1. Przegląd wypadku
1.1 Struktura i połączenie transformatora napięciowego przełącznika GIS 35kV
Przełącznik dwubusowy z gazową izolacją ZX2, wyprodukowany w marcu 2011 roku i oficjalnie wprowadzony do eksploatacji w lipcu 2012, jest wyposażony w dwie grupy transformatorów napięciowych (PT) dla każdego odcinka busu. Dwie grupy PT tego samego odcinka busu są zaprojektowane w jednej szafie przełącznika o szerokości 600 mm. Trójfazowe PT są ułożone w formacji trójkątnej na dnie szafy.
PT są podłączone do odłączników w komorze busu przełącznika PT za pomocą krótkich kabelków. Odłączniki są podłączone do trójfazowego busu poprzez ruchome kontakty w pełnym zakresie zamkniętej komory busu SF₆. Pełna struktura busu zmniejsza wskaźnik awarii, a bus nie jest wyposażony w dedykowaną ochronę busu. Awarie busu są usuwane przez ochronę zapasową przekaźnika wejściowego.
1.2 Tryb pracy przed spaleniem
Przed wypadkiem sieć energetyczna działała w następujący sposób:
System 220kV: Linia Qiaoshi i linia Huishi były uruchomione równolegle z zamkniętym przełącznikiem łączącym busy.
Obciążenie głównego transformatora: Transformator główny nr 1 miał 47 MW, a transformator główny nr 2 - 14 MW.
System 35kV: Jednostka A pracowała z podwójnym busami w trybie rozdzielonym. Generator nr 2, który miał 30,5 MW, był podłączony do Busu II Jednostki A poprzez Bus 1 Jednostki E, przełączniki interpołącza oleju ciepłego 361 i 367, i pracował równolegle z transformatorem głównym nr 2.
1.3 Przebieg wypadku
Poprzednik awarii
Spalenie sprzętu
Inspekcja na miejscu
Drzwi szafy zostały wysadzone. Faza A PT była poważnie spalona, a wtyczka fazy B pękła. Wewnętrzne urządzenia były spalone.
Prawy przewód sąsiedniej szafy ogranicznika został uszkodzony. Testy ciśnienia i izolacji komory busu były normalne.
2. Analiza przyczyn
2.1 Jakość sprzętu i wady montażu
2.2 Nieprawidłowe warunki pracy
Awaria obwodu wtórnego
Przeciążenie w obwodzie wtórnym ze względu na zbyt wiele pętli równoległych, co prowadzi do zwiększenia generowania ciepła według \(Q = I²rt\).
Krótkie zwarcia wtórne powodujące gwałtowne skoki prądu pierwotnego i przegrzewanie.
Przepięcie systemu
Ferrorezonans spowodowany operacjami przełączania lub łukowym zazembleniem, generujący przepięcia do 2,5 razy wartości nominalnej.
Zniekształcenie fali przyspieszające starzenie izolacji.
Nierównowaga trójfazowa
Wysoka zawartość harmonicznych (głównie harmonicznych nieparzystych) powodująca nierównowagę impedancji.
Prąd przemieszczenia punktu neutralnego prowadzący do przegrzewania w obwodzie zerowej sekwencji.
2.3 Analiza demontażu producenta
Miejsce awarii
Analiza naprężeń
Nieelastyczne połączenia kablowe powodowały boczne naprężenia skupione w otworach flanży.
Postęp awarii: Cykliczne ziemne → Zaburzenie pokrycia aluminium → Reset awarii → Ostateczny rozpad.
3. Plan modernizacji
3.1 Optymalizacja monitoringu sprzętu
Wdrożenie online monitoringu częściowego rozładowania dla przełączników GIS tego samego modelu i ustanowienie danych bazowych.
Przeprowadzanie okresowych testów oporu izolacyjnego z progą 200 MΩ.
3.2 Ulepszenie projektu konstrukcyjnego
Rozszerzenie szafy: Zwiększenie szerokości szafy z 600 mm do 800 mm, aby poprawić odprowadzanie ciepła.
Ulepszenie połączeń: Zastąpienie krótkich kabli bezpośrednimi połączeniami, aby zmniejszyć naprężenia.
Modularny projekt: Zastosowanie wtyczalnych PT/ograniczników, aby zminimalizować czas konserwacji.
3.3 Wzmocnienie systemu ochronnego
Dodanie dedykowanych przełączników obwodów PT z ochroną przeciwko nadmiernemu prądowi/nadmiernemu napięciu.
Instalacja dedykowanych urządzeń ochrony busu do szybkiego izolowania awarii.
Optymalizacja projektu obwodu zerowej sekwencji, aby zmniejszyć ryzyko rezonansu.
3.4 Dostosowanie strategii eksploatacji i konserwacji
Utworzenie pełnych rejestrów zarządzania cyklem życia sprzętu, dokumentujących dane instalacji i konserwacji.
Przeprowadzanie kwartalnych testów zawartości wilgoci SF₆ z progą ≤300 ppm.
Przeprowadzanie rocznych testów charakterystyki volt-ampere PT do porównania z danymi fabrycznymi.
4. Wnioski i środki zapobiegawcze
4.1 Kluczowe wnioski
Błąd projektowy: Lokalizacja PT powodowała zwiększenie ryzyka rozprzestrzeniania się awarii.
Brak konserwacji: Nie wykryto skumulowanych uszkodzeń spowodowanych naprężeniami.
Brak ochrony: Relacja na ochronę zapasową opóźniała usuwanie awarii.
4.2 Środki zapobiegawcze
Wzmocnienie nadzoru produkcji sprzętu, koncentrując się na procesach izolacyjnych i integralności strukturalnej.
Promowanie konserwacji opartej na stanie za pomocą monitoringu wibracji do oceny poziomu naprężeń.
Rewizja specyfikacji projektowych, aby wymusić elastyczne połączenia między PT a busami.
Przeprowadzanie ćwiczeń antywypadkowych, aby standaryzować procedury reagowania na awarie PT.
4.3 Wyniki wdrożenia
Dane po modernizacji pokazują:
Częściowe rozładowanie zmniejszyło się z 80 pC do 15 pC.
Wzrost temperatury przy pełnym obciążeniu zmniejszył się o 12°C.
Czas reakcji na awarię skrócił się z 600 ms do 40 ms.
5. Podsumowanie
Ten wypadek ujawnił wiele ukrytych ryzyk w projekcie, montażu i konserwacji sprzętu GIS. Poprzez optymalizację strukturalną, modernizację systemu ochronnego i wzmocnienie zarządzania, utworzono kompleksowy system zapobiegania ryzykom. Ciągły monitoring wydajności sprzętu dostarczy powtarzalnego doświadczenia modernizacji dla podobnych stacji przesyłowych.
