Kateri so vzroki za odpoved in izgoreljivost napetostnega preobrazovalnika v 35 kV GIS?

1. Pregled nesreče
1.1 Struktura in povezava napetostnega preoblikovalnika v napravi GIS za preklopnike na 35 kV

ZX2 plinsko izolirana naprava s podvojeno matično busom, izdelana marca 2011 in zoperativna od julija 2012, je opremljena z dvema skupinama napetostnih preoblikovalnikov (PT) za vsak matični odsenek. Dve PT skupini istega matičnega odsenka so postavljene v enem škafu širine 600 mm. Tri-fazni PT so razpostavljeni v trikotni formaciji na dnu škafa.

PT-ji so povezani s števili v komori matične buske preko kratkih kabelskih vstavljač. Števila so povezana z tri-fazno matično buso preko gibljevih kontaktov v SF₆ popolnoma zaprti komori matične buske. Popolnoma zaprta struktura matične buske zmanjša stopnjo neuspešnosti, matična buska pa ni opremljena z posebnim varnostnim zavarovanjem. Nezadostnosti matične buske se odpravijo preko nadomestnega varnostnega zavarovanja pri vhodnem preklopniku električne moči.

1.2 Način delovanja pred zgorelom

Pred nesrečo je električna mreža delovala takole:

• Sistem 220 kV: Vodni sistem Qiaoshi in Huishi sta delovala vzporedno z zaprtim preklopom med matičnima buskama.

• Nalog glavnega transformatorja: Prvi glavni transformator je nosil 47 MW, drugi 14 MW.

• Sistem 35 kV: Enota A je delovala z dvema matičnima buskama v razdeljenem operiranju. Generator 2, ki je nosil 30,5 MW, je bil povezan s matično buso II enote A preko matične buske 1 enote E, toplinsko oljno vezano preklopno napravo 361 in 367 ter deloval vzporedno z drugim glavnim transformatorjem.

1.3 Tek nesreče

• Zapovednik nesreče

• Od 15:11:20.393, 19. aprila, je varnostna naprava preklopnika 367 enote E (matična buska za generatorja 1 in 2) ponavljajoče izdajala alarme o odseku PT, ki so bili intermitentno ponastavljeni.

• Zgorela oprema

• Ob 15:12:59 so opazili dim in iskre v škafu PT matične buske 1 enote E. Zavarovanje nizkogonilne prekomerne struje preklopnikov 361 in 367 je bilo aktivirano, kar je povzročilo odpadevanje obeh preklopnikov.

• Preverjanje na mestu

• Vrata škafa so bila odprta. Faza A PT je bila težko poškodovana, vstavljač faze B pa je bil polomljen. Notranja oprema je bila izgorjena.

• Drugiarni žici sosednje naprave za zaščito pred udari so bili poškodovani. Meritve tlaka in izolacije v komori matične buske so bile normalne.

2. Analiza vzrokov
2.1 Kakovost opreme in napake pri namestitvi

• Izobraževanje in proizvodnja

• Slaba procesna izolacija, ki je vodila do lokalnih virov.

• Razlučenost železnih jedrov, ki je povzročila tok edinice.

• Nepravilno navijanje bobin, ki je povečalo tveganje za medbobinske kratične spoje.

• Napake pri namestitvi in vzdrževanju

• Slabo varjenje zazemljevalnih vintov, ki je povečalo upornost stika.

• Deformacija železnih jedrov med prevozom/namestitvijo.

• Poprečni napor od kratkih kabelskih vstavljač, ki je s časom povzročil pečenje epoksidne masice.

2.2 Neobičajne pogoji delovanja

• Napake v sekundarnem okolu

• Prenagrabljenost v sekundarnem okolu zaradi prevelikega števila vzporednih zank, kar je vodilo do povečane toplotne izdaje glede na \(Q = I²rt\).

• Sekundarni kratični spoji, ki so povzročili prekomerno prviarno strujno pretok in pregrehanje.

• Sistemsko previsoko napetost

• Feromrezonanca, povzročena zamenjava stanj ali arkiranje, ki je generirala previsoke napetosti do 2,5-krat večje od imenovane vrednosti.

• Deformacija valovne oblike, ki je pospeševala staranje izolacije.

• Tri-fazni neravnovesje

• Visoka harmonska vsebina (predvsem lihe harmonike), ki je povzročila neravnovesje upora.

• Tok premika neutralne točke, ki je vodil do pregrehanja v nizkogonilni zanki.

2.3 Razbiralna analiza proizvajalca

• Lokacija nepopravka

• Pečenje epoksidne masice v otoku flange faze A PT je vodilo do intermitentnega zazemljenja.

• Mehansko polomljenje vstavljača faze B je povzročilo fazni kratični spoj.

• Analiza naporov

• Nefleksibilne kabelske povezave so generirale poprečne napore, koncentrirane v otoki flange.

• Postopek nepopravka: Intermitentno zazemljenje → Odstranitev aluminijastega pokrova → Ponastavitev nepopravka → Končni padec.

3. Plan za rekonstrukcijo
3.1 Optimizacija nadzora opreme

• Uvedba online nadzora za lokalne vire v napravah GIS iste vrste in ustanovitev osnovnih podatkov.

• Periodično merjenje upornosti izolacije z pragom 200 MΩ.

3.2 Izboljšave strukturnega dizajna

• Razširitev škafa: Povečanje širine škafa s 600 mm na 800 mm za izboljšanje disipacije toplote.

• Posodobitev povezav: Zamenjava kratkih kabelskih vstavljač s direktnimi povezavami za zmanjšanje naporov.

• Modularni dizajn: Uvedba vstavljalnih PT/arrestorjev za zmanjšanje časa vzdrževanja.

3.3 Izboljšave varnostnega sistema

• Dodajanje posebnih preklopnikov za naprave PT s prekomerno strujno/voltne varnostne sistemi.

• Namestitev posebnih varnostnih naprav za matične buske za hitro izolacijo nepopravkov.

• Optimizacija dizajna nizkogonilne zanke za zmanjšanje tveganja resonancije.

3.4 Prilagoditev strategije delovanja in vzdrževanja

• Ustanovitev popolnih življenjskih ciklov za upravljanje zapisov opreme, dokumentiranje podatkov o namestitvi in vzdrževanju.

• Merjenje vlage SF₆ četrtletno z pragom ≤300 ppm.

• Letna meritve karakteristike volt-ampera PT za primerjavo s podatki proizvajalca.

4. Izkušnje in preventivne mere
4.1 Ključne izkušnje

• Nedostatek v dizajnu: Skupna lokacija PT-jev je povečala tveganje širjenja nepopravkov.

• Praznina v vzdrževanju: Nezmožnost zaznavanja kumulativnih poškodb zaradi naporov.

• Nedostatek varnostnega zavarovanja: Odvisnost od nadomestnega varnostnega zavarovanja je zakasnilo odpravljanje nepopravkov.

4.2 Preventivne mere

• Okrepiti nadzor nad proizvodnjo opreme, s fokusom na procese izolacije in strukturno celovitost.

• Promovirati vzdrževanje na osnovi stanja z uporabo merjenja vibracij za oceno naporov.

• Pregledati specifikacije dizajna, da bi zagotovile fleksibilne povezave med PT-ji in matičnimi buskami.

• Izvajati protinesrečne vaje za standardizacijo postopkov hitrega odziva na nepopravke PT-jev.

4.3 Rezultati izvedbe

Podatki po rekonstrukciji kažejo:

• Lokalni viri so se zmanjšali s 80 pC na 15 pC.

• Temperaturni naraštaj pod polnim nalogom se je zmanjšal za 12°C.

• Čas odziva na nepopravke se je zmanjšal s 600 ms na 40 ms.

5. Zaključek

Ta nesreča je razkrila več skritih tveganj v dizajnu, namestitvi in vzdrževanju opreme GIS. S strukturnimi optimizacijami, posodobitvami varnostnega sistema in izboljšavami v upravljanju je bila ustanovljena popolna preventivna sistema za tveganja. Nenehno spremljanje zmogljivosti opreme bo prušilo replikabilne izkušnje s rekonstrukcijo za podobne pretvorne.