Ανάλυση ενός ατυχήματος εκρήξεως ενός μετατροπέα τάσης 35 kV

Οι μετατροπείς τάσης (PTs) αποτελούνται από σιδηρούχους πυρήνες και σπειρές, λειτουργούν όμοια με τους μετατροπείς, αλλά με μικρή ικανότητα. Μετατρέπουν υψηλή τάση σε χαμηλή τάση για προστασία, μέτρηση και μετρητικά συστήματα, ευρέως χρησιμοποιούμενοι σε εγκαταστάσεις/σταθμούς. Ταξινομούνται βάσει της απομόνωσης: ξηρού τύπου (≤6 kV), απομονωμένου τύπου (εσωτερικό 3-35 kV), βυθισμένου σε λάδι (εξωτερικό ≥35 kV) και γεμισμένοι με αέριο SF₆ (για συνδυασμένα συστήματα).

Κατά τη λειτουργία των υποσταθμίων, συνεχίζουν να συμβαίνουν ατυχήματα λόγω ηλεκτρομαγνητικής συντονίας ή γήρανσης της απομόνωσης των PTs. Για παράδειγμα, τον Μάρτιο 2015, ένας 35 kV εισερχόμενος μετατροπέας τάσης σε θερμοηλεκτρικό σταθμό εξερράγη λόγω γήρανσης της απομόνωσης, προκαλώντας αποσυνδέση των 35 kV Συνδέσμων I & II. Ανάλυση μετά από επιτόπια έρευνα:

1 Λειτουργικό Πρότυπο Πριν τη Διαφορά

Η κατάσταση του συστήματος του σταθμού πριν από τη διαφορά είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 1.

Η υποσταθμίς λαμβάνει ρεύμα από δύο 35 kV εισερχόμενες γραμμές (Γραμμή Jingdian 390, Γραμμή Jingre 391). Οι διακόπτες τους είναι κλειστοί, συνδεόμενοι με τους 35 kV Συνδέσμους I & II. Αυτοί οι συνδέσμοι χρησιμοποιούν κατανομή με μονό σύνδεσμο. Προστατευτικά συστήματα προστατεύουν την πλευρά της παροχής ρεύματος. Δεν υπάρχει προστασία εισερχόμενης γραμμής στην πλευρά του θερμοηλεκτρικού σταθμού. Συνδέσεις παροχής ρεύματος:

• Σύνδεσμος I 35 kV → 3# κύριος μετατροπέας → Σύνδεσμος I 10 kV.

• Σύνδεσμος II 35 kV → 4# κύριος μετατροπέας → Σύνδεσμος II 10 kV.

• Οι Σύνδεσμοι I & II 10 kV λειτουργούν παράλληλα.

2. Επιτόπια Έρευνα & Ανασκόπηση της Ατυχίας

Το προσωπικό λειτουργίας/υποστήριξης εντόπισε δύο ίχνη εξέρραγης:

• Μετατροπέας τάσης 35 kV Γραμμής Jingdian 390 (PT3): Επιτρέπει την παρακολούθηση της τάσης των φάσεων A/B. Η εξέρραγη τον κάτω μέρος, αφήνοντας σημάδια καύσης.

• Εισερχόμενη διακόπτης 35 kV Γραμμής Jingdian 390: Η ροή σύντομης σύνδεσης προκάλεσε εξέρραγη. Τα βολταρόλες του καλωδίου έχουν τεθερμάνει, τα επαφικά/δάχτυλα έχουν καερωθεί/διαμορφωθεί.

2.1 Ανάλυση Δεδομένων Τάσης του Συνδέσμου II 35 kV

Ανακτήθηκαν τα δεδομένα καταγραφής της διαφοράς του Συνδέσμου II 35 kV για να επαναφέρουν τις καμπύλες τάσης, ρεύματος και ηλεκτρικών παραμέτρων κατά τη διάρκεια της ατυχίας. Η ακριβής ανάλυση δεδομένων αναπτύσσει την εξέλιξη της διαφοράς, παρέχοντας βασικά στοιχεία για την απόφαση της αιτίας της ατυχίας.

2.2 Εξέλιξη της Διαφοράς & Ηλεκτρική Ανάλυση
(1)Προηγούμενη Τάση Διαφοράς

• 19,6 ms πριν τη διαφορά: Ο Σύνδεσμος II 35 kV έχει συμμετρική τριφασική τάση, ελάχιστη τάση μηδενικής ακολουθίας → φυσιολογικό εξοπλισμό.

• 13,6 ms πριν τη διαφορά: Η τάση των φάσεων A/B μειώνεται σε 49,0 V/43,1 V. Η φάση C αυξάνεται σε 71,8 V. Η τάση μηδενικής ακολουθίας αυξάνεται σε 22,4 V → η απομόνωση του μετατροπέα τάσης είναι κατεστραμμένη.

• 1,6 ms πριν τη διαφορά: Η τάση των φάσεων A/B πέφτει σε 11,9 V/7,4 V. Η φάση C πέφτει σε 44,5 V. Η τάση μηδενικής ακολουθίας φθάνει σε 23,5 V → η υποβάθμιση της απομόνωσης επιδεινώνεται.

 (2)Εμφάνιση της Διαφοράς & Αντίδραση Προστασίας

Κατά τη διάρκεια της διαφοράς: Η απομόνωση των φάσεων A/B καταρρέει (σύντομη σύνδεση στο έδαφος). Η τάση της φάσης C μειώνεται. 3 ms αργότερα, οι τρεις φάσεις τάσης επιστρέφουν στο μηδέν. Ο μετατροπέας τάσης εξερράγη → καθορίζεται ως τριφασική σύντομη σύνδεση στο έδαφος.

Συμπέρασμα: Οι τάσεις των συνδέσμων πριν από τη διαφορά ήταν φυσιολογικές (χωρίς κεραυνούς/λάθος λειτουργία → αποκλείεται η συντονική υπερτάση). Η μακροχρόνια λειτουργία προκάλεσε υποβάθμιση της απομόνωσης του μετατροπέα τάσης → η εσωτερική κατάρρευση της απομόνωσης οδήγησε σε μεταξύ τουρεμάτων σύντομη σύνδεση → εξελίχθηκε σε τριφασική κατάρρευση/σύντομη σύνδεση → διακοπή της γραμμής.

(3)Ρυθμίσεις & Ενέργεια Προστασίας

Οι εισερχόμενες διακόπτεις (Jingdian 390, Jingre 391) δεν έχουν προστασία εισερχόμενης γραμμής. Ο κύριος σταθμός έχει προστασίες με ταυτόχρονες ρυθμίσεις:

• Διαφορική προστασία: 5A ρύθμιση, 0s λειτουργία.

• Περιορισμένη στο χρόνο ταχύδραση: 21,2A ρύθμιση, 1,1s λειτουργία.

• Προστασία υπερροέματος: Απαιτεί περαιτέρω ανάλυση (δείτε το Σχήμα 2 για τα δεδομένα καταγραφής του εισερχόμενου ρεύματος, δεν παρέχεται).

Μετά τη διαφορά, τα ρεύματα σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και σε και......