Koje su uzroke kvara i zagorevanja naponskog transformatora u GIS-u od 35 kV?

1. Pregled nesreće
1.1 Struktura i povezivanje naponskog transformatora u naponskom uređaju GIS od 35 kV

ZX2 gasno izolirani dvobusni prekidni uređaj, proizveden u ožujku 2011. i zvanično uveden u rad u srpnju 2012., opremljen je s dvije grupe busnih naponskih transformatora (PT) za svaki busni odjeljak. Dvije grupe PT-ova istog busnog odjeljka dizajnirane su u jednom ormariću širine 600 mm. Tri-fazni PT-ovi su raspoređeni u trokutastom obliku na dnu ormarića.

PT-ovi su povezani s prekidnim kontaktima u busnom odjeljku PT ormarića putem kratkih kabelskih priključaka. Prekidni kontakti su povezani s tri-faznim busom kroz pokretne kontakte u SF₆ potpuno zatvorenom busnom odjeljku. Potpuno zatvorena busna struktura smanjuje stopu grešaka, a bus nije opremljen posebnim zaštitom busa. Greške busa se rješavaju putem rezervne zaštite ulaznog prekidnika snage.

1.2 Način rada prije spaljenja

Prije nesreće, mreža je radila na sljedeći način:

• Sustav od 220 kV: Linija Qiaoshi i linija Huishi su radile paralelno s zatvorenim prekidnikom među busovima.

• Opterećenje glavnog transformatora: Prvi glavni transformator je nosio 47 MW, a drugi 14 MW.

• Sustav od 35 kV: Jedinka A je radila s dvostrukim busovima u razdijeljenom radu. Generator broj 2, koji nosi 30,5 MW, bio je spojen na Bus II jedinke A putem Busa 1 jedinke E, vrućeg ulja poveznog linija prekidnika 361 i 367, te je radio paralelno s drugim glavnim transformatorom.

1.3 Tijek nesreće

• Prijedlog greške

• Počevši od 15:11:20.393, 19. travnja, zaštitni uređaj prekidnika 367 u jedinki E (Bus jedinica za generatore 1 i 2) je ponavljao upozorenja o odspajanju PT-ova, koja su se povremeno resetirala.

• Spaljenje opreme

• U 15:12:59, uočena je dimna zavjesa i luk u ormariću PT-a Busa 1 u jedinki E. Nula-sekvencijska zaštita prekostrujanja prekidnika 361 i 367 aktivirana je, tripajući oba prekidnika.

• Inspekcija na terenu

• Vrata ormarića su otvorena eksplozijom. Faza A PT-a bila je teško spaljena, a priključak faze B je bio prekidan. Unutarnja oprema je bila spaljena.

• Drugižičnice susjednog ormarića za zaštitu od udara bili su oštećeni. Testiranje pritiska i izolacije busnog odjeljka bilo je normalno.

2. Analiza uzroka
2.1 Kvaliteta opreme i nedostaci u montaži

• Dizajn i proizvodnja

• Loš proces laktiranja izolacije doveli do djelomičnog ispuštanja.

• Razlučnost slojeva željezne jezgre dovela do zagrijavanja uslijed cirkulacijskih struja.

• Neregularno navijanje bobina povećalo je rizik od kraćenja među zavojnicama.

• Nedostaci u montaži i održavanju

• Loše zavarivano zračnje zračnjaka povećalo je otpornost kontakta.

• Deformacija željezne jezgre tijekom prijevoza/montaže.

• Prijenosni napon od kratkih kabelskih priključaka doveli do pukotina u epoksidu tokom vremena.

2.2 Neobični uvjeti rada

• Greške u drugom zavojnicama

• Preopterećenje u drugom zavojnicama zbog prekomjernih paralelnih petlji, što je dovelo do povećanja toplinske emisije prema \(Q = I^2rt\).

• Kraćenje u drugom zavojnicama dovelo je do povećanja primarnog struja i pregrjevanja.

• Previsoki napon sustava

• Ferorezonanca nastala operacijama prekidnika ili lukovitim zemljenjem, generirajući previsoke napone do 2,5 puta veće od nominale.

• Izopačenje valnih oblika ubrzalo starenje izolacije.

• Neizbalansiranost tri faze

• Visok sadržaj harmonika ( uglavnom neparni harmonici ) doveli do neizbalansiranosti impedancije.

• Struja pomaka neutralne točke dovela do pregrjevanja nula-sekvencijske petlje.

2.3 Analiza demontaže proizvođača

• Lokacija greške

• Pukotine u epoksidu kod otvora za flanec faze A PT-a doveli do intermitentnog zemljenja.

• Mehanički prekid priključka faze B doveli do kraćenja između faza.

• Analiza stresa

• Nefleksibilne kabelske veze generirale su transverzalni stres koncentriran na otvore flanaca.

• Tijek greške: Intermittentno zemljenje → Abracija aluminijumskog poklopa → Resetiranje greške → Konačni propust.

3. Plan nadogradnje
3.1 Optimizacija nadgledanja opreme

• Implementacija online nadzora djelomičnog ispuštanja za GIS prekidne uređaje istog modela i uspostavljanje podataka o osnovnoj vrijednosti.

• Provjera periodične otpornosti izolacije s pragom od 200 MΩ.

3.2 Unaprijeđenje dizajna strukture

• Širenje ormarića: Povećanje širine ormarića sa 600 mm na 800 mm kako bi se poboljšalo odvajanje topline.

• Unaprijeđenje povezivanja: Zamjena kratkih kabelskih priključaka direktnim vezama kako bi se smanjio stres.

• Modularni dizajn: Uvođenje priključnih PT-ova/zaštitnih uređaja kako bi se minimiziralo vrijeme održavanja.

3.3 Unaprijeđenje sustava zaštite

• Dodavanje specifičnih prekidnika za PT ormariće s zaštitom od prekomjernog struja/prekomjernog napona.

• Instalacija specifičnih uređaja za zaštitu busa za brzo izoliranje grešaka.

• Optimizacija dizajna nula-sekvencijske petlje kako bi se smanjio rizik od rezonancije.

3.4 Prilagodba strategije rada i održavanja

• Uspostavljanje zapisnika upravljanja punim životnim ciklusom opreme, dokumentiranje podataka o instalaciji i održavanju.

• Provodenje kvartalnih testova vlažnosti SF₆ s pragom ≤300 ppm.

• Godišnji testi karakteristika napon-ampere PT-ova za usporedbu s podacima iz tvornice.

4. Izvodi i preventivne mjere
4.1 Ključni izvodi

• Greška u dizajnu: Zajedničko smještanje PT-ova povećalo je rizik od širenja grešaka.

• Praznina u održavanju: Nedostatak u detektiranju kumulativnog stresa i oštećenja.

• Nedostatak zaštite: Ovisnost o rezervnoj zaštiti kasnila je rješavanje grešaka.

4.2 Preventivne mjere

• Jačanje nadzora nad izradom opreme, fokusirajući se na procese izolacije i strukturnu integritet.

• Promicanje održavanja temeljenog na stanju koristeći nadzor vibracija za procjenu razina stresa.

• Revizija specifikacija dizajna kako bi se predvidjeli fleksibilni spojevi između PT-ova i busova.

• Održavanje anti-nesretnih vježbi kako bi se standardizirali postupci hitne reakcije na greške PT-ova.

4.3 Rezultati implementacije

Podaci nakon nadgradnje pokazuju:

• Djelomično ispuštanje smanjeno s 80 pC na 15 pC.

• Povećanje temperature pod punim opterećenjem smanjeno za 12°C.

• Vrijeme reakcije na grešku skraćeno s 600 ms na 40 ms.

5. Zaključak

Ova nesreća otkrila je više skrivenih rizika u dizajnu, montaži i održavanju GIS opreme. Kroz unaprijeđenje strukture, nadogradnju sustava zaštite i jačanje upravljanja, uspostavljena je kompleksna sistema prevencije rizika. Kontinuirano praćenje performansi opreme pružit će reproducibilno iskustvo nadgradnje za slične pretvorne stanice.