چه عللی موجب خرابی و سوختن ترانسفورماتور ولتاژ GIS ۳۵ کیلوولت می‌شود

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

دستگاه ZX2 با عایق گازی دو مادره که در مارس 2011 ساخته شده و در ژوئیه 2012 به رسمیت عمل گذاشته شده است، شامل دو گروه ترانسفورماتور ولتاژ (PTs) برای هر بخش مادر است. دو گروه PT یک بخش مادر در یک جعبه دستگاه با عرض 600 میلی‌متر طراحی شده‌اند. ترانسفورماتورهای سه فاز در پایین جعبه به صورت مثلثی قرار دارند.

ترانسفورماتورها از طریق سیم‌پیچ‌های کوتاه به جداکننده‌ها در اتاق مادر PT در دستگاه PT متصل می‌شوند. جداکننده‌ها از طریق تماس‌های متحرک به سه فاز مادر در اتاق مادر SF₆ کاملاً بسته متصل می‌شوند. ساختار مادر کاملاً بسته شده نرخ خرابی را کاهش می‌دهد و مادر با محافظ مخصوص مجهز نیست. خطاهای مادر از طریق محافظ پشتیبانی سوئیچ ورودی برق رفع می‌شوند.

1.2 حالت عملیاتی قبل از سوختن

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

• سیستم 220kV: خط قیاشی و خط هویشی با یکدیگر موازی و با سوئیچ اتصال مادر بسته بودند.

• بار ترانسفورماتور اصلی: ترانسفورماتور اصلی شماره 1 بار 47 MW و شماره 2 بار 14 MW داشت.

• سیستم 35kV: واحد A با دو مادر در حالت تقسیم عمل می‌کرد. ژنراتور شماره 2 با بار 30.5 MW به مادر II واحد A از طریق مادر 1 واحد E، دستگاه‌های اتصال نفت گرم 361 و 367 و با ترانسفورماتور اصلی شماره 2 موازی بود.

1.3 فرآیند حادثه

• نشانه‌های قبلی خطا

• از ساعت 15:11:20.393 در 19 آوریل، دستگاه محافظ سوئیچ 367 در واحد E (واحد مادر برای ژنراتورهای 1 و 2) پیام‌های هشدار قطع PT را به طور متناوب ارسال می‌کرد که به طور متناوب بازنشانی می‌شدند.

• سوختن تجهیزات

• در ساعت 15:12:59، دود و جرقه در جعبه PT مادر 1 واحد E مشاهده شد. محافظ جریان صفر-توالی سوئیچ‌های 361 و 367 فعال شد و هر دو سوئیچ قطع شدند.

• بازرسی محلی

• دریچه جعبه باز شده بود. PT فاز A به شدت سوخته بود و سیم‌پیچ فاز B شکسته شده بود. تجهیزات داخلی سوخته بودند.

• سیم‌های ثانویه جعبه مجاور خنثی‌کننده آسیب دیده بودند. تست فشار و عایق اتاق مادر نرمال بود.

2. تحلیل علل
2.1 نقص کیفیت و نصب تجهیزات

• مسائل طراحی و ساخت

• فرآیند نامناسب رنگ عایق منجر به تخلیه جزئی.

• آزادی لایه‌های هسته آهن منجر به گرمایش جریان دایره‌ای.

• پیچیدن نامنظم سیم‌پیچ‌ها افزایش خطر کوتاه‌شدن بین دورهای سیم‌پیچ.

• نقص‌های نصب و نگهداری

• جوش ضعیف پیچ زمین‌کشی افزایش مقاومت تماس.

• تغییر شکل هسته آهن در حین حمل و نصب.

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

2.2 شرایط عملیاتی غیرعادی

• خطاهای مدار ثانویه

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

• کوتاه‌شدن مدار ثانویه منجر به افزایش جریان اولیه و گرمایش.

• افزایش ولتاژ سیستم

• رزونانس فرومغناطیس به دلیل عملیات تغییر وضعیت یا زمین‌کشی با جرقه، منجر به افزایش ولتاژ تا 2.5 برابر مقدار اسمی.

• تغییر شکل موج منجر به تسریع در پیری عایق.

• ناهم‌بَری سه فاز

• محتوای هارمونیک بالا (عمدتا هارمونیک‌های فرد) منجر به ناهم‌بَری مقاومت.

• جریان اختلاف نقطه محاوره منجر به گرمایش در مدار صفر-توالی.

2.3 تحلیل تجزیه توسط سازنده

• مکان خطا

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

• شکست مکانیکی سیم‌پیچ فاز B منجر به کوتاه‌شدن بین فاز‌ها.

• تحلیل تنش

• اتصالات سیم‌پیچ غیر انعطاف‌پذیر منجر به تمرکز تنش عرضی در سوراخ‌های فلانژ.

• پیشرفت خطا: زمین‌کشی متناوب → خوردگی پوشش آلومینیوم → بازنشانی خطا → شکست نهایی.

3. برنامه بازسازی
3.1 بهینه‌سازی نظارت بر تجهیزات

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

• اجرا