Quins són els causants de l'avaria i cremat del transformador de tensió GIS de 35 kV?

1. Resum de l'accident
1.1 Estructura i connexió del transformador de tensió GIS de 35kV

El commutador de doble busbar ZX2 aïllat amb gas, fabricat el març de 2011 i posat en funcionament oficialment el juliol de 2012, està configurat amb dos grups de transformadors de tensió (PTs) per cada secció de busbar. Els dos grups de PTs de la mateixa secció de busbar són dissenyats en un armari de commutació d'amplada de 600 mm. Els PTs trifàsics estan disposats en formació triangular a la base de l'armari.

Els PTs estan connectats als interruptors de desconnexió en la cambra de busbar del commutador de PT mitjançant cables curts. Els interruptors de desconnexió estan connectats al busbar trifàsic mitjançant contactes mòbils en la cambra de busbar totalment tancada amb SF₆. L'estructura de busbar totalment tancada redueix la taxa de falles, i el busbar no té una protecció dedicada. Les falles de busbar es netejen a través de la protecció de suport de l'interruptor d'entrada de potència.

1.2 Mode d'operació abans de la cremació

Abans de l'accident, la xarxa elèctrica operava de la següent manera:

• Sistema de 220kV: La línia Qiaoshi i la línia Huishi funcionaven en paral·lel amb l'interruptor de coure tancat.

• Càrrega de la transformadora principal: La transformadora principal número 1 portava 47 MW, i la número 2 portava 14 MW.

• Sistema de 35kV: La unitat A operava amb doble busbar en operació dividida. El generador número 2, que portava 30,5 MW, estava connectat al Bus II de la Unitat A a través del Bus 1 de la Unitat E, els commutadors de línia d'interconnexió d'oli calent 361 i 367, i operava en paral·lel amb la transformadora principal número 2.

1.3 Processos de l'accident

• Precursors de la falla

• A partir de les 15:11:20.393 del 19 d'abril, el dispositiu de protecció del commutador 367 de la Unitat E (Unitat de Busbar per als Generadors 1 i 2) va emitir repetidament alarms de desconexió de PT, que es van restablir intermitentment.

• Cremació de l'equipament

• A les 15:12:59, es van observar fum i arcos en l'armari de PT del Bus 1 de la Unitat E. La protecció de sobrecorrent zero-seqüencial dels commutadors 361 i 367 es va activar, disparant tots dos commutadors.

• Inspecció in situ

• La porta de l'armari es va obrir per explosió. El PT de fase A estava greument cremat, i la clau de fase B estava fracturada. L'equipament intern estava carbonitzat.

• Els cables secundaris de l'armari de parafulles adjacent estaven dañats. Les proves de pressió i aïllament de la cambra de busbar eren normals.

2. Anàlisi de causes
2.1 Defectes de qualitat i instal·lació de l'equipament

• Problemes de disseny i fabricació

• Procés de pintura aïllant deficient que provoca descàrregues parcials.

• Laminació frouxa del nucli de ferro que provoca escalfament per corrents de Foucault.

• Bobinat irregular dels voltants que augmenta el risc de circuits curts entre voltants.

• Defectes d'instal·lació i manteniment

• Soldadura pobra dels tornills de terra que augmenta la resistència de contacte.

• Deformació del nucli de ferro durant el transport/instal·lació.

• Estress transversal dels cables curts que provoca creixement de fissures en resina epoxi amb el temps.

2.2 Condicions d'operació anòmals

• Falles del circuit secundari

• Sobrecàrrega en el circuit secundari deguda a bucles paral·lels excessius, resultant en un increment de la generació de calor segons \(Q = I^2rt\).

• Circuits curts secundaris que provoquen pics de corrent primari i sobrescalentament.

• Sobretensió del sistema

• Ferroresonància causada per operacions de commutació o terra amb arco, generant sobretensions fins a 2,5 vegades el valor nominal.

• Distorsió de la forma d'ona que acelera l'envejeciment de l'aïllament.

• Desequilibri trifàsic

• Alt contingut harmònic (principalment harmònics imparells) que provoca desequilibri d'impedàncies.

• Corrent de desplaçament del punt neutre que provoca sobrescalentament en el circuit zero-seqüencial.

2.3 Anàlisi de desmuntatge del fabricant

• Ubicació de la falla

• Fissuració de la resina epoxi al forat de muntatge de la flança del PT de fase A que va provocar una aterrada intermitent.

• Fractura mecànica de la clau de fase B que va desencadenar un circuit curt entre fases.

• Anàlisi d'estress

• Connexions de cable no flexibles que generen estress transversal concentrat en els forats de la flança.

• Progressió de la falla: Aterrada intermitent → Ablació de la cobertura d'alumini → Restabliment de la falla → Descompte final.

3. Plan de remodelació
3.1 Optimització de la monitorització de l'equipament

• Implementar la monitorització en línia de descàrregues parcials per als commutadors GIS del mateix model i establir dades de referència.

• Realitzar proves periòdiques de resistència a l'aïllament amb un llindar de 200 MΩ.

3.2 Millora del disseny estructural

• Ampliació de l'armari: Augmentar l'amplada de l'armari de 600 mm a 800 mm per millorar la dissipació de calor.

• Actualització de la connexió: Reemplaçar els cables curts amb connexions directes per reduir l'estress.

• Disseny modular: Adoptar PTs/parafulles pluggables per minimitzar el temps de manteniment.

3.3 Millora del sistema de protecció

• Afegir interruptors dedicats per als commutadors de PT amb protecció de sobrecorrent/sobretensió.

• Instal·lar dispositius de protecció dedicats de busbar per a l'isolació ràpida de falles.

• Optimitzar el disseny del circuit zero-seqüencial per reduir el risc de resonància.

3.4 Ajust de la estratègia d'operació i manteniment

• Establir registres de gestió del cicle de vida complet de l'equipament, documentant dades d'instal·lació i manteniment.

• Realitzar proves trimestrals de conten