Ein GIS-Geräte-Explosionsunfall aufgrund von Fehlern in der PT-Sekundärverkabelung

1. Unfallübersicht

Während der Inbetriebnahme explodierte die GIS einer neu errichteten 110kV-Umspannstation aufgrund eines Kurzschlusses im PT-Sekundärkreis. Obwohl die Ursache einfach war, waren die Folgen schwerwiegend und verdienen eine Reflexion.

2. Unfallverlauf

Am Tag der Stromversorgung:

• Die Oberstromversorgung lud die 110kV GIS (ein kombiniertes Gerät) auf.

• 20 Sekunden nach dem Schließen des Eingangsschalters und der ersten Spannungsaufbringung an der 110kV-Busleitung erschien weißer Rauch zwischen dem PT-Abteil und dem Steuerkasten.

• Innerhalb von zehn Sekunden explodierte das GIS-Abteil des Bus-PT. Die Oberstromversorgung fiel aus; der Isolator im PT-Abteil platzte, wodurch das GIS-Raum mit Isolatorfragmenten und SF₆-Verbrennungsprodukten gefüllt wurde.

3. Ursachenanalyse
3.1 Vor-Ort-Untersuchung

Das 110kV-PT (Shanghai MWB, elektromagnetisch) hatte:

• 1 grundlegendes Sekundärwicklung: 100/√3 V (150VA, Klasse 0.2).

• 1 Hilfswicklung: 100V (150VA, Klasse 3P), nicht in Verwendung gemäß Design (geführt zum Endblock im Steuerkasten, ohne externe Verbindung).

Hauptbefunde:

• Phase C: Schwere Verbrennungen der Isolation der PT-Sekundärwicklung; Grundwickelleiter verbrannt. Isolation des Hilfsleiters komplett verbrannt; Isolationszylinder zwischen Hilfswicklung und Eisenkern verbrannt. Isolationswiderstand zwischen Grund- und Hilfswicklung = 0.

• Phase B: Äußere Isolation der Grundsekundärwicklung zeigte Verbrennungsspuren; innere Lackierung intakt. Oberflächenisolation der Hilfswicklung zeigte Überhitzungsverbrennung.

• Phase A: Leichte Verbrennung der äußeren Isolation der Grundsekundärwicklung; andere Leiter/Isolation intakt.

Vorläufige Schlussfolgerung: Kurzschluss im PT-Sekundärkreis, wahrscheinlich in den Hilfswicklungen der Phasen B/C.

Weitere Untersuchung des Steuerkastens: Die Hilfswicklungen der Phasen B/C waren innerhalb kurzgeschlossen. Die vorgesehenen Verbindungen (C-ncf zu Terminal 11, B-nbf zu Terminal 15) wurden falsch geleitet (C-ncf zu 12, kurzgeschlossen zu 14-cf; B-nbf zu 16, kurzgeschlossen zu 18-bf).

3.2 Unfallentwicklung

• Beginn des Kurzschlusses: Nach dem Schließen des Primärsystems wurden die Hilfswicklungen der Phasen B/C (cf, ncf; bf, nbf) kurzgeschlossen → Spannungsabfall in B/C.

• Ende des Kurzschlusses in Phase B: Nach 20 Sekunden trennte sich der Kurzschluss in Phase B (Primärleitung durch Bogen verbrennt). Die kurze Dauer führte nur zu einer Überhitzung der Hilfswicklung in Phase B.

• Folgen in Phase C: 43 Sekunden Kurzschluss (gemäß Unfallaufzeichnung) führten zur Überhitzung des Sekundärleiters in Phase C → Isolierstoff schmolz/verbrannte. Der weiße Rauch stammte hieraus.

• Isolationsversagen: Das Schmelzen der Isolierung der Hilfswicklung des PTs führte zu einer Verschlechterung des SF₆-Gases im PT-Abteil → niedrigerer Isolationsgrad.

• Entladungen: Geringerer Isolationsgrad plus geringe Abstände zur Erde → Entladungen der Phasen A/B/C zum GIS-Gehäuse.

• Explosion: Die Bogenenergie erhöhte den Druck im Gasabteil → der Isolatordiskus des PTs platzte.

3.3 Menschliches Versagen

Während der Inbetriebnahme:

• Techniker überprüften die Polung und Isolation des PTs.

• Aus Bequemlichkeit entfernten sie den PT-Sekundärkreis vom Endblock im Steuerkasten.

• Sie verkürzten versehentlich die Enden der Hilfswicklungen der Phasen B/C; eine Überprüfung erfolgte nicht → Kurzschluss in den Hilfswicklungen der Phasen B/C.

4. Präventive Maßnahmen
4.1 Sicherheit des PT-Sekundärkreises

Kurzschlüsse im PT-Sekundärkreis können Komponenten beschädigen oder PTs verbrennen. Bei einer Installation in einem geschlossenen GIS-Abteil führen PT-Fehler zu Explosionen (mit Verletzungsrisiko und Reparaturverzögerungen). Daher erfordert die GIS-PT-Installation und -Verkabelung strengste Aufmerksamkeit.

4.2 Sekundärkreisprotokolle

Die „Elektrische Sicherheitsarbeitsvorschriften“ und die „Sicherheitsvorschriften für Ortsarbeiten an Relaisanlagen“ fordern Sicherheitstickets für die Demontage und Verkabelung von Sekundärkreisen. Durch deren Nutzung (und Integration von Risikosteuerung) hätten Fehlverkabelungen unter Arbeitslast- und Zeitdruck vermieden werden können.

4.3 Prüfungen vor der Spannungsversorgung

Stärkung der PT-Prüfungen vor der Spannungsversorgung (standardisiert und dokumentiert). Strenge Durchführung der Prüfungen, um Fehler durch nachlässige Arbeit zu vermeiden.

4.4 Organisatorische und Schutzmaßnahmen

Schutz der in Betrieb genommenen Ausrüstung (Verschließung von Kästen, Verwendung von Siegeln). Änderungen nur nach Genehmigung; überwachte Wiederherstellung.

4.5 Entfernung nicht genutzter Kreise

Entfernung nicht genutzter Sekundärkreise (Reduzierung von Fehlerrisiken). In diesem Fall führte die nicht genutzte Hilfswicklung (geführt zum Steuerkasten) durch Fehlverkabelung zum Unfall.

4.6 Luftschalter am PT-Körper

Installieren von Sekundärluftschaltern in den Verkabelungskästen des PT-Körpers (die aktuelle Ausstattung in den Steuerkästen kann die GIS-PT-Kreise nicht schützen). Dies isoliert Störungen unterhalb des PT-Sekundärausgangs.Durch die Rekonstruktion des Unfalls, die Analyse der Ursachen und die Vorschläge von sechs präventiven Maßnahmen wird ein Leitfaden für die Sicherheit der GIS-Sekundärkreise erstellt.