Які причини призводять до виходу з ладу та згоряння напругового перетворювача GIS на 35 кВ?

1. Огляд аварії
1.1 Структура та з'єднання напругових перетворювачів комутаційного пристрою GIS на 35 кВ

Комутаційний пристрій ZX2 з газово-ізоляційним подвійним шинопроводом, виготовлений у березні 2011 року і офіційно введений у експлуатацію у липні 2012 року, оснащений двома групами напругових перетворювачів (PT) для кожного шинопроводу. Дві групи PT одного шинопроводу спроектовані в одному шафі шириною 600 мм. Трифазні PT розташовані трикутною формою внизу шафи.

PT підʼєднані до відключувачів в камері шинопроводу комутаційного пристрою PT через короткі кабельні розʼєми. Відключувачі підʼєднані до трифазного шинопроводу через рухомі контакти в повністю закритій камері шинопроводу SF₆. Повністю закрита структура шинопроводу зменшує частоту відмов, а шинопровід не має спеціального захисту. Відмови шинопроводу ліквідуються через резервний захист вхідного комутатора живлення.

1.2 Режим роботи перед вгорінням

Перед аварією мережа працювала так:

• Система 220 кВ: Лінії Qiaoshi та Huishi працювали паралельно з замкнутим комутатором шинопроводу.

• Навантаження основного трансформатора: Перший основний трансформатор мав 47 МВт, другий — 14 МВт.

• Система 35 кВ: Блок A працював з подвійним шинопроводом в режимі розділеної роботи. Генератор №2, який мав 30,5 МВт, був підʼєднаний до шинопроводу II блоку A через шинопровід 1 блоку E, комутаційні пристрої 361 та 367 гарячого масляного зʼєднання, і працював паралельно з другим основним трансформатором.

1.3 Процес аварії

• Попередні ознаки аварії

• З 15:11:20.393 19 квітня пристрій захисту відключувача 367 блоку E (шинопровод для генераторів 1 та 2) постійно видає сигнал тривоги про відключення PT, який інтермітентно скидається.

• Вгоріння обладнання

• О 15:12:59 було помічено дим та дугове світання в шафі PT шинопроводу 1 блоку E. Захист нульового послідовного струму відключувачів 361 та 367 активізувався, що призвело до відключення обох відключувачів.

• Огляд на місці

• Дверцята шафи були відкриті. Фаза A PT була сильно опалена, а розʼєм фази B був розбитий. Внутрішнє обладнання було спалене.

• Другостепені дроти суміжної шафи загальних відводів були пошкоджені. Тиски в камері шинопроводу та перевірка ізоляції були нормальними.

2. Аналіз причин
2.1 Якість обладнання та дефекти встановлення

• Проблеми проектування та виробництва

• Погана технологія покриття ізоляційною фарбою, що призводить до локальних розрядів.

• Розслаблені пластини сердечника, що призводять до нагріву від турбінних струмів.

• Нерегулярне намотування катушок, що збільшує ризик коротких замикань між витками.

• Дефекти встановлення та обслуговування

• Погане заварювання болтів заземлення, що збільшує опір контакту.

• Деформація сердечників під час транспортування/встановлення.

• Поперечне напруження від коротких кабельних розʼємів, що призводить до тріщин в епоксидній смолі з часом.

2.2 Ненормальні умови роботи

• Вади вторинного контуру

• Перевантаження вторинного контуру через надмірні паралельні контури, що призводить до збільшення тепловиделення за формулою \(Q = I²rt\).

• Короткі замикання вторинного контуру, що призводять до стрибків первинного струму та перегріву.

• Перенапруги системи

• Ферорезонанс, спричинений комутацією або дуговим заземленням, що генерує перенапруги до 2,5 разів від номінального значення.

• Деформація форми, що прискорює старіння ізоляції.

• Трьохфазна невідповідність

• Висока гармонічна складова (головним чином непарні гармоніки), що призводить до невідповідності імпедансу.

• Струм зміщення нейтральної точки, що призводить до перегріву в нульовому послідовному контурі.

2.3 Аналіз розборки виробника

• Місце вади

• Тріщина в епоксидній смолі в отворі для фланця фази A PT, що призводить до періодичного заземлення.

• Механічний розрив розʼєму фази B, що призводить до короткого замикання між фазами.

• Аналіз напруження

• Негнучкі кабельні зʼєднання, що генерують поперечне напруження, концентроване в отворах фланців.

• Етапи розвитку вади: Періодичне заземлення → Абляція алюмінієвого покриття → Скидання вади → Кінцевий розрив.

3. План модернізації
3.1 Оптимізація моніторингу обладнання

• Впровадити онлайн-моніторинг локальних розрядів для комутаційних пристроїв GIS такого ж типу та створити базові дані.

• Проводити регулярні перевірки опору ізоляції з порогом 200 МΩ.

3.2 Поліпшення конструктивного проектування

• Розширення шафи: Збільшити ширину шафи з 600 мм до 800 мм для поліпшення теплообміну.

• Оновлення зʼєднання: Замінити короткі кабельні розʼєми безпосередніми зʼєднаннями для зменшення напруження.

• Модульний дизайн: Впровадити плагін PT/загальних відводів для мінімізації часу обслуговування.

3.3 Покращення системи захисту

• Додати спеціальні вимикачі для комутаційних пристроїв PT з захистом від перенапруги/перевантаження.

• Встановити спеціальні пристрої захисту шинопроводу для швидкого відокремлення вад.

• Оптимізувати проектування нульового послідовного контуру для зменшення ризику резонансу.

3.4 Адаптація стратегії експлуатації та обслуговування

• Створити повні записи управління повним циклом життя обладнання, документуючи дані встановлення та обслуговування.

• Проводити квартальні перевірки вмісту вологи SF₆ з порогом ≤300 ppm.

• Проводити річні випробування характеристик напруги-струму PT для порівняння з заводськими даними.

4. Висновки та запобіжні заходи
4.1 Основні висновки

• Дефект проектування: Спільне розташування PT збільшує ризик розповсюдження вад.

• Пробліма обслуговування: Невиявлення кумулятивного пошкодження від напруження.

• Недостатність захисту: Залежність від резервного захисту затримує ліквідацію вад.

4.2 Запобіжні заходи

• Посилення контролю виробництва обладнання, зосереджуючись на процесах ізоляції та цілісності конструкції.

• Заклик до умовного обслуговування за допомогою моніторингу вібрацій для оцінки рівня напруження.

• Перегляд специфікацій проектування, щоб забезпечити гнучкі зʼєднання між PT та шинопроводом.

• Проведення антіаварійних навчань для стандартизації процедур емерджентного відгуку на вади PT.

4.3 Результати реалізації

Після модернізації дані показують:

• Локальні розряди зменшилися з 80 pC до 15 pC.

• Підвищення температури при повному навантаженні зменшилося на 12°C.

• Час відгуку на ваду скоротився з 600 мс до 40 мс.

5. Висновок

Ця аварія виявила багато прихованих ризиків в проектуванні, встановленні та обслуговуванні обладнання GIS. Шляхом оптимізації конструкції, оновлення системи захисту та поліпшення управління було створено комплексну систему запобігання ризикам. Послідовний моніторинг продуктивності обладнання надасть повторюваний досвід модернізації для подібних підстанцій.