Vad är orsakerna till sammanbrottet och bränningen av 35 kV GIS spänningsomvandlaren?

1. Översikt av olyckan
1.1 Struktur och anslutning av spänningsomvandlare i 35kV GIS-brytare

ZX2 gasisolera brytar med dubbel bus, tillverkad i mars 2011 och officiellt satt i drift i juli 2012, är utrustad med två grupper bus-spänningsomvandlare (PT) för varje bussektion. De två PT-grupperna för samma bussektion är designade i en brytarbås med en bredd på 600 mm. De trefasiga PT-erna är placerade i en triangelformering längst ned i båsen.

PT-erna är anslutna till kopplingarna i buskammaren i PT-brytarbåsen via korta kabelstudsar. Kopplingarna är anslutna till den trefasiga busen genom rörliga kontakter i den fullständigt innesluta SF₆-buskammaren. Den fullständigt inneslutna busstrukturen minskar fejlhastigheten, och busen är inte utrustad med dedikerad bussskydd. Busfel rensas genom reservskyddet för ströminkommande brytare.

1.2 Driftläge innan utbränningen

Innan olyckan fungerade elkraftnätet enligt följande:

• 220kV-system: Qiaoshi-linjen och Huishi-linjen var parallella med buskopplingsbrytaren stängd.

• Huvudtransformatorlast: Huvudtransformator 1 bar 47 MW, och huvudtransformator 2 bar 14 MW.

• 35kV-system: Enhets A opererade med dubbla busar i split-operation. Generator 2, som bar 30.5 MW, var ansluten till bus II av enhets A via bus 1 av enhets E, de varma oljeanslutningslinjebrytarna 361 och 367, och opererade parallellt med huvudtransformator 2.

1.3 Olycksprocess

• Felförlopp

• Från 15:11:20.393 den 19 april, utgick skyddsutrustningen för brytare 367 i enhets E (Busenheter för generatorer 1 och 2) upprepade gånger PT-avkopplningsalarmer, vilka återställdes intermittenta.

• Utbränning av utrustning

• Klockan 15:12:59 observerades rök och bågning i PT-båsen för bus 1 i enhets E. Nollsekvensens överströmskydd för brytare 361 och 367 aktiverades, vilket ledde till att båda brytarna öppnades.

• Platsinspektion

• Båsdörren blåste upp. Fas A PT var allvarligt bränd, och studsen för fas B var sprucken. Inre utrustning var svartnad.

• Sekundära trådar i den intilliggande blixtavledarbåsen skadades. Tryck- och isolationsprov i buskammaren var normala.

2. Orsaksanalys
2.1 Utrustningskvalitet och installationsdefekter

• Design- och tillverkningsproblem

• Dålig isoleringslackprocess som leder till partiell avläggning.

• Lös laminerad järnkärna som orsakar virvelströmsuppvärmning.

• Oregelbunden spoleindelning som ökar risken för mellanvarvs-kortslutningar.

• Installations- och underhållsdefekter

• Dålig svetsning av jordningskruks som ökar kontaktmotståndet.

• Deformation av järnkärnor under transport/installation.

• Tvärspänning från korta kabelstudsar som orsakar epoxikracks över tid.

2.2 Avvikande driftförhållanden

• Sekundära kretsfelet

• Överbelastning i sekundära kretsar på grund av för många parallella slingor, vilket resulterar i ökad värmeutveckling enligt \(Q = I²rt\).

• Sekundära kortslutningar som utlöser primära strömflödesstötar och överhettning.

• Systemöverspänning

• Ferroresonans orsakad av kopplingsoperationer eller bågningsjordning, vilket genererar överspänningar upp till 2,5 gånger den nominella värdet.

• Formförvrängning som accelererar isoleringsålder.

• Trefasig obalans

• Hög harmonisk innehåll (främst udda harmoniska) som orsakar impedansobalans.

• Neutralpunktsförskjutningsström som leder till överhettning i nollsekvenskretsen.

2.3 Tillverkarens montering och analys

• Felplats

• Epoxikracks vid flanschmonteringshål för fas A PT ledde till periodisk jordning.

• Mekanisk fraktur av fas B studse utlöste fas-till-fas kortslutning.

• Spänningsanalys

• Oflexibla kabellänkar genererade tvärspänning koncentrerat vid flanschhål.

• Felprogression: Periodisk jordning → Aluminiumbeläggning ablasion → Felreset → Slutförbrukning.

3. Ombyggnadsplan
3.1 Optimering av utrustningsövervakning

• Implementera online partiell avläggningsovervakning för GIS-brytare av samma modell och etablera baslinjedata.

• Genomföra periodiska isoleringsmotståndsprov med en tröskel på 200 MΩ.

3.2 Förbättring av strukturförändring

• Båsutvidgning: Öka båsbredd från 600 mm till 800 mm för att förbättra värmeavledning.

• Anslutningsuppgradering: Ersätt korta kabelstudsar med direkta anslutningar för att minska spänning.

• Modulär design: Använd pluggbara PT-er/blixtavledare för att minimera underhållstid.

3.3 Förstärkning av skyddssystemet

• Lägg till dedikerade brytare för PT-brytarbåsar med överström/överspänningsskydd.

• Installera dedikerade bussskyddsenheter för snabb felisolering.

• Optimera nollsekvenskretsen för att minska resonansrisk.

3.4 Justering av drift- och underhållsstrategi

• Etablera full livscykelhanteringsrekord för utrustning, dokumentera installations- och underhållsdata.

• Genomföra kvartalsvisa SF₆ fuktinnehållsprov med en tröskel ≤300 ppm.

• Genomföra årliga PT volt-ampere karakteristika prov för jämförelse med fabriksgenererade data.

4. Lärdomar och preventiva åtgärder
4.1 Nyckellärdomar

• Designfel: Samlokalisering av PT-er ökade risken för felpropaganda.

• Underhållsfel: Misslyckades med att upptäcka ackumulerad spänningsskada.

• Skyddsfel: Beroende av reservskydd försenade felrensning.

4.2 Preventiva åtgärder

• Stärk tillverkningssupervision, fokusera på isoleringsprocesser och strukturell integritet.

• Framja tillståndsbaserat underhåll med vibrationsövervakning för att bedöma spänningssnivåer.

• Revidera designspecifikationer för att kräva flexibla anslutningar mellan PT-er och busar.

• Genomför antiolycksövningar för att standardisera nödsituationer för PT-fel.

4.3 Implementeringsresultat

Efter ombyggnaden visar data:

• Partiell avläggning minskade från 80 pC till 15 pC.

• Temperaturökning vid full belastning minskade med 12°C.

• Felsvarstid förkortades från 600 ms till 40 ms.

5. slutsats

Denna olycka avslöjade flera dolda risker i GIS-utrustningsdesign, installation och underhåll. Genom strukturomoptimering, skyddssystemsuppgradering och förbättring av management har ett komplettt riskpreventionsystem etablerats. Kontinuerlig övervakning av utrustningsprestanda kommer att ge replikerbar ombyggnadsupplevelse för liknande understationer.