Analiza i diagnoza uszkodzeń w transformatorze prądowym

Przekształtniki prądowe są liczne w stacjach transformatorowych i stanowią kluczowe urządzenia zapewniające prawidłowe działanie systemu. W przypadku awarii przekształtnika prądowego powoduje to odłączenie przekaźnika i może nawet doprowadzić do zdarzenia zakłócającego dostawę energii, co będzie miało negatywny wpływ na bezpieczne i stabilne działanie sieci elektroenergetycznej. Na przykładzie zdarzenia dotyczącego działania ochrony różnicowej głównego transformatora spowodowanego awarią przekształtnika prądowego po stronie niskiego napięcia głównego transformatora w stacji 66 kV, poprzez inspekcję terenową, przegląd testów i badania rozmontowania, analizowane i diagnozowane są przyczyny awarii, a także przedstawiane są propozycje zapobiegające tego typu awariom.

1 Analiza i diagnoza awarii
1.1 Podstawowy stan na miejscu
We wrześniu 2020 roku komputer sterujący stacją transformatorową 66 kV wskazał alarm, informując o działaniu drugiego zestawu ochrony różnicowej transformatora nr 2. Przekaźniki po stronie wysokiego i niskiego napięcia transformatora nr 2 odłączyły się, automatyczne ponowne zamknięcie sekcji zadziałało, a przekaźnik sekcji zamknął się bez utraty obciążenia. Po przybyciu na miejsce personel eksploatacyjny stacji przejrzał wszystkie odpowiednie urządzenia i nie zauważył żadnych nietypowych zmian wyglądu, obcych obiektów, zapachu spalenizny ani oznak wyładowania. Po przybyciu na miejsce personel serwisowy stacji ustalił, że pierwszy zestaw ochrony transformatora nr 2 nie wykrył prądu różnicowego, uruchomiła się tylko ochrona zapasowa, ale po uruchomieniu nie osiągnęła ustawionego czasu opóźnienia, podczas gdy drugi zestaw ochrony wykrył prąd różnicowy i odłączył przekaźniki po obu stronach głównego transformatora.

1.2 Analiza przyczyn awarii
Ustawienia urządzenia ochronnego przedstawione są w Tabeli 1, a parametry przekształtnika prądowego po stronie niskiego napięcia w Tabeli 2. Po przejrzeniu ustawienia okazały się poprawne, a wyniki testów dokładności próbkowania, hamowania stosunkiem, testu różnicowego oraz hamowania drugiej harmonicznej były dobre. Przejrzano połączenia wtórne przekształtnika prądowego po stronie niskiego napięcia głównego transformatora, a sposób połączenia zewnętrznych końcówek był poprawny.

Analiza danych i wykresów ochrony różnicowej ujawniła szuntowanie w fazie A drugiego zestawu przekształtnika prądowego po stronie niskiego napięcia. W celu weryfikacji, zastosowano 30 A do faz A/B strony pierwotnej. Pierwszy zestaw pokazał poprawne wartości (A: 0,100 A, B: 0,099 A); drugi zestaw miał B równy 0,098 A, ale A równy 0,049 A, co wskazuje na uszkodzenie fazy A.

Zastosowanie ~5 A do wtórnego 1S1–1S2 spowodowało mały prąd w drugim zestawie; bezpośrednie zastosowanie do pierwszego zestawu nie wykazało prądu w drugim, potwierdzając poprawność połączeń wtórnych. Testy wytrzymałościowe i częściowego wyładowania na transformatorze spełniały standardy. Po usunięciu zewnętrznego połączenia fazy A, test izolacji międzycząstniczej pokazał opór 0 między 1S2 i 2S1, co dowodzi kompletnego przebicia.

To przebicie spowodowało szuntowanie fazy A w drugim zestawie, prowadząc do błędów pomiarowych. Przed działaniem ochrony, pierwszy zestaw mierzył 8,021 A, drugi 4,171 A — rzeczywisty błąd wynosił 3,850 A. Przeliczone, to stworzyło prąd różnicowy 3,217 A (przekraczający ustawienie), co spowodowało działanie ochrony.

1.3 Diagnoza awarii

Rozmontowanie uszkodzonego przekształtnika prądowego i obejrzenie jego wewnętrznej struktury i procesu produkcji ujawniło korzeniową przyczynę: podczas produkcji, przewody emalowane (z nadmiernym usunięciem emalii) są spajane do końcówek wtórnych. Mimo użycia rur izolacyjnych, operacje ręczne i ograniczenia przestrzenne powodują niewystarczającą izolację między przewodami wtórnymi. W czasie, długotrwałe działanie prądu degraduje izolację cewki wtórnej, powodując przebicie między cewkami i wywołując awarię.

2 Usunięcie awarii

Przebadano przekształtniki prądowe faz B i C w tym samym interwale. Po zweryfikowaniu poprawnej instalacji/połączeń i pomyślnym przeprowadzeniu ponownych testów przejęcia, zostały one zachowane. Natychmiastowo zamówiono nowe przekształtniki prądowe (te same specyfikacje, inna partia), które po pomyślnym przeprowadzeniu testów, zostały zainstalowane, przywracając normalną pracę stacji (aktualnie stabilna).

3 Propozycje i środki prewencyjne

Na podstawie tej awarii:

• Producenci muszą wzmocnić kontrolę procesu produkcyjnego (np. ponowne sprawdzenie etapów prowadzenia/przytulania przewodów) i wprowadzić surowe kontrole jakości.

• Zwiększyć poziomy napięcia dla testów wytrzymałościowych między cewkami podczas kontroli fabrycznych.

• Jednostki eksploatacyjne/naprawcze powinny planować aktywną konserwację, gromadzić części zapasowe i dokładnie badać przekształtniki prądowe z tej samej partii — szybko zastępując uszkodzone jednostki.