35 kV jännitekäännöntilaajan räjähdyshavairon analyysi

Jännitekäännöksijät (PT) koostuvat teräsystä ja kierrosmuodosta, toimien samankaltaisesti kuin muut käännökset, mutta pienellä kapasiteetilla. Ne muuntavat korkeaa jännitettä alhaiseksi jännitteeksi suoja-, mitta- ja laskenta-laiteissa, ja niitä käytetään laajasti tehtaissa/voimaloissa. Niitä luokitellaan erotteluun perustuen: kuiva - tyyppi (≤6 kV), sivustoitu - tyyppi (sisätila 3 - 35 kV), öljykuumaannus (ulkona ≥35 kV) ja SF₆-kaasulla täytetty (yhdistelmiin).

Voimaloiden toiminnassa PT:n sähkömagneettisen resonanssin tai erottelun ikääntymiseen johtuvia onnettomuuksia tapahtuu edelleen. Esimerkiksi maaliskuussa 2015, lämpövoimalon 35 kV saapuva-linja PT räjähti erottelun ikääntyessä, mikä aiheutti 35 kV Bus I & II keskeytyksen. Paikan päällä tehdyn tutkimuksen jälkeen analyysi oli seuraava:

1 Vika-ajan toimintatapa

Vian ennen voimalan järjestelmän tila näkyy kuvassa 1.

Aluevoimalaitos saa sähköenergiansa kahdesta 35 kV saapuva-linjasta (Jingdian 390 Linja, Jingre 391 Linja). Niiden kytkimet ovat suljettuna, yhdistettynä 35 kV Osio I & II busseihin. Nämä bussit käyttävät yksibus-segmentoitua johtoa. Sähköisku-suojat suojavat sähkön tuotantopuolta; lämpövoimalaan ei ole sijoitettu mitään saapuva-linja-suojausta. Sähköenergian linkitys:

• 35 kV Osio I bussi → 3# päätransformaattori → 10 kV Osio I bussi.

• 35 kV Osio II bussi → 4# päätransformaattori → 10 kV Osio II bussi.

• 10 kV Osio I & II bussit toimivat rinnallaan.

2. Paikan päällä tehty tutkimus ja onnettomuuden retrospektiivi

Toiminta- ja huoltoyksikkö löysivät kaksi räjähdysjälkeä:

• 35 kV Jingdian 390 Linja - puoli PT3: Seuranta A/B linjan jännitteitä. Räjähdys purkasi sen pohjan, jättäen palamarkit.

• 35 kV Jingdian 390 Linja Saapuva Kytkin: Lyhyysvirran aiheuttama räjähdys. Kaapelipään ruuvit sulautuivat; yhteys-/sormen osat poltettiin/vaurioituvat.

2.1 35 kV Osio II Bussin jännitetiedot

35 kV Osio II bussin vika-aikaiset tiedot palautettiin jännite-, virta- ja sähköparametrien aikana. Tarkka datan analyysi jäljittää vikan kehityksen, tarjoaen avainnäyttöä onnettomuuden syytä määrittämiseksi.

2.2 Vikan kehitys ja sähköanalyysi
(1)Vika-ajan jännitevääntö

• 19.6ms vika-ajan: 35kV Osio II bussilla on symmetrinen kolmijännite, minimaalinen nollasekvenssi-jännite → normaali laite.

• 13.6ms vika-ajan: A/B jännitteet laskevat 49.0V/43.1V:een; C-faasi hyppää 71.8V:een; nollasekvenssi-jännite nousee 22.4V:een → jännitekäännöksijän erottelu on vaurioitunut.

• 1.6ms vika-ajan: A/B jännitteet laskevat 11.9V/7.4V:een; C-faasi laskee 44.5V:een; nollasekvenssi-jännite nousee 23.5V:een → erottelu heikkenee entisestään.

 (2)Vikan tapahtuminen ja suoja-toiminta

Vikan aikana: A/B faasien erottelu katkeaa (lyhyys maahan); C-faasin jännite laskee. 3ms myöhemmin, kolme fasia jännitteet palautuvat nollaan; PT räjähtää → määritetty kolmen faasin lyhyykseksi maahan.

Johtopäätös: Vika-ajan bussin jännitteet olivat normaaleja (ei salamaa/tarvevirhettä → resonanssiylikuormitus suljettu pois). Pitkäaikainen toiminta aiheutti jännitekäännöksijän erotteluksen heikkenemisen → sisäinen erottelu vaurioitui, mikä johti välifasaan lyhyykseen → kehittyi kolmen faasin erotteluun/lyhyykseen → linja keskeytyi.

(3)Suoja-asetukset ja toiminta

Saapuva-linja-kytkimet (Jingdian 390, Jingre 391) eivät ole varustettu saapuva-suojausta. Pääasema on samaa asetusta:

• Eroero-suoja: 5A asetus, 0s toiminta.

• Aikarajoitettu pikakatkaisusuoja: 21.2A asetus, 1.1s toiminta.

• Ylikuormitus-suoja: Lisäanalyysi tarvitaan (viitataan kuvioon 2 saapuva-virta-tallennuksen tiedoista, jotka eivät ole saatavilla).

Vikan jälkeen molemmat linjat nousivat nopeasti. Transientit jälkeen ne saavuttivat vakiotason:

• 35 kV Jingdian 390 Linja: 14,116 A (vakiovirran alkuperäinen vika-ajan virra);

• 35 kV Jingre 391 Linja: 10,920 A (vakiovirran alkuperäinen vika-ajan virra).

Suoja-toiminnot:

• Jingdian 390 Linja (pääasema etäpuolella): Eroero-suoja katkesi 268 ms räjähdyksen jälkeen. Vika ei eristetty, koska 35 kV Osio I & II bussit olivat silmukassa.

• Jingre 391 Linja (pääasema etäpuolella): Aikarajoitettu pikakatkaisusuoja katkesi 1,173 ms räjähdyksen jälkeen, eristäen vikan.

3 Syy-analyysi & ennaltaehkäisytoimenpiteet
3.1 Onnettomuuden syyt

Täysin erotteluvarustettu sähkömagneettinen jännitekäännöksijä, jonka käyttöönotto oli vuonna 2008, ei ollut kokenut mitään keskeytyksiä tai sähkötestejä. Pitkäaikainen toiminta aiheutti sisäisen erottelun epäonnistumisen. Tärkeät syyt:

• Tuotetepuutteet : Alaluokan suunnittelu → riittämätön erottelu, lyhyt käyttöikä.

• Ympäristön saastuminen : Keraamisten hihnan likainen → terävä erottelupuolen lasku sadon aikana, valoaminen ja pitkäaikainen erotteluvaurio.

• Erotteluöljin heikentyminen : Huono tiiviste → kosteus pääsee sisään, sähkökentän vääristyminen, öljyn kestävyyden ja dielektristen ominaisuuksien väheneminen.

• Ikääntyminen & ulkopuoliset vaikutukset : Lämpöikääntyminen (yleiset olosuhteet, pitkäaikainen käyttö); mekaaninen ikääntyminen (kytkentäylivirta, lyhyysvirrat vaurioittavat erottelua).

3.2 Erotteluvaurioiden testaus

Säännölliset erottelupuolisuustestit estävät vikkoja:

• Pääkierros : Käytä 2,500 V mittaria siirrossa/overhaussa → erottelupuolisuus ≥ 3,000 MΩ. Ennaltaehkäisystesteissä, vastustuksen lasku ≤ 50% alkuperäisestä arvosta.

• Toissijainen kierros : Käytä 1,000 V mittaria siirrossa/overhaussa → erottelupuolisuus ≤ 10 MΩ.

3.3 Yleinen vika: Resonanssiylikuormitus
Ehtoja esiintymiselle :

• Sähkömagneettiset jännitekäännöksijät ovat epälineaarisia induktoreita. Innostusvirran kasvu aiheuttaa ferromagneettisen satuksen → induktiivinen vastus laskee (pääasiallinen resonanssin syy).

• Resonanssi vaatii sopivan kapasitiivisuuden/induktivisuuden (induktivinen reaktanssi ≤ 100× kapasitiivinen reaktanssi).

• Aloitusehdot: tyhjiä bussia vaihtelemaan, yhtäkkiä maanjätekorjaukset, salamat, kytkentäylivirta, jne.

Ennaltaehkäisytoimenpiteet : Maan erottelu jännitekäännöksijän neutraalien kautta harmoniaviilijöillä + pienillä vastuilla; asenna harmoniaviilijälaitteita bussin jännitekäännöksijän avoimessa deltassa.

4. Johtopäätös

Jännitekäännöksijöiden erottelun ikääntyminen aiheuttaa romahduksia ja bussien keskeytyksiä – yleisiä verkossa. Noudattakaa tiukasti ennaltaehkäisystestien sääntöjä, testaa/vaihda epäkelpoja laitteita. Tässä onnettomuudessa, suojattomissa lämpövoimalan saapuva-linjoissa ja epäonnistuneessa #1 35 kV bussiyhdistyskytkimessä vika laajeni. Tarkista säännöllisesti suoja-asetusten määritys/luotettavuus. Onnettomuuden analysointi auttaa nopeasti tunnistamaan ongelmat, ottaa kohdennettuja toimenpiteitä, vähentää vika-rikkisyyttä ja parantaa aluevoimalaitoksen luotettavuutta.