ania łukow ego w kolejnych cyklach je g o przepływ u (zabezpieczenie zerow oprądow e transfor­

m atora blokow ego pobudziło się tylko w dw óch pierw szych cyklach), a także ostatniego dłuższego (trw ającego ok. 0,7 s) zaniku prądu należy natom iast upatryw ać przede w szystkim w zm niejszaniu się w artości napięcia m iędzy zaciskam i otw artego w yłącznika, wynikającej głów nie z różnicy częstotliw ości napięć generatora i sieci. W czasie w ystępow ania om awianych zjaw isk częstotliw ość napięcia generatora nieznacznie się zm ieniała (m alała), przy czym różnica częstotliw ości napięć generatora i sieci nie przekraczała ±1%.

N ietypow e zakłócenie p o d cza s procesu synchronizacji bloku energetycznego 71

Po upływ ie 2,5 s (licząc od chwili w ystąpienia zakłócenia) nastąpiło kolejne, piąte w yła­

dow anie łukow e w p rzerw ach m ię dzystykow ych om aw ianego b ieg u n a w yłącznika, a po­

budzenie się zabezpieczenia zerowoprądow ego transform atora św iadczyło o przepływie w rozp atry w an y m b ieg u n ie w yłączn ik a prądu w iększego od 1 kA. P raw ie rów nocześnie z zabezpieczeniem zerow oprądow ym transform atora pobudziło się m iędzy innym i zabezpie­

czenie generatora od zw arć zew nętrznych (podim pedancyjne), które po upływ ie 0,25 s zadzia­

łało, pow odując sam oczynne odw zbudzenie generatora oraz odcięcie dopływu pary do turbiny.

Łuk elektryczny palący się w kom orach gaszeniowych bieguna fazy L2 w yłącznika bloku, pozostającego przez cały czas zakłócenia w stanie otw artym , doprow adził do znacznego wzrostu ciśnienia sześciofluorku siarki oraz naprężeń term icznych w ceram icznych osłonach izolacyjnych kom ór gaszeniow ych i w konsekw encji do ich rozerwania. Rozherm etyzow anie tego bieguna w yłącznika, sygnalizowane niskim stanem ciśnienia SF6 po upływ ie ok. 3 s od chwili pow stania zakłócenia, spowodowało w ydostanie się łuku elektrycznego poza zam k­

niętą przestrzeń kom ór gaszeniow ych i jego dalsze palenie się w pow ietrzu, pomiędzy przew odzącym i elem entam i komór. Proces palenia się łuku m iał charakter stabilny, co wynika z zarejestrowanego przebiegu prądu, z uw agi na znaczną indukcyjność obwodu, w którym łuk występował.

G enerator synchroniczny bloku po w yłączeniu w zbudzenia zw iększył sw oją impedancję, co w płynęło na ograniczenie wartości prądu płynącego w biegunie fazy L2 wyłącznika blokow ego (pobudzone zabezpieczenie zerowoprądowe transform atora blokow ego zostało odw zbudzone). Z zapisu rejestracji wielkości elektrycznych podczas zakłócenia wynika, że w tych w arunkach w uzw ojeniach faz L I i L2 generatora płynęły prądy o w artościach po 8,62 kA, a zatem p rąd w przew odzie fazy L2 linii 400 kV łączącej system z transform atorem blokow ym m iał w artość 0,56 kA.

Po upływ ie ok. 11 s od chw ili rozerw ania się kom ór gaszeniow ych bieguna fazy L2 w yłącznika bloku zakłócenie przerodziło się w jednofazow e zwarcie z ziem ią na izolacji doziemnej tego bieguna. Doprowadziło to do pobudzenia się i zadziałania zabezpieczenia linii 400 kV w stacji sieciow ej, pow odując otw arcie w yłącznika linii w tej stacji oraz w kon­

sekwencji likw idację zakłócenia.

4. ZACHOWANIE SIĘ ZABEZPIECZEŃ ELEKTROENERGETYCZNYCH

A by p rzep ro w ad zić o cen ę zachow ania się zab ezpieczeń ro zpatryw anego b loku pod­

czas przedstaw ionego zakłócenia, w ykonano odpow iednie obliczenia, których celem było określenie w artości w ielkości pobudzających poszczególne rodzaje zabezpieczeń i porów ­ nanie w arunków działania tych zabezpieczeń z zapisem rejestratora zakłóceń i zdarzeń.

W ystąpienie w yładow ania łukow ego w przerwach m iędzystykow ych kom ór gaszenio­

w ych b ieguna fazy L2 w yłącznika bloku doprow adziło do jednofazow ego zasilania trans­

form atora blokow ego od strony stacji sieciowej 400 kV. Z apłon łuku, ja k to ju ż stwier­

72 M. M ikrut, Z. Pilch, M. Sauczek

dzono, nastąpił w czasie opozycji fazowej napięć sieci zasilającej oraz w zbudzonego i przygotow anego do synchronizacji generatora. P ow stała w ten sposób silna asym etria rozpatryw anego obw odu, która doprow adziła do pojaw ienia się składow ych sym etrycznych prądów. W artości tych prądów m ożna w yznaczyć na podstaw ie schem atu zastępczego przedstaw ionego n a rys. 4. Jest oczyw iste, że w m iarę upływ u czasu od chwili pow stania zakłócenia zm ieniały się w arunki zasilania obwodu, z uwagi na zm ianę napięcia wypadko­

wego 4 £ wskutek zmieniającej się prędkości obrotowej synchronizowanego generatora. Zm ie­

niały się w czasie rów nież param etry sam ego generatora.

a ) „

* -

4

4=4

T

Rys. 4. Schem at obw odu dla określenia rozpływ u prądów składow ych sym etrycznych po w ystąpieniu w yładow ania łukow ego w fazie L2 bieguna w yłącznika 420 k V : a) pełny, b) zredukow any z generatorem w stanie wzbudzenia, c) zredukow any z generatorem odw zbudzonym

Fig. 4. S chem e o f a circuit for current sym m etrical com ponents’ flow after arc discharge ap­

p earance in phase L2 o f the 420 kV circuit breaker pole: a) a full schem e, b) the reduced one w ith generator in state o f excitation, c) the reduced one, w hen the gene­

rator exciter is de-energized

Po w ystąpieniu w yładow ania łukow ego w biegunie w yłącznika 420 kV, gdy generator pozostaw ał w zbudzony, w artość prądu płynącego w przew odzie fazy L2 linii 400 kV można określić korzystając z zależności

1*1 = 3 / 0 = — = ( 0 + 2,3) k A .

N ietypow e zakłócenie podczas procesu synchronizacji bloku energetycznego 73

W przypadku m aksym alnej wartości napięcia w ypadkow ego AE, równej podwójnej w ar­

tości napięcia fazowego sieci, prąd płynący w przewodzie fazy L2 linii 400 kV m ógł osiągnąć (przy p o m in ięc iu rezy stan cji łuku w ystępującego w p rzerw ie m iędzystykow ej w yłącznika bloku) w artość 2,3 kA, czyli przekraczającą wartość prądu rozruchow ego zabezpieczenia zerowoprądow ego transform atora, przeliczonego na stronę pierw otną przekładnika prądo­

wego. O znacza to, że w artości prądów w uzw ojeniach faz L I i L2 generatora mogły dochodzić do 35 kA, co stanowi czterokrotną wartość prądu znam ionow ego generatora.

Po w yłączeniu w zbudzenia generatora, które nastąpiło po 2,8 s od chw ili w ystąpienia za­

kłócenia, jego napięcie znacznie się obniżyło. N apięciem w ym uszającym przepływ y prądów było praktycznie napięcie od strony system u 400 kV. Jednocześnie reaktancja niewzbudzo- nego generatora w zrosła. W tych w arunkach prąd płynący w fazie L2 linii 400 kV oszacować m ożna ze zw iązku

3 E

IsL2 = 3/0 = — *- = (0 ,4 * 1 ,1 5 ) k A .

O bliczenia te znajdują potw ierdzenie w rezultatach rejestracji w ielkości elektrycznych podczas zakłócenia (por. p. 3).

W yniki przedstaw ionych wyżej rozw ażań uzasadniają następującą interpretację i ocenę zachow ania się autom atyki zabezpieczeniow ej:

• W pierwszej chw ili po pow staniu zakłócenia i pojaw ieniu się prądu w fazie L2 po stronie 400 kV o w artości większej od 1 kA (prąd rozruchow y zabezpieczenia zerowoprądowego odniesiony do strony pierwotnej przekładnika) oraz w fazach LI i L2 generatora po stronie 15 kV o w artościach przekraczających 15,4 kA nastąpiło prawidłow e pobudzenie się zabezpieczeń:

- zerow oprądow ego transform atora blokow ego, - od przeciążenia uzw ojenia stojana generatora,

- podim pedancyjnego od zwarć zew nętrznych generatora, - od asym etrii obciążenia generatora,

- od m ocy zwrotnej generatora.

Z e w zględu na w artości rozruchow e zabezpieczeń oraz czas w ystępow ania i wartości prądów zabezpieczenia te odw zbudziły się. Popraw nie zachow ało się rów nież zabezpieczenie od zwarć w ew nętrznych bloku, czyli nie pobudziło się, ponieważ zakłócenie m iało charakter zewnętrzny. Pobudzenie się zabezpieczenia od m ocy zwrotnej generatora m ożna — w tym etapie awarii — wyjaśnić stanem przejściowym pracy układu „generator — system”, w którym generator chw ilow o pobierał moc czynną z system u dla podtrzym ania sw oich obrotów.

• Po czasie w ynoszącym ok. 0,6 s w ystąpił ponow ny w zrost prądu 310 powyżej 1 kA, który doprowadzi! do kolejnego, krótkotrwałego (trw ającego ok. 0 , 2 s) pobudzenia zabezpieczenia zerowoprądow ego transform atora blokow ego. N astępnie w czasie praw ie 2 s prąd ten posiadał wartość m niejszą od 1 kA lub naw et zanikał w skutek zjaw isk opisanych w p. 4.

• P onow ny w zrost prądu w fazie L2 linii 400 kV powyżej 1 kA w ystąpił po czasie 2,5 s (licząc od chw ili pow stania zakłócenia) i ponow nie zostały pobudzone w szystkie wym ienione

74 M. Mikrut, Z. Pilch, M. Sauczek

zab ezp ieczen ia, z w y jątk iem za b ezp ieczen ia od m ocy zw rotnej generatora. O bniżenie im pedancji o b w o d u poniżej w arto ści rozruchow ej za b ezp ieczen ia p o d im pedancyjnego d o p ro w a d ziło do z a d z ia ła n ia tego zabezp ieczen ia, p o b u d ze n ia p rze k aźn ik a w yjściow ego zab ez p ie cze ń elek try cz n y ch b lo k u i w efek cie do o d staw ien ia b lo k u (odw zbudzenie generatora, zam knięcie zaw orów pary). W yłącznik bloku po stronie 400 kV był w tym czasie otw arty, a w ięc im puls w yłączający od tego zabezpieczenia nie m ógł, oczyw iście, spow odo­

w ać otw arcia naw et spraw nego w yłącznika.

• Nadal więc trwało jednofazow e zasilanie bloku poprzez łuk elektryczny występujący w prze­

rwie m iędzystykow ej bieguna fazy L2 w yłącznika bloku. G enerator utrzym yw ał się w pracy ja k o siln ik asy n ch ro n icz n y , p o b ie ra jąc z system u m oc czynną, w sk u te k czego zadziałało praw idłow o zabezpieczenie od m ocy zw rotnej, doprow adzając do ponow nego pobudzenia przekaźnika w yjściow ego zabezpieczeń elektrycznych bloku.

• Stan pracy asynchronicznej generatora utrzym yw ał się przez czas ok. 11 s. W tym czasie prąd w fazie L2 linii 400 kV był niew ielki (m niejszy od 1 kA ) i był niew ystarczający do zadziałania zabezpieczeń sieciow ych linii 400 kV od strony system u elektroenergetycznego.

• Po czasie ok. 14 s od chw ili pow stania zakłócenia w ystąpiło jednofazow e zw arcie z ziem ią na izolacji doziem nej bieguna fazy L2 w yłącznika bloku, co doprowadziło do pobudzenia się i zadziałania zabezpieczeń sieciow ych linii 400 kV, pow odując otw arcie w yłącznika tej linii w stacji sieciow ej, a tym sam ym do likw idacji zakłócenia.

R easum ując pow yższe rozw ażania, m ożna stwierdzić, że zachow anie się autom atyki za­

bezpieczeniowej rozpatryw anego bloku podczas zakłócenia było prawidłowe, a w zaistniałej sytuacji je d y n ie zabezpieczenia linii 400 kV w stacji sieciowej, stanow iące rezerw ę zdalną zabezpieczeń bloku, m ogły i spow odow ały definityw ną likw idację zakłócenia.

5. WNIOSKI I UWAGI

1. P rzyczyną uszkodzenia w yłącznika zainstalow anego po stronie 400 kV bloku energe­

tycznego podczas przyg o to w an ia tego b loku do synchronizacji był zapłon łuku elektry­

cznego w p rzerw ach m ię dzystykow ych obydw u kom ór gaszeniow ych jed n eg o z biegunów tego w yłącznika. Z ap ło n łuku w ystąpił w stanie tzw. opozycji fazowej napięć g eneratora i system u e le k tro en e rg ety c zn e g o . Ł uk elek try czn y p alący się w ko m o rach gaszeniowych bieguna w yłącznika bloku, pozostającego przez cały czas awarii w stanie otwartym , doprow adził do znacznego w zrostu ciśnienia sześciofluorku siarki oraz naprężeń term icznych w osłonach izolacyjnych (izolatorach) kom ór gaszeniow ych i w konsekw encji do ich rozerwania.

2. W arunki pracy rozpatryw anego w yłącznika podczas synchronizacji generatora z sy­

stem em elektroenergetycznym są szczególnie trudne z uwagi n a m ożliw ość relatyw nie długo­

trwałego utrzym yw ania się na je g o przerw ach m iędzyzaciskow ych napięcia o podwójnej

Nietypow e zakłócenie podczas procesu synchronizacji bloku energetycznego 75

wartości napięcia fazowego sieci. D latego też wyłączniki tego rodzaju pow inny być dobierane i poddaw ane badaniom diagnostycznym w sposób szczególnie staranny.

3. Zachow anie się autom atyki zabezpieczeniow ej bloku podczas analizowanego zakłó­

cenia oceniono ja k o praw idłow e. O stateczna likw idacja zakłócenia m ogła być dokonana tylko przez zabezpieczenia i w yłącznik linii 400 kV w stacji sieciowej.

Recenzent: Prof. dr hab. inż. G erhard Bartodziej

W płynęło do R edakcji dnia 2 m aja 2000 r.

Abstract

The paper is aim ed at analysis o f fault w hich led to dam age o f the 400 kV SF6-insulated unit circuit breaker during preparatory operations in order to pull the pow er unit into step. The paper includes:

- a short characteristic o f arrangem ent o f the pow er unit circuit w here the fault occurred and technical data o f the unit (Fig. 1)

- a description o f the fault and its sym ptom s - an analysis o f the fault state

- an analysis o f pow er protection behaviour during the fault.

As it w as proved by authors, the fault w as brought about by an electric arc ignition in contact gaps o f both quenching cham bers o f the pole o f phase L2. The ignition happened w hen the circuit breaker w as in state o f opening. The fault m ade ending the unit synchro­

nization process not possible. The arc ignition in contact gaps occurred w hen a phase displacem ent angle betw een voltage vectors o f generator and system was approxim ately 180°, i.e. an opposition o f the m entioned vectors happened. A n rms value o f voltage between contacts o f th e opened circuit breaker reaches in such conditions 485 kV but instantaneous values can am ount up to 6 8 6 kVm. A n appearance o f the electric arc in quenching chambers o f the pole o f phase L2 o f the unit circuit breaker brought to a single-phase supply o f the unit transform er from side o f the pow er system. It caused an activation o f zero-sequence current earth-fault protection. Current flow during this event has been show n in Fig. 2; current waveform s in earth conductor o f the unit transform er neutral, as well as diagram s o f operation o f the transform er zero-sequence current protection have been shown in Fig. 3.

A bout 3 s after beginning o f fault quenching cham bers o f the pole o f phase L2 exploded and after 11 s the fault becam e a single phase earth fault. It brought about activation and operation o f protection o f the 400 kV line in netw ork substation.

Calculations carried out for the analysed circuit equivalent schem e (Fig. 4) confirmed results o f registration o f electric quantities’ values during all the process and explained as well a reason o f the circuit breaker damage as process o f the accident w hich lasted totally about 14 s.

M oreover, it w as show n that pow er unit protection during fault operated correctly.