چه عللی باعث خرابی و سوختن ترانسفورماتور ولتاژ GIS ۳۵ کیلوولت می شوند

1. مروری بر حوادث
1.1 ساختار و اتصال ترانسفورماتور ولتاژ دستگاه GIS 35kV

دستگاه ZX2 با عایق گازی دو مادر که در مارس 2011 ساخته شده و در ژوئیه 2012 به رسمیت وارد عمل شده است، شامل دو گروه ترانسفورماتور ولتاژ (PT) برای هر بخش مادر است. دو گروه PT همان بخش مادر در یک کابینت با عرض 600 میلی‌متر طراحی شده‌اند. PT‌های سه‌فاز در پایین کابینت به شکل مثلثی قرار داده شده‌اند.

PT‌ها از طریق کابل‌های کوتاه به جداکننده‌ها در کامره مادر PT متصل شده‌اند. جداکننده‌ها از طریق تماس‌های متحرک به مادر سه‌فاز در کامره مادر SF₆ کاملاً بسته متصل می‌شوند. ساختار مادر کاملاً بسته نرخ خرابی را کاهش می‌دهد و مادر حفاظت اختصاصی ندارد. خطا‌های مادر از طریق حفاظت پشتیبانی از سویچ قدرت ورودی رفع می‌شوند.

1.2 حالت عملیاتی قبل از سوختن

قبل از حادثه، شبکه قدرت به صورت زیر عمل می‌کرد:

• سیستم 220kV: خط قیاشی و خط هویشی با بسته بودن سوییچ مادری موازی کار می‌کردند.

• بار ترانسفورماتور اصلی: ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ بار 47 MW و شماره ۲ بار 14 MW را تحمل می‌کرد.

• سیستم 35kV: واحد A با دو مادر در عملیات جداگانه کار می‌کرد. ژنراتور شماره ۲ با بار 30.5 MW از طریق مادر یک واحد E، سوییچ‌های اتصال نفت گرم 361 و 367 به مادر II واحد A متصل شده و با ترانسفورماتور اصلی شماره ۲ موازی کار می‌کرد.

1.3 فرآیند حادثه

• پیش‌بینی خطا

• از ساعت 15:11:20.393 در 19 آوریل، دستگاه محافظ سوییچ 367 واحد E (واحد مادر برای ژنراتورهای 1 و 2) بارها هشدار قطع PT را صادر کرد که به طور متناوب بازنشانی می‌شد.

• سوختن تجهیزات

• در ساعت 15:12:59، دیده شد که در کابینت PT مادر یک واحد E دود و جرقه وجود دارد. حفاظت جریان صفر-توالی سوییچ‌های 361 و 367 فعال شد و هر دو سوییچ را قطع کرد.

• بازرسی محلی

• درب کابینت باز شده بود. PT فاز A شدیداً سوخته و پلاگ فاز B شکسته شده بود. تجهیزات داخلی سوخته بودند.

• سیم‌های ثانویه کابینت مجاور کهنه‌گیری آسیب دیده بودند. تست فشار و عایق کامره مادر نرمال بود.

2. تحلیل دلایل
2.1 مشکلات کیفیت و نصب تجهیزات

• مشکلات طراحی و ساخت

• فرایند رنگ عایق ضعیف منجر به تخلیه جزئی.

• پیچیدگی لایه‌های آهن‌های هسته منجر به گرمایش گردشی.

• پیچیدگی سیم‌پیچ منجر به افزایش خطر کوتاه‌شدن بین دورها.

• مشکلات نصب و نگهداری

• جوش‌کاری ضعیف پیچ زمین‌گیری منجر به افزایش مقاومت تماس.

• تغییر شکل هسته‌های آهن در حین حمل و نصب.

• تنش عرضی از پلاگ‌های کوتاه کابل منجر به ترک اپوکسی در طول زمان.

2.2 شرایط عملیاتی غیرعادی

• خرابی‌های مدار ثانویه

• افزایش بار در مدار ثانویه به دلیل حلقه‌های موازی بیش از حد، منجر به افزایش تولید گرما به طور \(Q = I^2rt\).

• کوتاه‌شدن مدار ثانویه منجر به افزایش جریان اولیه و گرم شدن.

• افزایش ولتاژ سیستم

• رزونانس آهنی به دلیل عملیات تغییر مسیر یا زمین‌گیری با جرقه، منجر به افزایش ولتاژ تا 2.5 برابر مقدار اسمی.

• تغییر شکل موج منجر به تسریع در پیری عایق.

• ناهم‌تعادل سه‌فاز

• محتوای هارمونیک بالا (به طور اصلی هارمونیک‌های فرد) منجر به ناهم‌تعادل امپدانس.

• جریان جابجایی نقطه خنثی منجر به گرم شدن در مدار صفر-توالی.

2.3 تجزیه و تحلیل تجزیه سازنده

• مکان خطا

• ترک اپوکسی در سوراخ نصب فلانژ فاز A منجر به زمین‌گیری متناوب.

• شکست مکانیکی پلاگ فاز B منجر به کوتاه‌شدن فاز به فاز.

• تحلیل تنش

• اتصالات کابل غیرمرن منجر به تمرکز تنش عرضی در سوراخ‌های فلانژ.

• پیشرفت خطا: زمین‌گیری متناوب → سوختن پوشش آلومینیوم → بازنشانی خطا → شکست نهایی.

3. برنامه بازسازی
3.1 بهینه‌سازی نظارت بر تجهیزات

• اجرای نظارت آنلاین بر تخلیه جزئی دستگاه‌های GIS هم‌مدل و ایجاد داده‌های پایه.

• اجرای آزمایش‌های مقاومت عایق دوره‌ای با حداقل 200 MΩ.

3.2 بهبود طراحی ساختاری

• گسترش کابینت: افزایش عرض کابینت از 600 میلی‌متر به 800 میلی‌متر برای بهبود تبدیل گرما.

• به‌روزرسانی اتصال: جایگزینی پلاگ‌های کوتاه کابل با اتصال مستقیم برای کاهش تنش.

• طراحی ماژولار: استفاده از PT‌ها/کهنه‌گیری‌های قابل جابجایی برای کاهش زمان نگهداری.

3.3 بهبود سیستم حفاظت

• اضافه کردن سوییچ‌های مداربردار اختصاصی برای دستگاه‌های PT با حفاظت از جریان/ولتاژ بیش از حد.

• نصب دستگاه‌های حفاظت مادر اختصاصی برای جدا کردن سریع خطا.

• بهینه‌سازی طراحی مدار صفر-توالی برای کاهش خطر رزونانس.

3.4 تنظیم استراتژی عملیاتی و نگهداری

• تأسیس رکورد‌های مدیریت چرخه عمر کامل تجهیزات، ثبت داده‌های نصب و نگهداری.

• اجرای آزمایش‌های محتوای رطوبت SF₆ ربع‌سالی با حداقل 300 ppm.

• اجرای آزمایش‌های مشخصه ولت-آمپر PT سالانه برای مقایسه با داده‌های کارخانه.

4. درس‌های گرفته شده و اقدامات پیشگیرانه
4.1 درس‌های کلیدی

• نقص طراحی: قرار گرفتن PT‌ها در کنار هم افزایش خطر انتقال خطا.

• شکاف نگهداری: عدم تشخیص آسیب تجمعی تنش.

• نقص حفاظت: وابستگی به حفاظت پشتیبانی منجر به تأخیر در رفع خطا.

4.2 اقدامات پیشگیرانه

• تقویت نظارت بر ساخت تجهیزات، تمرکز بر فرآیندهای عایق‌سازی و تمامیت ساختاری.

• تبلیغ نگهداری بر اساس وضعیت با استفاده از نظارت ارتعاش برای ارزیابی سطح تنش.

• تغییر مشخصات طراحی برای الزام اتصالات انعطاف‌پذیر بین PT‌ها و مادرها.

• اجرای تمرین‌های ضدحادثه برای استانداردسازی رویه‌های واکنش اضطراری به خطا PT.

4.3 نتایج اجرایی

داده‌های پس از بازسازی نشان می‌دهد:

• تخلیه جزئی از 80 pC به 15 pC کاهش یافت.

• افزایش دما تحت بار کامل 12°C کاهش یافت.

• زمان پاسخ خطا از 600 میلی‌ثانیه به 40 میلی‌ثانیه کاهش یافت.

5. نتیجه‌گیری

این حادثه چندین خطر پنهان در طراحی، نصب و نگهداری تجهیزات GIS را آشکار کرد. از طریق بهینه‌سازی ساختاری، به‌روزرسانی سیستم حفاظت و بهبود مدیریت، یک سیستم پیشگیری از ریسک کاملاً جامع تأسیس شده است. نظارت مداوم بر عملکرد تجهیزات تجربه بازسازی قابل تکرار برای زیرстанسیون‌های مشابه فراهم خواهد کرد.