1. Unfallübersicht
1.1 Struktur und Verbindung des Spannungswandlers der 35kV GIS-Schaltanlage
Die im März 2011 hergestellte und im Juli 2012 in Betrieb genommene ZX2-Gasgefüllte Doppelbus-Schaltanlage ist für jeden Busabschnitt mit zwei Gruppen von Bus-Spannungswandlern (PTs) ausgestattet. Die beiden PT-Gruppen desselben Busabschnitts sind in einem Schaltschrank mit einer Breite von 600 mm konzipiert. Die Dreiphasen-PTs sind am Boden des Schranks in dreieckiger Formation angeordnet.
Die PTs sind über kurze Kabelstecker an die Abschalter im Busraum des PT-Schaltschranks angeschlossen. Die Abschalter sind über bewegliche Kontakte im vollständig umhüllten SF₆-Busraum an den Dreiphasen-Bus angeschlossen. Die vollständig umhüllte Busstruktur reduziert die Ausfallrate, und der Bus verfügt nicht über eine spezielle Busschutzschaltung. Busfehler werden durch die Rückfalleinrichtung des Eingangsschalters beseitigt.
1.2 Betriebsmodus vor dem Ausfall
Vor dem Unfall betrieb das Stromnetz wie folgt:
220kV-System: Die Qiaoshi-Leitung und die Huishi-Leitung liefen parallel mit geschlossener Buskopplung.
Haupttransformator-Last: Haupttransformator 1 trug 47 MW, Haupttransformator 2 trug 14 MW.
35kV-System: Block A betrieb mit doppeltem Bus in getrenntem Betrieb. Generator 2, der 30,5 MW trug, war über Bus 1 von Block E, die heiße Ölverbindungsschaltanlagen 361 und 367, mit Bus II von Block A verbunden und parallel zu Haupttransformator 2 in Betrieb.
1.3 Unfallverlauf
Fehleranzeichen
Geräteausfall
Ortseinsicht
Die Schranktür wurde aufgeblasen. Phase A PT war schwer beschädigt, und der Stecker von Phase B war gebrochen. Die interne Ausrüstung war verbrannt.
Die Sekundärleitungen des benachbarten Blitzableiter-Schranks waren beschädigt. Druck- und Isolationsprüfungen des Busraums waren normal.
2. Ursachenanalyse
2.1 Gerätequalität und Installationsmängel
2.2 Abnorme Betriebsbedingungen
2.3 Herstelleranalyse der Demontage
Fehlerort
Spannungsanalyse
Nicht-flexible Kabelverbindungen erzeugten Querkräfte, die sich an den Flanschlöchern konzentrierten.
Fehlerprogression: Intermittierende Erdung → Aluminiumbeschichtungsablation → Fehlerrücksetzung → Endgültiger Ausfall.
3. Modernisierungsplan
3.1 Optimierung der Gerätemonitoring
Implementierung von Online-Teilentladungsmonitoring für GIS-Schaltanlagen des gleichen Modells und Aufbau von Basisdaten.
Durchführung regelmäßiger Isolationswiderstandstests mit einem Schwellenwert von 200 MΩ.
3.2 Verbesserung des strukturellen Designs
Schrankerweiterung: Erhöhung der Schrankbreite von 600 mm auf 800 mm zur Verbesserung der Wärmeabfuhr.
Verbindungsaufwertung: Ersetzen von kurzen Kabelstiften durch direkte Verbindungen, um Spannungen zu reduzieren.
Modulares Design: Einführung steckbarer PTs/Blitzableiter, um die Wartungszeit zu minimieren.
3.3 Verbesserung des Schutzsystems
Hinzufügen dedizierter Schaltersicherungen für PT-Schaltanlagen mit Überstrom/Überspannungsschutz.
Installation dedizierter Busschutzeinrichtungen für schnelle Fehlersicherung.
Optimierung des Nullfolgenkreises, um das Resonanzrisiko zu reduzieren.
3.4 Anpassung der Betriebs- und Wartungsstrategie
Einrichtung von vollständigen Lebenszyklus-Verwaltungsdatensätzen für Geräte, die Installations- und Wartungsdaten dokumentieren.
Durchführung quartalsweiser SF₆-Feuchtigkeitsgehaltstests mit einem Schwellenwert ≤300 ppm.
Durchführung jährlicher PT-Volt-Ampere-Charakteristiken-Tests zum Vergleich mit Fabrikdaten.
4. Lektionen und Präventivmaßnahmen
4.1 Schlüssellektionen
Konstruktionsfehler: Die gemeinsame Platzierung von PTs erhöhte das Risiko der Fehlerausbreitung.
Wartungslücke: Nichterkennen kumulativer Spannungsschäden.
Schutzdefizit: Die Abhängigkeit vom Rückfallenschutz verzögerte die Fehlersicherung.
4.2 Präventivmaßnahmen
Stärkung der Herstellungsüberwachung, insbesondere hinsichtlich Isolierprozesse und struktureller Integrität.
Förderung der zustandsbasierten Wartung mit Vibrationsoverwachung zur Bewertung der Spannungsniveaus.
Revision der Konstruktionsvorschriften, um flexible Verbindungen zwischen PTs und Bussen zu fordern.
Durchführung von Anti-Unfallübungen, um standardisierte Notfallreaktionsverfahren für PT-Fehler einzuführen.
4.3 Implementierungsergebnisse
Nach der Modernisierung zeigen die Daten:
Partielle Entladung verringert von 80 pC auf 15 pC.
Temperaturanstieg unter Volllast um 12°C reduziert.
Fehlerreaktionszeit verkürzt von 600 ms auf 40 ms.
5. Schlussfolgerung
Dieser Unfall hat mehrere versteckte Risiken im Design, in der Installation und in der Wartung von GIS-Geräten aufgedeckt. Durch strukturelle Optimierung, Aufwertung des Schutzsystems und Managementverbesserungen wurde ein umfassendes Risikopräventionsystem etabliert. Die kontinuierliche Überwachung der Geräteleistung wird ein replizierbares Modernisierungserlebnis für ähnliche Umspannwerke bieten.
