تحلیل حادثه انفجار ترانسفورماتور ولتاژ ۳۵ کیلوولت

ولتکن‌های ولتاژ (PTs) شامل هسته‌های آهنی و سیم‌پیچ‌ها هستند، که مانند ترانسفورماتورها عمل می‌کنند اما با ظرفیت کوچک. آنها ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تبدیل می‌کنند تا برای دستگاه‌های محافظت، اندازه‌گیری و اندازه‌گیری مصرف استفاده شود، که در نیروگاه‌ها/ایستگاه‌ها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. بر اساس عایق بندی طبقه‌بندی می‌شوند: خشک - نوع (≤6 kV)، جوشکاری - نوع (داخل سالن 3 - 35 kV)، روغنی - غوطه‌ور (خارج سالن ≥35 kV)، و SF₆ گاز - پر (برای دستگاه‌های ترکیبی).

در حین عملیات زیرستانی، حوادث ناشی از رزونانس الکترومغناطیسی یا پیری عایق‌بندی هنوز اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، در مارس 2015، یک PT خط ورودی 35 kV در یک نیروگاه حرارتی به دلیل پیری عایق منفجر شد، که باعث قطع برق بوس I & II 35 kV شد. تحلیل پس از بررسی محل:

1. حالت عملیاتی قبل از خرابی

حالت سیستم نیروگاه قبل از خرابی در شکل 1 نشان داده شده است.

زیرستان از دو خط ورودی 35 kV (خط جیندیان 390، خط جینره 391) برق می‌گیرد. کلیدهای آنها بسته شده‌اند و به بوس‌های 35 kV بخش I & II متصل می‌شوند. این بوس‌ها از سیم‌کشی بوس تک با بخش‌بندی استفاده می‌کنند. محافظ‌های برق‌آبی سمت تامین برق را محافظت می‌کنند؛ محافظی برای خط ورودی در سمت نیروگاه حرارتی وجود ندارد. ارتباطات تامین برق:

• بوس 35 kV بخش I → ترانسفورماتور اصلی شماره 3 → بوس 10 kV بخش I.

• بوس 35 kV بخش II → ترانسفورماتور اصلی شماره 4 → بوس 10 kV بخش II.

• بوس‌های 10 kV بخش I & II به صورت موازی کار می‌کنند.

2. بررسی محلی و بازبینی حادثه

کارکنان عملیات/نگهداری دو ردیاب انفجار یافتند:

• PT3 خط جیندیان 390 35 kV - سمت: مراقبت ولتاژ خط فاز A/B. انفجار از پایین آن رخ داد و نشانه‌های سوختگی را باقی گذاشت.

• کلید ورودی خط جیندیان 390 35 kV: جریان کوتاه‌مداری باعث انفجار شد. پیچ‌های سر کابل ذوب شدند؛ تماس‌ها/انگشتان سوخته و تحریف شدند.

2.1 تحلیل داده‌های ولتاژ بوس 35 kV بخش II

داده‌های ضبط خطا از بوس 35 kV بخش II برداشت شد تا ولتاژ، موج‌های جریان و پارامترهای الکتریکی در طول حادثه بازسازی شود. تحلیل دقیق داده‌ها مسیر توسعه خطا را تعیین می‌کند و شواهد کلیدی برای تعیین علت حادثه فراهم می‌کند.

2.2 توسعه خطا و تحلیل الکتریکی
(1) تحریف ولتاژ قبل از خطا

• 19.6ms قبل از خطا: بوس 35kV بخش II ولتاژ سه فاز متقارن دارد، ولتاژ توالی صفر حداقل → تجهیزات نرمال.

• 13.6ms قبل از خطا: ولتاژ فاز A/B به 49.0V/43.1V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ فاز C به 71.8V افزایش می‌یابد؛ ولتاژ توالی صفر به 22.4V افزایش می‌یابد → عایق‌بندی ولتکن خراب شده است.

• 1.6ms قبل از خطا: ولتاژ فاز A/B به 11.9V/7.4V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ فاز C به 44.5V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ توالی صفر به 23.5V افزایش می‌یابد → تخریب عایق‌بندی بدتر می‌شود.

 (2) رخ دادن خطا و واکنش محافظت

در طول خطا: عایق‌بندی فاز A/B خراب می‌شود (کوتاه‌مداری به زمین)؛ ولتاژ فاز C کاهش می‌یابد. 3ms بعد، ولتاژ سه فاز به صفر بازمی‌گردد؛ ولتکن منفجر می‌شود → به عنوان کوتاه‌مداری سه فاز به زمین تعیین شده است.

نتیجه‌گیری: ولتاژ بوس قبل از خطا نرمال بود (بدون برق زدن/عملیات اشتباه → حذف رزونانس ولتاژ). عملیات بلندمدت باعث تخریب عایق‌بندی ولتکن شد → خرابی داخلی عایق‌بندی باعث کوتاه‌مداری دوره‌ای شد → به کوتاه‌مداری/خرابی عایق‌بندی سه فاز تبدیل شد → خط قطع شد.

(3) تنظیم محافظت و عملکرد

کلیدهای خط ورودی (جیندیان 390، جینره 391) محافظت ورودی ندارند. ایستگاه اصلی محافظت‌هایی با تنظیمات مشابه دارد:

• محافظت دیفرانسیل: تنظیم 5A، عملکرد 0s.

• محافظت سریع محدود شده: تنظیم 21.2A، عملکرد 1.1s.

• محافظت جریان بیش از حد: نیاز به تحلیل بیشتر (مراجعه به شکل 2 برای داده‌های ضبط جریان ورودی، ارائه نشده).

بعد از خطا، جریان در هر دو خط افزایش یافت. پس از گذشت موقتی، به حالت پایدار رسید:

• خط جیندیان 390 35 kV: 14,116 A (جریان خطا اصلی حالت پایدار)؛

• خط جینره 391 35 kV: 10,920 A (جریان خطا اصلی حالت پایدار).

عملکرد محافظت‌ها:

• خط جیندیان 390 (سمت ایستگاه اصلی): محافظت دیفرانسیل 268 ms پس از انفجار عمل کرد. خطا به دلیل حلقه‌بندی بوس‌های 35 kV بخش I & II جدا نشد.

• خط جینره 391 (سمت ایستگاه اصلی): محافظت سریع محدود شده 1,173 ms پس از انفجار عمل کرد و خطا را جدا کرد.

3 تحلیل علل و اقدامات پیشگیرانه
3.1 علل حادثه

ولتکن الکترومغناطیسی کاملاً عایق‌بندی شده که در سال 2008 به کار گرفته شده بود، بدون قطع برق و آزمایش‌های الکتریکی عمل کرده بود. عملیات بلندمدت باعث خرابی داخلی عایق‌بندی شد. دلایل اصلی:

• نقص محصول: طراحی نامناسب → عایق‌بندی کافی نیست، عمر کوتاه.

• آلودگی محیطی: کثیف بودن لوله‌های سرامیک → کاهش تیز مقاومت عایق‌بندی در فصول بارانی، خروجی‌های برق و تخریب طولانی‌مدت عایق‌بندی.

• ترکیدگی روغن عایق‌بندی: بسته‌بندی ضعیف → ورود رطوبت، تحریف میدان الکتریکی، کاهش ولتاژ تحمل/خواص دی الکتریک روغن.

• پیری و تأثیرات خارجی: پیری حرارتی (شرایط محیطی، استفاده طولانی‌مدت)؛ پیری مکانیکی (ولتاژ بیش از حد در زمان کلیدزنی، جریان‌های کوتاه‌مداری خرابی عایق‌بندی).

3.2 آزمایش‌های خرابی عایق‌بندی

آزمایش‌های منظم مقاومت عایق‌بندی از خرابی‌ها جلوگیری می‌کنند:

• سیم‌پیچ اصلی: استفاده از متر 2,500 V در زمان تحویل/بازسازی → مقاومت عایق‌بندی ≥ 3,000 MΩ. در آزمایش‌های پیشگیرانه، کاهش مقاومت ≤ 50% از مقدار اولیه.

• سیم‌پیچ ثانویه: استفاده از متر 1,000 V در زمان تحویل/بازسازی → مقاومت عایق‌بندی ≤ 10 MΩ.

3.3 خرابی معمول: رزونانس ولتاژ بالا
شرایط رخ دادن:

• ولتکن‌های الکترومغناطیسی القایی غیرخطی هستند. افزایش جریان تحریک باعث اشباع فرومغناطیسی می‌شود → کاهش القای (دلیل اصلی رزونانس).

• رزونانس نیاز به تطبیق ظرفیت/القایی (واکنش القایی ≤ 100× واکنش ظرفیتی) دارد.

• شرایط تحریک: کلیدزنی بوس بدون بار، رفع ناگهانی خطا به زمین، برق زدن، ولتاژ بیش از حد در زمان کلیدزنی و غیره.

پیشگیری: زمین کردن میانه ولتکن‌ها با حذف‌کننده‌های هارمونیک + مقاومت‌های کوچک؛ نصب دستگاه‌های حذف هارمونیک در دلتا باز ولتکن‌های بوس.

4. نتیجه‌گیری

پیری عایق‌بندی در ولتکن‌ها باعث خرابی و قطع بوس می‌شود – که در شبکه‌های برق معمول است. به طور strikt از مقررات آزمایش‌های پیشگیرانه پیروی کنید، تجهیزات غیرمعمول را آزمایش و جایگزین کنید. در این حادثه، خطوط ورودی نیروگاه حرارتی بدون محافظت و شکست کلید تیه بوس 35 kV شماره 1 باعث گسترش خطا شد. به طور منظم تنظیمات و قابلیت اطمینان محافظت را بررسی کنید. تحلیل حادثه به شناسایی سریع مشکلات، انجام اقدامات هدفمند، کاهش خطرات خطا و افزایش قابلیت اطمینان زیرستان کمک می‌کند.