Ποιες είναι οι αιτίες της βλάβης και της καύσης του μετατροπέα δυναμικού GIS 35 kV;

1. Σύνοψη Τυχόντος Ατυχήματος
1.1 Δομή και Σύνδεση του Μετατροπέα Τάσης GIS Switchgear 35kV

Το διπλής μητροποίησης στροβίλων ZX2 με αεριογόνη απομόνωση, κατασκευασμένο τον Μάρτιο 2011 και επίσημα σε λειτουργία από τον Ιούλιο 2012, είναι προεξοπλισμένο με δύο ομάδες μετατροπέων τάσης (PT) για κάθε μητρώδη τμήμα. Οι δύο ομάδες PT του ίδιου τμήματος μητρώδους είναι σχεδιασμένες σε ένα κάστρο με πλάτος 600 mm. Οι τριφασικοί μετατροπείς τάσης είναι διατεταγμένοι σε τριγωνική μορφή στο κάτω μέρος του κάστρου.

Οι μετατροπείς τάσης είναι συνδεδεμένοι με τους αποσυνδέτες στο χώρο μητρώδους του κάστρου μετατροπέων τάσης μέσω μικρών καλωδιακών συνδέσεων. Οι αποσυνδέτες είναι συνδεδεμένοι με το τριφασικό μητρώδες μέσω κινούμενων επαφών στον πλήρως κλειστό χώρο μητρώδους SF₆. Η πλήρως κλειστή δομή μητρώδους μειώνει το ποσοστό πτώσεων, και το μητρώδες δεν είναι εξοπλισμένο με ειδική προστασία. Οι πτώσεις του μητρώδους εξαλείφονται μέσω της υποστηρικτικής προστασίας του εισερχόμενου στροβίλου ενέργειας.

1.2 Λειτουργικός Τρόπος Πριν την Κατακάεση

Πριν από το ατύχημα, η πλέξη ενέργειας λειτουργούσε ως εξής:

• Σύστημα 220kV: Η Γεφυρα Κιαοσί και η Γεφυρα Χουϊσί λειτουργούσαν παράλληλα με τον αποσυνδέτη μητρώδους κλειστό.

• Φορτίο Κύριου Μετατροπέα: Ο 1ος κύριος μετατροπέας φορτωνόταν 47 MW, και ο 2ος 14 MW.

• Σύστημα 35kV: Το Unit A λειτουργούσε με διπλό μητρώδες σε διαχωρισμένη λειτουργία. Ο Γεννήτριας No.2, φορτωνόταν 30.5 MW, ήταν συνδεδεμένος με το Μητρώδες II του Unit A μέσω του Μητρώδους 1 του Unit E, των καταναλωτικών γραμμών 361 και 367, και λειτουργούσε παράλληλα με τον 2ο κύριο μετατροπέα.

1.3 Διαδικασία Ατυχήματος

• Προειδοποιητικά Σημάδια

• Από τις 15:11:20.393 της 19ης Απριλίου, το προστατικό σύστημα του κλειδίου 367 του Unit E (Μονάδα Μητρώδους για τους Γεννητήρες 1 και 2) εκδίδονταν επαναλαμβανόμενα προειδοποιήσεις για διασύνδεση PT, οι οποίες επαναφέρονταν διακοπτικά.

• Κατακάεση Εξοπλισμού

• Στις 15:12:59, παρατηρήθηκαν καπνός και αρκετά στο κάστρο PT του Μητρώδους 1 του Unit E. Η προστασία μηδενικής ακολουθίας υπερτάσης των κλειδίων 361 και 367 ενεργοποιήθηκε, ενεργοποιώντας τα δύο κλειδιά.

• Επιθεώρηση Στοιχείων

• Η πόρτα του κάστρου άνοιξε. Ο PT της φάσης A κατακαίστηκε σοβαρά, και η σύνδεση της φάσης B έσπασε. Το εσωτερικό εξοπλισμό έχασε την ποιότητά του.

• Τα δευτερεύοντα σύνδεσμα του παρακαμπτήρα του κάστρου πλησιέστερα βλάβηκαν. Οι δοκιμές πίεσης και απομόνωσης του χώρου μητρώδους ήταν φυσιολογικές.

2. Ανάλυση Αιτίας
2.1 Ποιότητα Εξοπλισμού και Ελλείψεις Εγκατάστασης

• Θέματα Σχεδιασμού και Κατασκευής

• Κακή διαδικασία λευκού πινακιού οδηγώντας σε μερική εκκεντρική αποδόση.

• Χαλαρά στρώματα σιδηρού πυρήνα προκαλώντας θερμοποίηση εξαντλήσεως.

• Ανεπαρκής συνδυασμός κατασκευής καταστροφής αυξάνοντας τον κίνδυνο μεταξύ των συνδέσεων.

• Ελλείψεις Εγκατάστασης και Συντήρησης

• Κακή συνάρτηση συνδέσεων προς το έδαφος αυξάνοντας την αντίσταση επαφής.

• Μετατροπή σιδηρού πυρήνα κατά τη μεταφορά/εγκατάσταση.

• Οριζόντια ένταση από μικρά καλωδιακά σύνδεση προκαλώντας σπάσιμο epoxy με την πάροδο του χρόνου.

2.2 Ανώμαλες Συνθήκες Λειτουργίας

• Λάθη Δευτερεύοντος Κύκλου

• Υπερφόρτωση στον δευτερεύοντα κύκλο λόγω υπερβολικών παράλληλων κύκλων, αποτελεσματικά αυξάνοντας την θερμοποίηση σύμφωνα με \(Q = I^2rt\).

• Δευτερεύοντα σύνδεση προκαλώντας αύξηση της τάσης στον πρωτεύοντα κύκλο και υπερθέρμανση.

• Υπερτάση Συστήματος

• Φερρορεζόνανση προκαλούμενη από την ενεργοποίηση ή την αρκετά γεωμετρική σύνδεση, παράγοντας υπερτάσεις μέχρι 2.5 φορές την ρυθμισμένη τιμή.

• Παραμόρφωση της κύματος επιταχύνοντας την ηλικία της απομόνωσης.

• Τριφασική Ανισορροπία

• Υψηλό περιεχόμενο αρμονικών (κυρίως περιττές αρμονικές) προκαλώντας ανισορροπία αντίστασης.

• Μετατόπιση ηλεκτρικού ρεύματος στο νευτραλό σημείο προκαλώντας υπερθέρμανση στον μηδενικό κύκλο.

2.3 Ανάλυση Αποσυναρμολόγησης του Κατασκευαστή

• Τοποθεσία Αδυναμίας

• Σπάσιμο epoxy στον κατασκευαστικό τόξο του PT της φάσης A προκαλώντας διακοπτική σύνδεση.

• Μηχανική σπάσιμο της σύνδεσης της φάσης B προκαλώντας σύνδεση μεταξύ φάσεων.

• Ανάλυση Τάσης

• Όχι ευέλικτες συνδέσεις καλωδίων παράγοντας οριζόντια τάση συγκεντρωμένη στον τόξο.

• Πρόοδος της αδυναμίας: Διακοπτική σύνδεση → Απόσυρση επικάλυψης αλουμινίου → Επαναφορά της αδυναμίας → Τελική κατάρρευση.

3. Σχέδιο Αναβάθμισης
3.1 Βελτίωση Επιτήρησης Εξοπλισμού

• Εφαρμογή παρακολούθησης μερικής αποδόσεως online για GIS switchgears του ίδιου τύπου και δημιουργία βασικών δεδομένων.

• Εκτέλεση περιοδικών δοκιμών αντίστασης απομόνωσης με κατώτατο όριο 200 MΩ.

3.2 Βελτίωση Σχεδιασμού Δομής

• Επέκταση Κάστρου: Αύξηση του πλάτους του κάστρου από 600 mm σε 800 mm για βελτίωση της θερμοκρασίας.

• Ενημέρωση Συνδέσεων: Αντικατάσταση μικρών καλωδιακών συνδέσεων με άμεσες συνδέσεις για μείωση της τάσης.

• Μοντουλάρης Σχεδιασμός: Ανάληψη προσαρμόσιμων PTs/παρακαμπτήρων για μείωση του χρόνου συντήρησης.

3.3 Ενίσχυση Συστήματος Προστασίας

• Προσθήκη ειδικών διαχειριστών για PT switchgears με προστασία υπερτάσης/υπερτάσης.

• Εγκατάσταση ειδικών συσκευών προστασίας μητρώδους για ταχεία απομόνωση αδυναμιών.

• Βελτίωση σχεδιασμού μηδενικού κύκλου για μείωση του κινδύνου συντονίας.

3.4 Προσαρμογή Στρατηγικής Λειτουργίας και Συντήρησης

• Δημιουργία πλήρων αρχείων διαχείρισης για την ζωή του εξοπλισμού, καταγράφοντας τα δεδομένα εγκατάστασης και συντήρησης.

• Εκτέλεση τριμηνιαίων δοκιμών περιεχομένου υγρασίας SF₆ με κατώτατο όριο ≤300 ppm.

• Ετήσιες δοκιμές χαρακτηριστικών τάσης-αμπερ PT για σύγκριση με τα δεδομένα εργαστηρίου.

4. Μαθήματα και Προληπτικά Μέτρα
4.1 Κύρια Μαθήματα

• Σχεδιαστική Αδυναμία: Η συντοπισμός PTs αυξάνει τον κίνδυνο διάδοσης αδυναμιών.

• Ελλείψεις Συντήρησης: Η αδυναμία ανίχνευσης συσσωρευμένης ζημίας τάσης.

• Ανεπάρκεια Προστασίας: Η εξάρτηση από υποστηρικτική προστασία καθυστερεί την απομόνωση αδυναμιών.

4.2 Προληπτικά Μέτρα

• Ενίσχυση της επιτήρησης κατασκευής εξοπλισμού, εστιάζοντας στις διαδικασίες απομόνωσης και την δομική ακεραιότητα.

• Προώθηση της συντήρησης με βάση την κατάσταση, χρησιμοποιώντας παρακολούθηση διαταραχών για την αξιολόγηση της τάσης.

• Αναθεώρηση των επιδοτικών προδιαγραφών για να απαιτούν ευέλικτες συνδέσεις μεταξύ PTs και μητρώδους.

• Εκτέλεση αστραποφυλακικών άσκησεων για τον κανονισμό των διαδικασιών αντίδρασης σε αδυναμίες PT.