Hva er årsakene til kollaps og brenning av 35 kV GIS spenningstransformator?

1. Utsikt over ulykken
1.1 Struktur og kobling av spenningsoverfører for 35kV GIS bryter

ZX2 gassisoleret dobbelt bus brytere, produsert i mars 2011 og tatt i drift i juli 2012, er konfigurert med to grupper bus spenningsoverførere (PTs) for hver busseksjon. De to PT-gruppene for samme busseksjon er designet i en bryterkabinet med en bredde på 600 mm. De trefas PT-ene er plassert i en trekantformet form nederst i kabinetet.

PT-ene er koblet til skillebrytere i bus rommet av PT-bryterkabinetet via korte kabelstokker. Skillebryterne er koblet til den trefas busen gjennom bevegelige kontakter i SF₆ fullt lukket bus rom. Den fullt lukkede busstrukturen reduserer feilhastigheten, og busen har ikke dedikert busbeskyttelse. Busfeil ryddes gjennom sikringsbeskyttelsen på strøminngående brytere.

1.2 Driftsmodus før utbrenning

Før ulykken opererte strømnettet som følger:

• 220kV System: Qiaoshi Line og Huishi Line ble kjørt parallelt med bus koblingsbryteren stengt.

• Hovedtransformatorlast: Hovedtransformator 1 hadde 47 MW, og hovedtransformator 2 hadde 14 MW.

• 35kV System: Enhet A opererte med doble busser i delt drift. Generator 2, som hadde 30,5 MW, var koblet til Bus II av enhet A via Bus 1 av enhet E, varmeolje interkoblingsbryterne 361 og 367, og opererte parallelt med hovedtransformator 2.

1.3 Ulykkeprosess

• Feilmelding

• Fra 15:11:20.393 den 19. april, utstedte beskyttelsesenheten for bryter 367 i enhet E (Bus enhet for generatorer 1 og 2) repetitivt PT-koblingsalarm, som ble midlertidig nullstilt.

• Utrustningsutbrenning

• Kl. 15:12:59 ble røyk og flammehale observert i PT-kabinetet for Bus 1 i enhet E. Nullsekvens overstrømsbeskyttelsen for bryterne 361 og 367 aktiveres, og begge brytere trippet.

• Stedlig inspeksjon

• Døren ble blåst opp. Fase A PT var sterkt forbrent, og stokken til fase B var brutt. Intern utstyr var karbonisert.

• Sekundære ledninger i det nærliggende lynbeskytterkabinetet var skadet. Trykk- og isolasjonstester i busrommet var normalt.

2. Årsaksanalyse
2.1 Utrustningskvalitet og installasjonsdefekter

• Design og produksjonsproblemer

• Dårlig isoleringsmalering prosess som fører til delvis strømavgi.

• Løse lamine av jernkjerner som fører til vristrømoppvarming.

• Uregelmessig spolevinding som øker risikoen for mellomspole kortslutning.

• Installasjon og vedlikehold defekter

• Dårlig svart av jordskruer som øker kontaktmotstand.

• Forvrengning av jernkjerner under transport/installasjon.

• Tværspenning fra korte kabelstokker som fører til epoksyknusing over tid.

2.2 Anormal driftsforhold

• Sekundærløpsfeil

• Overbelasting i sekundærløpet på grunn av for mange parallelle løkker, som resulterer i økt varmegenerering ifølge \(Q = I²rt\).

• Sekundærekortslutning som utløser primærstrøm surget og overoppvarming.

• Systemoverspenning

• Ferreresonans forårsaket av slår/kobler handlinger eller arcing jordkobling, som genererer overspenninger opp til 2,5 ganger den nominelle verdien.

• Bølgeform deformasjon som akselererer isolasjonsaldring.

• Tre-fase ubalanse

• Høy harmonisk innhold (hovedsakelig oddetall harmoniske) som fører til impedans ubalanse.

• Nøytralpunkt forskyvningstrøm som fører til overoppvarming i nullsekvenskretsen.

2.3 Produsentens demontering analyse

• Feilposisjon

• Epoksyknusing ved flanget monteringshull for fase A PT ledet til periodisk jording.

• Mekanisk fraktur av fase B plug utløste fase til fase kortslutning.

• Spenningsanalyse

• Ikke-flexible kabelløp genererte tværspenning koncentrert ved flanget hull.

• Feilutvikling: Periodisk jording → Aluminium belag ablasjon → Feil reset → Siste nedbrudd.

3. Ombygging plan
3.1 Utrustningsovervåkingsoptimalisering

• Implementer online delvis strømavgi overvåking for GIS brytere av samme modell og etablere basisdata.

• Gjennomfør periodiske isolasjonsmotstands tester med en terskel på 200 MΩ.

3.2 Strukturell designforbedring

• Kabinetteksponering: Øk kabinetbredde fra 600 mm til 800 mm for å forbedre varmeavledning.

• Koblingoppgradering: Erstatt korte kabelstokker med direkte koblinger for å redusere stress.

• Modulært design: Bruk pluggbare PT-er/lynbeskyttere for å minimere vedlikeholds tid.

3.3 Beskyttelsessystemforbedring

• Legg til dedikerte brytere for PT brytere med overstrøm/overspenning beskyttelse.

• Installer dedikerte bus beskyttelsesenheter for rask feilisolering.

• Optimaliser nullsekvenskretsdesign for å redusere resonansrisiko.

3.4 Operasjon og vedlikehold strategi justering

• Etabler full livssyklus administrasjonsposter for utstyr, dokumenter installasjon og vedlikehold data.

• Utfør kvartalsmessige SF₆ fuktinnhold tester med en terskel ≤300 ppm.

• Gjennomfør årlige PT volt-ampere karakteristikk tester for sammenligning med fabrikksdata.

4. Lærdommer og forebyggende tiltak
4.1 Nøkkellærdommer

• Designfeil: Felleslocering av PT-er økte risikoen for feilpropagering.

• Vedlikeholds gap: Mislyktes med å oppdage kumulativ stressskade.

• Beskyttelsesmangel: Avhengighet av sikringsbeskyttelse forsinket feilrydding.

4.2 Forebyggende tiltak

• Styrk overvåking av utstyrsproduksjon, fokus på isolasjonsprosesser og strukturell integritet.

• Fremme tilstandsbasert vedlikehold ved bruk av vibrasjonsmonitorering for å vurdere stressnivåer.

• Revise designspesifikasjoner for å kreve flexible koblinger mellom PT-er og busser.

• Gjennomfør anti-ulykke øvelser for å standardisere nødsituasjonsprosedyrer for PT-feil.

4.3 Implementeringsresultater

Post-ombygging data viser:

• Delvis strømavgi redusert fra 80 pC til 15 pC.

• Temperaturstigning under full last redusert med 12°C.

• Feilsvarstid forkortet fra 600 ms til 40 ms.

5. Konklusjon

Denne ulykken avdekket flere skjulte risikoer i GIS utstyr design, installasjon og vedlikehold. Gjennom strukturell optimalisering, beskyttelsessystem oppgradering og forvaltningsforbedring, har et omfattende risikoforebyggende system blitt etablert. Kontinuerlig overvåking av utstyrsprestasjon vil gi replikerbar ombygnings erfaring for lignende understasjoner.