تحلیل حادثه انفجار ترانس ولتاژ ۳۵ کیلوولت

تبدیل‌کننده‌های ولتاژ (PTs) شامل هسته‌های آهنی و سیم‌پیچ‌ها هستند که به طور مشابه با ترانسفورماتورها عمل می‌کنند اما با ظرفیت کوچک. آنها ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تبدیل می‌کنند برای دستگاه‌های حفاظت، اندازه‌گیری و محاسبه، که در کارخانه‌ها/ایستگاه‌ها به طور گسترده استفاده می‌شود. بر اساس عایق بندی تقسیم‌بندی می‌شوند: نوع خشک (≤6 kV)، نوع گچ‌ریز (داخلی 3 - 35 kV)، غوطه‌ور شده در روغن (خارجی ≥35 kV) و پر شده با SF₆ (برای دستگاه‌های ترکیبی).

در طول عملیات ایستگاه، حوادث ناشی از رزونانس الکترومغناطیسی یا تقادم عایق هنوز اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، در مارس 2015، یک PT خط ورودی 35 kV در یک نیروگاه حرارتی به دلیل تقادم 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.

ایستگاه از دو خط ورودی 35 kV (خط جیندیان 390، خط جینره 391) تغذیه می‌شود. کلیدهای آنها بسته هستند و به بارهای اصلی 35 kV بخش I & II متصل می‌شوند. این بارهای اصلی از سیم‌کشی بار اصلی تک‌بخشی استفاده می‌کنند. محافظ‌های برق‌آسا طرف تغذیه را محافظت می‌کنند؛ محافظی برای خط ورودی در طرف نیروگاه حرارتی وجود ندارد. پیوندهای تغذیه:

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

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

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

2. بررسی محل و بازبینی حادثه

کارکنان عملیات/نگهداری دو نشانه انفجار یافتند:

• PT3 طرف خط جیندیان 390 35 kV: مانیتور ولتاژ خط فاز A/B. انفجار قسمت پایین آن را شکست و نشانه‌های سوختگی باقی مانده است.

• کلید ورودی خط جیندیان 390 35 kV: جریان کوتاه موجب انفجار شد. پلکان‌های کابل ذوب شده و تماس‌ها/انگشتان سوخته و تحریف شده‌اند.

2.1 تحلیل داده‌های ولتاژ بار اصلی بخش II 35 kV

داده‌های ضبط شده خرابی بار اصلی بخش II 35 kV برای بازیابی موج‌های ولتاژ، جریان و پارامترهای الکتریکی در زمان حادثه استخراج شد. تحلیل دقیق داده‌ها توسعه خرابی را ردیابی می‌کند و شواهد کلیدی برای تعیین علت حادثه فراهم می‌کند.

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

• 19.6 میلی‌ثانیه قبل از خرابی: بار اصلی بخش II 35 kV دارای ولتاژ‌های سه‌فاز متقارن و ولتاژ دنباله‌صفر کم است → تجهیزات نرمال.

• 13.6 میلی‌ثانیه قبل از خرابی: ولتاژ فاز A/B به 49.0V/43.1V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ فاز C به 71.8V افزایش می‌یابد؛ ولتاژ دنباله‌صفر به 22.4V افزایش می‌یابد → عایق تبدیل‌کننده ولتاژ آسیب دیده است.

• 1.6 میلی‌ثانیه قبل از خرابی: ولتاژ فاز A/B به 11.9V/7.4V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ فاز C به 44.5V کاهش می‌یابد؛ ولتاژ دنباله‌صفر به 23.5V افزایش می‌یابد → تقادم عایق بدتر می‌شود.

 (2) وقوع خرابی و پاسخ حفاظت

در زمان خرابی: عایق فاز A/B تخریب می‌شود (کوتاه به زمین)؛ ولتاژ فاز C کاهش می‌یابد. 3 میلی‌ثانیه بعد، ولتاژ‌های سه‌فاز به صفر بر می‌گردند؛ PT منفجر می‌شود → به عنوان کوتاه‌مدار سه‌فاز به زمین تعیین می‌شود.

نتیجه‌گیری: ولتاژ‌های بار اصلی قبل از خرابی نرمال بود (بدون برق‌آسا/عملیات اشتباه → حذف افزایش ولتاژ رزونانس). عملیات بلندمدت باعث تقادم عایق تبدیل‌کننده ولتاژ شد → آسیب داخلی عایق منجر به کوتاه‌مدار میان‌سیم شد → به تخریب عایق/کوتاه‌مدار سه‌فاز تبدیل شد → خط قطع شد.

(3) تنظیم حفاظت و عملکرد

کلیدهای خط ورودی (جیندیان 390، جینره 391) بدون حفاظت خط ورودی هستند. ایستگاه اصلی حفاظت‌هایی با تنظیمات یکسان دارد:

• حفاظت دیفرانسیل: تنظیم 5A، عملکرد 0 ثانیه.

• حفاظت سریع محدود زمانی: تنظیم 21.2A، عملکرد 1.1 ثانیه.

• حفاظت جریان بیش از حد: نیاز به تحلیل بیشتر (به شکل 2 برای داده‌های ضبط شده جریان خط ورودی مراجعه کنید، ارائه نشده است).

بعد از خرابی، جریان‌های هر دو خط به طور ناگهانی افزایش یافت. پس از گذشت موقت، به حالت پایدار رسیدند:

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

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

عملکرد حفاظت‌ها:

• خط جیندیان 390 (طرف ایستگاه اصلی دور): حفاظت دیفرانسیل 268 میلی‌ثانیه پس از انفجار عمل کرد. خرابی به دلیل حلقه‌بندی بارهای اصلی 35 kV بخش I & II جدا نشد.

• خط جینره 391 (طرف ایستگاه اصلی دور): حفاظت سریع محدود زمانی 1,173 میلی‌ثانیه پس از انفجار عمل کرد و خرابی را جدا کرد.

3 تحلیل علل و اقدامات پیشگیرانه
3.1 علل حادثه

تبدیل‌کننده ولتاژ الکترومغناطیسی کاملاً عایق‌بندی شده که در سال 2008 به کار گرفته شده بود، هیچ توقف نگهداری/آزمایش الکتریکی نداشت. عملیات بلندمدت باعث تخریب عایق داخلی شد. دلایل اصلی:

• نقص محصول : طراحی ناقص → عایق کافی نیست، عمر خدمت کوتاه.

• تخریب روغن عایق‌بندی : بسته‌بندی ضعیف → ورود رطوبت، تحریف میدان الکتریکی، کاهش تحمل ولتاژ و خواص دی‌الکتریک روغن.

• سنبلدی و تأثیرات خارجی : سنبلدی حرارتی (شرایط محیطی، استفاده بلندمدت)؛ سنبلدی مکانیکی (ولتاژ بیش از حد در جابجایی، جریان‌های کوتاه‌مداری که عایق را تخریب می‌کنند).

3.2 آزمایش‌های آسیب دیدگی عایق

آزمایش‌های منظم مقاومت عایق از شکست‌ها جلوگیری می‌کند:

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

• سیم‌پیچ ثانویه : استفاده از دستگاه 1,000 V در هنگام تحویل/بازسازی → مقاومت عایق ≤ 10 MΩ.

3.3 خرابی معمول: افزایش ولتاژ رزونانس
شرایط وقوع :

• تبدیل‌کننده‌های ولتاژ الکترومغناطیسی سلف‌های غیرخطی هستند. افزایش جریان تحریک باعث اشباع فرومغناطیسی می‌شود → کاهش سلف (دلیل اصلی رزونانس).

• رزونانس نیازمند تطبیق ظرفیت/سلب (مقاومت سلبی ≤ 100× مقاومت ظرفیتی).

• شرایط القاء: جابجایی بار اصلی خالی، رفع ناگهانی خرابی زمین، برق‌آسا، ولتاژ بیش از حد در جابجایی و غیره.

پیشگیری‌ها : عایق‌بندی نیوترال تبدیل‌کننده ولتاژ از طریق حذف‌کننده‌های هارمونیک + مقاومت‌های کوچک؛ نصب دستگاه‌های حذف هارمونیک در دلتا باز تبدیل‌کننده ولتاژ بار اصلی.

4. نتیجه‌گیری

تقادم عایق در تبدیل‌کننده‌های ولتاژ باعث تخریب و قطع بارهای اصلی می‌شود که در شبکه‌ها معمول است. به طور strikly دنبال کنید مقررات آزمایش‌های پیشگیرانه، آزمایش/تعویض تجهیزات غیرکارآمد. در این حادثه، خطوط ورودی بدون حفاظت نیروگاه حرارتی و خرابی کلید تی بار اصلی 35 kV شماره 1 باعث گسترش خرابی شد. به طور منظم وضعیت حفاظت و قابلیت اطمینان را بررسی کنید. تحلیل حادثه به شناسایی سریع مشکلات، انجام اقدامات هدفمند، کاهش خطرات خرابی و افزایش قابلیت اطمینان ایستگاه کمک می‌کند.