Analyse af en eksplosionsulykke ved en 35 kV spændingstransformator

Spændingsomformere (PTs) består af jernkerner og vindinger, der fungerer på samme måde som omformere, men med en mindre kapacitet. De konverterer højt spænding til lav spænding for beskyttelses-, målings- og regningsenheder, og de anvendes bredt i anlæg/stationer. Klassificeret efter isolering: tørt - type (≤6 kV), gysset - type (indendørs 3 - 35 kV), olie - bæret (udendørs ≥35 kV) og SF₆-gasfyldt (til kombinerede enheder).

Under drift af understationer forekommer der stadig ulykker pga. PT-elektromagnetisk resonans eller aldring af isolation. For eksempel i marts 2015 eksploderede en 35 kV indgangslinje PT på en varmekraftværk på grund af aldring af isolation, hvilket fik Bus I & II på 35 kV til at falde ud. Analyse efter stedlige undersøgelser:

1 Driftsmodus før fejl

Anlæggets systemtilstand før fejlen er vist i figur 1.

Understationen modtager strøm fra to 35 kV indgangslinjer (Jingdian 390 Linje, Jingre 391 Linje). Deres skruer er lukket, forbundet til 35 kV Section I & II busbars. Disse busbars bruger enkeltbus-sektioner. Overvoltagebeskyttelse beskytter strømforsyningssiden; ingen indgangslinjebeskyttelse findes på varmekraftværks-siden. Strømforsyningsforbindelser:

• 35 kV Section I busbar → 3# hovedtransformator → 10 kV Section I busbar.

• 35 kV Section II busbar → 4# hovedtransformator → 10 kV Section II busbar.

• 10 kV Section I & II busbars kører parallelt.

2. Stedlig undersøgelse & ulykke retrospektiv

Drift/vedligeholdelsespersonale fandt to eksplosions spor:

• 35 kV Jingdian 390 Linje-side PT3: Overvåger Phase A/B linjespændinger. Eksplosion sprang dets bund, efterlod brændemærker.

• 35 kV Jingdian 390 Linje Indgangskontakt: Kortslutningsstrøm forårsagede eksplosion. Kablerhoved bolts smeltede; kontakter/fingre blev brændt/deformeret.

2.1 35 kV Section II Busbar Spændingsdataanalyse

Fejlregistreringsdata for 35 kV Section II busbar blev hentet for at genskabe spænding, strøm-bølgefunktioner, og elektriske parametre under ulykken. Præcis dataanalyse følger fejludviklingen, giver nøglebevis for at fastslå ulykkens årsag.

2.2 Fejludvikling & Elektrisk Analyse
(1)Forud for fejl spændingsforskydning

• 19,6ms før fejl: 35kV Section II busbar har symmetriske tre-fase spændinger, minimal nul-sekvens spænding → normal udstyr.

• 13,6ms før fejl: Fase A/B spændinger falder til 49,0V/43,1V; Fase C springer til 71,8V; nul-sekvens spænding stiger til 22,4V → spændingsomformer-isolation skadet.

• 1,6ms før fejl: Fase A/B spændinger falder til 11,9V/7,4V; Fase C falder til 44,5V; nul-sekvens spænding når 23,5V → isolation forringelse forværres.

 (2)Fejlforekomst & Beskyttelsessvar

Under fejl: Fase A/B isolation går ned (kortslutning til jord); Fase C spænding falder. 3ms senere, tre-fase spændinger returnerer til nul; PT eksploderer → fastsat som tre-fase kortslutning til jord.

Konklusion: Forud for fejl busbar-spændinger var normale (ingen lyn/misoperation → resonans overvoltage udelukket). Langtidsdrift forårsagede spændingsomformer-isolation-nedbrydning → intern isolation-skade ledte til inter-turn kortslutning → udviklet til tre-fase isolation-nedbrydning/kortslutning → linje-tripped.

(3)Beskyttelsesopsætning & Handling

Indgangslinjeskruer (Jingdian 390, Jingre 391) mangler indgangsbekyttelse. Hovedstation har beskyttelser med identiske indstillinger:

• Differentialbeskyttelse: 5A indstilling, 0s handling.

• Tidsbegrænset hurtigbrydning: 21,2A indstilling, 1,1s handling.

• Overstrøm-beskyttelse: Yderligere analyse nødvendig (se figur 2 for indgående strøm registreringsdata, ikke leveret).

Efter fejlen steg strømmene i begge linjer. Efter transitorer, nåede de stabiltilstand:

• 35 kV Jingdian 390 Linje: 14.116 A (stabil primær fejlstrøm);

• 35 kV Jingre 391 Linje: 10.920 A (stabil primær fejlstrøm).

Beskyttelseshandlinger:

• Jingdian 390 Linje (remote hovedstations-side): Differentialbeskyttelse aktiveret 268 ms efter eksplosion. Fejl ikke isoleret da 35 kV Sections I & II busbars var loopede.

• Jingre 391 Linje (remote hovedstations-side): Tidsbegrænset hurtigbrydning aktiveret 1.173 ms efter eksplosion, isolerede fejlen.

3 Årsagsanalyse & Forebyggelsesforanstaltninger
3.1 Ulykkesårsager

Den fuldt-isolerede elektromagnetiske spændingsomformer, kommissioneret i 2008, havde ingen driftsafbrydelse ved vedligeholdelse/elektriske tester. Langtidsdrift forårsagede intern isolation-nedbrydning. Nøglesårsager:

• Produktdefekter: Understandard design → utilstrækkelig isolation, kort servicelevetid.

• Miljøforurening: Snavs på porcelæns ærmer → skarp nedgang i isolation-resistans i regntider, flashover, og langtids isolationsskade.

• Isolationsolie-nedbrydning: Dårlig tæthed → fugtindtrængen, elektrisk felt-forvrængning, reduceret olie stand-by voltage/dielektriske egenskaber.

• Aldring & eksterne påvirkninger: Termisk aldring (omgivelser, langtids brug); mekanisk aldring (switch-overvoltage, kortslutnings-strømmer skader isolation).

3.2 Isolationsskade Tests

Regelmæssige isolation-resistans tests forhindrer fejl:

• Primær vinding: Brug 2.500 V meter under overdragelse/overhalling → isolation-resistans ≥ 3.000 MΩ. I forebyggelses-tests, resistans-nedgang ≤ 50% af initial værdi.

• Sekundær vinding: Brug 1.000 V meter under overdragelse/overhalling → isolation-resistans ≤ 10 MΩ.

3.3 Almindelig fejl: Resonans overvoltage
Betingelser for opståen:

• Elektromagnetiske spændingsomformere er ikke-lineære induktorer. Øget opmuntrende strøm forårsager ferromagnetisk mætning → induktans-nedgang (hoved resonsans-årsag).

• Resonans kræver matchet kapacitance/induktance (induktiv reaktans ≤ 100× kapacitiv reaktans).

• Udløser betingelser: tom bus switching, pludselig jordfejl-håndtering, lyn, switch-overvoltage osv.

Forebyggelser: Jorder spændingsomformer neutrale via harmoniske eliminatore + små motstande; installér harmoniske eliminations-enheder ved bus spændingsomformer åbne delta.

4. Konklusion

Aldring af isolation i spændingsomformere forårsager nedbrud og busnedbrud - almindelige i netværk. Følg strenge forebyggelses-test-regler, test/erstat ugyldigt udstyr. I denne ulykke, ubeskyttede varmekraftværks-indgangslinjer og mislykkedes #1 35 kV bus tie-switch øgede fejlen. Kontroller regelmæssigt beskyttelseskonfiguration/reliabilitet. Ulykke-analyse hjælper med hurtigt at identificere problemer, træffe målrettede foranstaltninger, reducere fejlrisici, og forbedre understations-reliabilitet.