Анализ на експлозията в преобразувателя за напрежение от 35 кВ

Напруговите трансформатори (PT) са съставени от желязни ядра и обвивки, работещи по подобие на трансформатори, но с малка капацитет. Те преобразуват висока напруга в ниска напруга за защитни, измервателни и сметкови устройства, широко използвани в заводи/станции. Класифицирани по изолация: сух тип (≤6 кВ), литейен тип (в помещение 3 - 35 кВ), маслоизпълнени (на открито ≥35 кВ) и изпълнени с SF₆ газ (за комбинирани прибори).

През експлоатацията на подстанцията все още се случват аварии поради електромагнитен резонанс или стареене на изолацията. Например, през март 2015 година, 35-киловолтов PT на входящата линия в термална електроцентрала експлодира поради стареене на изолацията, което доведе до прекъсване на Шина I & II на 35 кВ. Анализ след разследване на място:

1 Режим на работа преди дефект

Състоянието на системата на завода преди дефекта е показано на Фигура 1.

Подстанцията получава енергия от две входящи линии на 35 кВ (Линия Йингдян 390, Линия Йингре 391). Их ключове са затворени, свързани с шини I & II на 35 кВ. Тези шини използват схема на единична шина с разделение. Защитният апарат пази страната на доставяне на енергия; няма входяща защита на страната на термалната централа. Връзки на доставяне на енергия:

• Шина I на 35 кВ → главен трансформатор 3# → шина I на 10 кВ.

• Шина II на 35 кВ → главен трансформатор 4# → шина II на 10 кВ.

• Шините I & II на 10 кВ работят паралелно.

2. Разследване на място и ретроспекция на аварията

Персоналът по експлоатация и поддръжка установи два следа от експлозия:

• 35-киловолтов PT3 на страната на Линия Йингдян 390: Мониторира напреженията на фазите A/B. Експлозията разби долната част, оставяйки огнени следи.

• Входящ ключ на Линия Йингдян 390 на 35 кВ: Коротко замыкание причини експлозия. Болтовете на кабелния връх бяха стопени; контактите/пръстите бяха изгорели/деформирани.

2.1 Анализ на данни за напрежението на Шина II на 35 кВ

Бяха взети записи на дефектите на Шина II на 35 кВ, за да се възстановят формите на напрежението, тока и електрическите параметри по време на аварията. Точният анализ на данните проследява развитието на дефекта, предоставяйки ключови доказателства за определянето на причината за аварията.

2.2 Развитие на дефекта и електрически анализ
(1) Предварителна деформация на напрежението

• 19.6 мс преди дефекта: Шина II на 35 кВ има симетрични трите фази на напрежението, минимално нулево последователно напрежение → нормално оборудване.

• 13.6 мс преди дефекта: Напрежението на фазите A/B падна до 49.0 В/43.1 В; фаза C скочи до 71.8 В; нулевото последователно напрежение се увеличи до 22.4 В → повредена изолация на напруговия трансформатор.

• 1.6 мс преди дефекта: Напрежението на фазите A/B падна до 11.9 В/7.4 В; фаза C падна до 44.5 В; нулевото последователно напрежение достигна 23.5 В → усилена вреда на изолацията.

 (2) Произшествие и реакция на защитата

По време на дефекта: Изолацията на фазите A/B се разруши (кратко замыкание до земята); напрежението на фаза C падна. След 3 мс, трите фази на напрежението се върнаха до нула; PT експлодира → определено като трифазно кратко замыкание до земята.

Заключение: Преди дефекта напрежението на шината беше нормално (без мълнии/грешки → изключена резонансна прехвърчена напрегнатост). Дългосрочната експлоатация причини вреда на изолацията на напруговия трансформатор → вътрешна вреда на изолацията доведе до междувитково кратко замыкание → развиха се в трифазно разрушение на изолацията/кратко замыкание → прекъсване на линията.

(3) Настройка на защитата и действие

Входящите ключове (Йингдян 390, Йингре 391) нямат входяща защита. Главната станция има защити с еднакви настройки:

• Диференциална защита: настройка 5 А, операция 0 с.

• Бързо действаща защита с ограничено време: настройка 21.2 А, операция 1.1 с.

• Защита срещу надток: необходим е допълнителен анализ (със съображение на Фигура 2 за записаните входящи токове, не предоставени).

След дефекта, токовете в двете линии се увеличили. След транзиентите, те достигнали стационарно състояние:

• Линия Йингдян 390 на 35 кВ: 14,116 А (стационарен основен дефектен ток);

• Линия Йингре 391 на 35 кВ: 10,920 А (стационарен основен дефектен ток).

Действия на защитата:

• Линия Йингдян 390 (страната на главната станция): Диференциалната защита сработи 268 мс след експлозията. Дефектът не беше изолиран, тъй като шините I & II на 35 кВ бяха свързани.

• Линия Йингре 391 (страната на главната станция): Бързо действащата защита с ограничено време сработи 1,173 мс след експлозията, изолирайки дефекта.

3 Анализ на причините и профилактични мерки
3.1 Причини за аварията

Пълно изолиран электромагнитен напругов трансформатор, введен в експлоатация през 2008 г., нямаше прекъсвания за поддръжка/електрически тестове. Дългосрочната експлоатация причини вътрешна вреда на изолацията. Основни причини:

• Продуктови дефекти: Подстандартно проектиране → недостатъчна изолация, кратък срок на служба.

• Екологично замърсяване: Прах на фарфоровите рукави → рязко падане на съпротивлението на изолацията в дъждовни сезони, пробиви и дългосрочна вреда на изолацията.

• Увреждане на изолационното масло: Лоша герметизация → проникване на влага, искривяване на електрическото поле, намалена издръжливост на маслото/диелектрични свойства.

• Стареене и външни влияния: Термално стареене (околната среда, дългосрочно използване); механично стареене (переходни напрежения, краткосрочни токове, повредяващи изолацията).

3.2 Тестове на повреди в изолацията

Редовни тестове на съпротивлението на изолацията предотвратяват повреди:

• Основна обвивка: Използване на метър 2,500 В при предаване/ремонт → съпротивление на изолацията ≥ 3,000 МΩ. В профилактични тестове, намаление на съпротивлението ≤ 50% от началната стойност.

• Вторична обвивка: Използване на метър 1,000 В при предаване/ремонт → съпротивление на изолацията ≤ 10 МΩ.

3.3 Общ дефект: Резонансна прехвърчена напрегнатост
Условия за възникване:

• Електромагнитните напругови трансформатори са нелинейни индуктори. Увеличаването на възбудителния ток причинява феромагнитно насищане → намаление на индуктивността (основна причина за резонанс).

• Резонансът изисква съответствие на капацитет/индуктивност (индуктивна реактивна мощ ≤ 100× капацитивна реактивна мощ).

• Тригерни условия: свързване на празна шина, внезапно премахване на заземяване, мълнии, переходни напрежения и др.

Профилактика: Заземяване на нейтралите на напруговите трансформатори чрез хармонични елиминатори + малки резистори; инсталиране на хармонични елиминатори при отворените делта на шиновите напругови трансформатори.

4. Заключение

Стареенето на изолацията в напруговите трансформатори причинява разрушене и прекъсване на шините – общо в мрежите. Строго спазвайте регламенти за профилактични тестове, тестирайте/заменийте несоответстващо оборудване. В тази авария, незащитените входящи линии на термалната електроцентрала и провален ключ на шината #1 на 35 кВ разшириха дефекта. Редовно проверявайте конфигурацията/надеждността на защитата. Анализът на аварията помага за бързо идентифициране на проблеми, предприемане на целеви действия, намаляване на риска от дефекти и повишаване на надеждността на подстанцията.