Koje su uzroci kvariranja i gorenja naponskog transformatora u GIS od 35 kV?

1. Pregled nesreće
1.1 Struktura i povezivanje naponskog transformatora u uređaju GIS prekidača na 35kV

Uređaj za gasno izolovane dvostruke matične prekidače serije ZX2, proizveden u martu 2011. godine i zvanično uveden u upotrebu u julu 2012. godine, konfigurisan je sa dve grupe naponskih transformatora (PT-ova) za svaki odjeljak maticne linije. Dve grupe PT-ova istog odjeljka maticne linije su dizajnirane unutar jednog kabinet prekidača širine 600 mm. Trofazni PT-ovi su raspoređeni u trougaonom obliku na dnu kabineta.

PT-ovi su povezani sa isključivačima u komori maticne linije prekidača PT-a preko kratkih kabelskih čepova. Isključivači su povezani sa trofaznom maticnom linijom preko pokretnih kontakata u SF₆ potpuno zatvorenoj komori maticne linije. Potpuno zatvorena struktura maticne linije smanjuje stopu grešaka, a maticna linija nije opremljena posebnim zaštitnim uređajem. Greške na maticnoj liniji se uklanjaju putem rezervne zaštite ulaznog prekidača snage.

1.2 Način rada pre spaljenja

Pre nesreće, električna mreža je radila na sledeći način:

• Sistem 220kV: Linije Qiaoshi i Huishi su radile paralelno sa zatvorenim prekidačem među matičnim linijama.

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

• Sistem 35kV: Jedinka A je radila sa dvostrukim maticnim linijama u razdvojenom režimu. Generator 2, koji je nosio 30,5 MW, bio je povezan sa Maticnom linijom II jedinke A preko Maticne linije I jedinke E, prekidača za vezu toplinskom naftom 361 i 367, i radio je paralelno sa drugim glavnim transformatorom.

1.3 Tijek nesreće

• Predznak greške

• Počevši od 15:11:20.393, 19. aprila, zaštitni uređaj prekidača 367 jedinke E (Matična jedinica za generatore 1 i 2) je više puta ispalio alarme o odsecanju PT-a, koje su se intermitentno resetirale.

• Spaljenje opreme

• U 15:12:59, dim i električni luk su bili primjećeni u kabinetu PT-a Maticne linije I jedinke E. Nula-sekvencijska zaštita preopterećenja prekidača 361 i 367 je aktivirana, izazivajući skokove oba prekidača.

• Inspekcija na terenu

• Vrata kabineta su eksplodirala. Faza A PT-a je teško spaljena, a čep faze B je pukao. Unutrašnja oprema je izgorjela.

• Sekundarne žice susjednog kabineta zaštitnika od udara su oštećene. Testiranje pritiska i izolacije komore maticne linije bilo je normalno.

2. Analiza uzroka
2.1 Kvalitet opreme i defekti pri montaži

• Problem s dizajnom i proizvodnjom

• Loš proces laktiranja dovodi do djelomične raspršenosti.

• Rasut sloj željezne jezgre dovodi do zagrijavanja vrtloga struje.

• Nepravilno savijanje bobina povećava rizik od kratkospojnih spojeva između zavojaka.

• Defekti pri montaži i održavanju

• Lošo zavarivanje zavojaka za zemljanje povećava otpor kontakta.

• Deformacija željezne jezgre tokom transporta/montaže.

• Poprečni stres od kratkih kabelskih čepova dovodi do pucanja epoksne smole tokom vremena.

2.2 Neobični uslovi rada

• Greške u sekundarnom krugu

• Prenaglučenost sekundarnog kruga zbog prekomernih paralelnih petlji, što dovodi do povećanog topljenja prema \(Q = I²rt\).

• Sekundarni kratični spojevi izazivaju talase struje u primarnom krugu i pretopljenje.

• Pretension sistema

• Feromrezonanca izazvana promenama stanja ili arčnim zemljama, generira pretension do 2,5 puta veće od nominalne vrijednosti.

• Izopačenje talasa ubrzava starenje izolacije.

• Nebalans tri faze

• Visok sadržaj harmonika ( uglavnom neparni harmonici) dovodi do nebalansa impedancije.

• Struja pomaknute neutralne tačke dovodi do pretopljenja u nula-sekvencijskom krugu.

2.3 Analiza demontaže proizvođača

• Lokacija greške

• Pucanje epoksne smole oko otvora za flanšu faze A PT-a dovodi do intermitentnog zemljanja.

• Mehanički slom čepa faze B izaziva međufazni kratični spoj.

• Analiza stresa

• Nefleksibilne kabelske veze generiraju poprečni stres koncentriran oko otvora za flanšu.

• Proglašenje greške: Intermittentno zemljanje → Ablacija aluminijumskog poklopa → Resetovanje greške → Konačni propad.

3. Plan revitalizacije
3.1 Optimizacija nadzora opreme

• Implementacija online nadzora djelomične raspršenosti za uređaje GIS istog modela i uspostavljanje baznih podataka.

• Provođenje periodičnih testiranja otpora izolacije s pragom od 200 MΩ.

3.2 Unapređenje dizajna strukture

• Širenje kabineta: Povećanje širine kabineta sa 600 mm na 800 mm kako bi se poboljšalo emitovanje toplote.

• Unapređenje veza: Zamjena kratkih kabelskih čepova direktnim vezama kako bi se smanjio stres.

• Modularni dizajn: Uvođenje ugrađivih PT-ova/arrestora kako bi se smanjilo vrijeme održavanja.

3.3 Unapređenje zaštitnog sistema

• Dodavanje posebnih prekidača za uređaje PT sa zaštitom od preopterećenja/pretenzije.

• Instalacija posebnih zaštitnih uređaja za maticnu liniju za brzo izolovanje grešaka.

• Optimizacija dizajna nula-sekvencijskog kruga kako bi se smanjio rizik od rezonancije.

3.4 Prilagođavanje strategije rada i održavanja

• Uspostavljanje zapisa o upravljanju cijelog životnog vijeka opreme, dokumentiranje podataka o instalaciji i održavanju.

• Izvođenje kvartalnih testiranja sadržaja vlage SF₆ s pragom ≤300 ppm.

• Godišnja provjera karakteristika napona-ampera PT-a za usporedbu s fabričkim podacima.

4. Zaključci i preventivne mere
4.1 Ključni zaključci

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

• Nedostatak održavanja: Nedostatak otkrivanja akumulativnog stresa i oštećenja.

• Nedostatak zaštite: Ovisnost o rezervnoj zaštiti kašnjava uklanjanje grešaka.

4.2 Preventivne mere

• Jačanje nadzora proizvodnje opreme, fokusirano na procese izolacije i strukturnu integritet.

• Promovisanje održavanja uslovljenog stanjem koristeći nadzor vibracija za procjenu nivoa stresa.

• Revizija specifikacija dizajna da bi se predvidjeli fleksibilni spojevi između PT-ova i maticnih linija.

• Održavanje anti-nesrećnih vježbi kako bi se standardizirali postupci hitne intervencije za greške PT-a.

4.3 Rezultati implementacije

Podaci nakon revitalizacije pokazuju:

• Djelomična raspršenost smanjena sa 80 pC na 15 pC.

• Porast temperature pod punim opterećenjem smanjen za 12°C.

• Vrijeme odgovora na grešku smanjeno sa 600 ms na 40 ms.

5. Zaključak

Ova nesreća je otkrila mnoge skrivene rizike u dizajnu, montaži i održavanju opreme GIS. Putem optimizacije strukture, unapređenja zaštitnog sistema i jačanja upravljanja, uspostavljena je kompleksna sistema prevencije rizika. Kontinuirani nadzor performansi opreme pružit će replikabilne iskustva o revitalizaciji za slične podstancije.