อะไรคือสาเหตุของการชำรุดและไหม้ของหม้อแปลงแรงดัน GIS 35 kV

1. ภาพรวมของเหตุการณ์
1.1 โครงสร้างและการเชื่อมต่อของหม้อแปลงแรงดันในสวิตช์เกียร์ GIS 35kV

สวิตช์เกียร์คู่สาย ZX2 ที่ผลิตในเดือนมีนาคม 2011 และเริ่มใช้งานอย่างเป็นทางการในเดือนกรกฎาคม 2012 ได้จัดเตรียมหม้อแปลงแรงดัน (PTs) สองชุดสำหรับแต่ละส่วนของบัส หม้อแปลงแรงดันสองชุดของส่วนบัสเดียวกันถูกออกแบบไว้ในตู้สวิตช์ขนาดกว้าง 600 มม. หม้อแปลงแรงดันสามเฟสได้จัดวางในรูปแบบสามเหลี่ยมที่ด้านล่างของตู้

PTs ถูกเชื่อมต่อกับสวิตช์แยกในห้องบัสของสวิตช์เกียร์ PT ผ่านปลั๊กสายไฟสั้น สวิตช์แยกถูกเชื่อมต่อกับบัสสามเฟสผ่านคอนแทคเคลื่อนที่ในห้องบัส SF₆ ที่ปิดสนิท โครงสร้างบัสที่ปิดสนิทลดอัตราการเสียหาย และบัสไม่มีระบบป้องกันบัสเฉพาะ การขัดข้องของบัสจะถูกกำจัดผ่านการป้องกันสำรองของสวิตช์เข้าพลังงาน

1.2 โหมดการทำงานก่อนเกิดความเสียหาย

ก่อนเกิดเหตุ ระบบไฟฟ้าทำงานดังนี้:

• ระบบ 220kV: สาย Qiaoshi และสาย Huishi ทำงานขนานกันพร้อมสวิตช์เชื่อมโยงบัสปิด

• โหลดหม้อแปลงหลัก: หม้อแปลงหลักหมายเลข 1 แบกโหลด 47 MW และหม้อแปลงหลักหมายเลข 2 แบกโหลด 14 MW

• ระบบ 35kV: ยูนิต A ทำงานบนบัสคู่ในโหมดแยก กังหันหมายเลข 2 แบกโหลด 30.5 MW ได้เชื่อมต่อกับบัส II ของยูนิต A ผ่านบัส 1 ของยูนิต E สวิตช์เกียร์เชื่อมโยงน้ำมันร้อน 361 และ 367 และทำงานขนานกับหม้อแปลงหลักหมายเลข 2

1.3 กระบวนการเกิดเหตุ

• สัญญาณเตือนล่วงหน้า

• ตั้งแต่เวลา 15:11:20.393 ของวันที่ 19 เมษายน ระบบป้องกันของสวิตช์ 367 ในยูนิต E (ยูนิตบัสสำหรับกังหัน 1 และ 2) ได้ส่งสัญญาณเตือนการตัดขาดของ PT ซ้ำๆ และได้รีเซ็ตโดยไม่สม่ำเสมอ

• อุปกรณ์ไหม้

• เมื่อเวลา 15:12:59 ได้สังเกตเห็นควันและประกายไฟในตู้ PT ของบัส 1 ในยูนิต E ระบบป้องกันกระแสเกินลำดับศูนย์ของสวิตช์ 361 และ 367 ถูกกระตุ้น ทำให้สวิตช์ทั้งสองตัวทริป

• การตรวจสอบหน้างาน

• ประตูตู้ถูกเปิดออก PT เฟส A ไหม้เสียหายอย่างรุนแรง และปลั๊กเฟส B แตก อุปกรณ์ภายในถูกไหม้

• สายไฟรองของตู้อาร์เรสเตอร์ใกล้เคียงถูกทำลาย การทดสอบแรงดันและความดันในห้องบัสเป็นปกติ

2. การวิเคราะห์สาเหตุ
2.1 คุณภาพอุปกรณ์และการติดตั้งที่มีปัญหา

• ปัญหาในการออกแบบและการผลิต

• กระบวนการทาสีฉนวนที่ไม่ดีทำให้เกิดการปล่อยประจุบางส่วน

• การประกอบแผ่นเหล็กที่คลายทำให้เกิดความร้อนจากวงจรวน

• การพันขดลวดที่ไม่สม่ำเสมอเพิ่มความเสี่ยงของการเกิดการลัดวงจรระหว่างรอบ

• ปัญหาในการติดตั้งและการบำรุงรักษา

• การเชื่อมสกรูกราวด์ที่ไม่ดีทำให้ความต้านทานการติดต่อเพิ่มขึ้น

• การเปลี่ยนรูปของแกนเหล็กระหว่างการขนส่งหรือติดตั้ง

• แรงดันขวางจากปลั๊กสายสั้นทำให้เกิดการแตกของอีพ็อกซี่ตามกาลเวลา

2.2 สถานการณ์การทำงานที่ผิดปกติ

• ข้อผิดพลาดในวงจรรอง

• การโหลดมากเกินไปในวงจรรองเนื่องจากการเชื่อมโยงวงจรขนานมากเกินไป ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นตาม \(Q = I^2rt\)

• การลัดวงจรในวงจรรองทำให้เกิดกระแสเกินในวงจรหลักและเกิดความร้อน

• แรงดันไฟฟ้าเกินระบบ

• การเกิดเฟอร์โรเรโซแนนซ์จากการสลับการเชื่อมโยงหรือการเชื่อมต่อภาคพื้นดินด้วยอาร์ค ทำให้เกิดแรงดันเกินถึง 2.5 เท่าของค่ากำหนด

• การบิดเบือนของรูปคลื่นทำให้การเสื่อมสภาพของฉนวนเร็วขึ้น

• ความไม่สมดุลสามเฟส

• ปริมาณฮาร์โมนิกสูง (ส่วนใหญ่เป็นฮาร์โมนิกคี่) ทำให้ความต้านทานไม่สมดุล

• กระแสเลื่อนจุดกลางทำให้เกิดความร้อนในวงจรลำดับศูนย์

2.3 การวิเคราะห์การถอดแยกของผู้ผลิต

• ตำแหน่งความเสียหาย

• การแตกของอีพ็อกซี่ที่รูติดตั้งของเฟล็ง PT เฟส A ทำให้เกิดการต่อพื้นที่ไม่สม่ำเสมอ

• การแตกของปลั๊กเฟส B ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างเฟส

• การวิเคราะห์ความเครียด

• การเชื่อมต่อสายไฟที่ไม่ยืดหยุ่นทำให้เกิดความเครียดขวางที่รูติดตั้งของเฟล็ง

• การดำเนินการของความเสียหาย: การต่อพื้นที่ไม่สม่ำเสมอ → การเผาผลาญสารเคลือบอะลูมิเนียม → การรีเซ็ตความเสียหาย → การล้มเหลวสุดท้าย

3. แผนการปรับปรุง
3.1 การปรับปรุงการตรวจสอบอุปกรณ์

• นำระบบตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนออนไลน์มาใช้กับสวิตช์เกียร์ GIS รุ่นเดียวกันและจัดตั้งข้อมูลฐาน

• ทำการทดสอบความต้านทานฉนวนเป็นระยะ ๆ ด้วยค่าขั้นต่ำ 200 MΩ

3.2 การปรับปรุงการออกแบบโครงสร้าง

• ขยายตู้: เพิ่มความกว้างของตู้จาก 600 มม. เป็น 800 มม. เพื่อปรับปรุงการระบายความร้อน

• การเชื่อมต่อ: แทนที่ปลั๊กสายสั้นด้วยการเชื่อมต่อตรงเพื่อลดความเครียด

• การออกแบบโมดูลาร์: ใช้ PTs/arresters แบบปลั๊กเพื่อลดเวลาการบำรุงรักษา

3.3 การปรับปรุงระบบป้องกัน

• เพิ่มสวิตช์วงจรสำหรับสวิตช์เกียร์ PT พร้อมระบบป้องกันกระแสเกิน/แรงดันเกิน

• ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันบัสเฉพาะเพื่อการแยกข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็ว

• ปรับปรุงการออกแบบวงจรลำดับศูนย์เพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดเรโซแนนซ์

3.4 การปรับกลยุทธ์การปฏิบัติงานและการบำรุงรักษา

• จัดตั้งบันทึกการจัดการตลอดวงจรชีวิตของอุปกรณ์ บันทึกข้อมูลการติดตั้งและการบำรุงรักษา

• ทำการทดสอบความชื้น SF₆ ทุกไตรมาสด้วยค่าขั้นต่ำ ≤300 ppm

• ทำการทดสอบคุณลักษณะแรงดันและกระแสของ PT รายปีเพื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลจากโรงงาน

4. บทเรียนที่ได้รับและมาตรการป้องกัน
4.1 บทเรียนสำคัญ

• ข้อผิดพลาดในการออกแบบ: การจัดวาง PT ร่วมกันเพิ่มความเสี่ยงของการแพร่กระจายความเสียหาย

• ช่องว่างในการบำรุงรักษา: ไม่สามารถตรวจพบความเสียหายสะสมจากการเครียด

• ความขาดแคลนระบบป้องกัน: การพึ่งพาการป้องกันสำรองทำให้การกำจัดข้อผิดพลาดล่าช้า

4.2 มาตรการป้องกัน

• เสริมการควบคุมการผลิตอุปกรณ์ โดยเน้นกระบวนการฉนวนและการมีโครงสร้างที่แข็งแรง

• ส่งเสริมการบำรุงรักษาตามสภาพ โดยใช้การตรวจสอบการสั่นสะเทือนเพื่อประเมินระดับความเครียด

• ปรับปรุงข้อกำหนดการออกแบบเพื่อระบุการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นระหว่าง PT และบัส

• จัดทำการฝึกซ้อมการป้องกันอุบัติเหตุเพื่อมาตรฐานการตอบสนองฉุกเฉินสำหรับข้อผิดพลาดของ PT

4.3 ผลการดำเนินการ

ข้อมูลหลังการปรับปรุงแสดงว่า:

• การปล่อยประจุบางส่วนลดลงจาก 80 pC เป็น 15 pC

• การเพิ่มอุณหภูมิภายใต้โหลดเต็มลดลง 12°C

• เวลาตอบสนองต่อข้อผิดพลาดลดลงจาก 600 ms เป็น 40 ms

5. สรุป

เหตุการณ์นี้เผยให้เห็นความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่หลายประการในการออกแบบ การติดตั้ง และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ GIS ผ่านการปรับปรุงโครงสร้าง การอัปเกรดระบบป้องกัน และการปรับปรุงการจัดการ ระบบป้องกันความเสี่ยงที่ครอบคลุมได้ถูกจัดตั้งขึ้น การตรวจสอบประสิทธิภาพของอุปกรณ์อย่างต่อเนื่องจะให้ประสบการณ์การปรับปรุงที่สามารถนำไปใช้กับสถานีไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกัน