Pagsusuri ng Isang Aksidente sa Paggalaw ng 35 kV Voltage Transformer

Ang mga voltage transformer (PTs) ay binubuo ng mga core na bakal at mga coil na pag-iikot, na gumagana nang parang mga transformer ngunit may maliit na kapasidad. Ito ay nagpapalit ng mataas na volt sa mababang volt para sa proteksyon, pagsukat, at metering na mga aparato, malawakang ginagamit sa mga planta/estasyon. Nilalaman ayon sa insulation: dry-type (≤6 kV), cast-type (indoor 3-35 kV), oil-immersed (outdoor ≥35 kV), at SF₆ gas-filled (para sa combined appliances).

Sa panahon ng operasyon ng substation, ang mga aksidente mula sa electromagnetic resonance o aging ng insulation ng PT ay patuloy na nangyayari. Halimbawa, noong Marso 2015, ang isang 35 kV incoming-line PT sa isang thermal power plant ay sumabog dahil sa aging ng insulation, na nagresulta sa pagkawala ng kuryente ng 35 kV Bus I & II. Analisis pagkatapos ng on-site investigation:

1 Operasyong Mode Bago ang Fault

Ang estado ng sistema ng planta bago ang fault ay ipinapakita sa Figure 1.

Ang substation ay nakakakuha ng kuryente mula sa dalawang 35 kV incoming lines (Jingdian 390 Line, Jingre 391 Line). Ang kanilang mga switch ay sarado, na konektado sa 35 kV Section I & II busbars. Ang mga busbar na ito ay gumagamit ng single-bus sectioned wiring. Ang mga surge arrester ay nagprotekta sa side ng power supply; walang incoming line protection sa side ng thermal plant. Mga link ng power supply:

• 35 kV Section I busbar → 3# pangunahing transformer → 10 kV Section I busbar.

• 35 kV Section II busbar → 4# pangunahing transformer → 10 kV Section II busbar.

• 10 kV Section I & II busbars ay tumatakbo nang parallel.

2. On-site Investigation & Accident Retrospection

Nahanap ng mga staff ng operasyon/pag-aalamin ang dalawang tanda ng pagsabog:

• 35 kV Jingdian 390 Line-side PT3: Nagmomonitor ng Phase A/B line voltages. Nagsabog ang ilalim nito, nag-iwan ng marka ng sunog.

• 35 kV Jingdian 390 Line Incoming Switch: Ang short-circuit current ay nagresulta sa pagsabog. Ang mga bolt ng cable head ay natunaw; ang mga contact/fingers ay nasunog/malform.

2.1 35 kV Section II Busbar Voltage Data Analysis

Ang fault recording data ng 35 kV Section II busbar ay inilapat upang ibalik ang mga waveform ng voltage, current, at electrical parameters sa panahon ng aksidente. Ang eksaktong analisis ng data ay sumusunod sa pag-unlad ng fault, nagbibigay ng mahalagang ebidensya para sa pagtukoy ng sanhi ng aksidente.

2.2 Fault Development & Electrical Analysis
(1)Pre-fault Voltage Distortion

• 19.6ms bago ang fault: Ang 35kV Section II busbar ay may simetriyal na tatlong-phase voltages, minimong zero-sequence voltage → normal na equipment.

• 13.6ms bago ang fault: Ang Phase A/B voltages ay bumaba hanggang 49.0V/43.1V; ang Phase C ay tumaas hanggang 71.8V; ang zero-sequence voltage ay tumaas hanggang 22.4V → nasira ang insulation ng voltage transformer.

• 1.6ms bago ang fault: Ang Phase A/B voltages ay bumaba hanggang 11.9V/7.4V; ang Phase C ay bumaba hanggang 44.5V; ang zero-sequence voltage ay tumaas hanggang 23.5V → mas lumala ang deterioration ng insulation.

 (2)Fault Occurrence & Protection Response

Sa panahon ng fault: Ang Phase A/B insulation ay nabigo (short to ground); ang Phase C voltage ay bumaba. 3ms pagkatapos, ang tatlong-phase voltages ay bumalik sa zero; ang PT ay sumabog → itinuturing na three-phase short-circuit to ground.

Conclusion: Normal ang pre-fault busbar voltages (walang lightning/misoperation → excluded ang resonance overvoltage). Ang matagal na operasyon ay nagresulta sa pagka-deteriorate ng insulation ng voltage transformer → ang internal insulation damage ay nagresulta sa inter-turn short circuit → ito ay lumaki hanggang three-phase insulation breakdown/short-circuit → ang linya ay tripped.

(3)Protection Setup & Action

Ang mga incoming line switches (Jingdian 390, Jingre 391) ay walang incoming protection. Ang main station ay may mga proteksyon na may magkaparehong settings:

• Differential protection: 5A setting, 0s operation.

• Time-limited quick-break protection: 21.2A setting, 1.1s operation.

• Over-current protection: Kailangan ng karagdagang analisis (ref. Figure 2 para sa incoming current recording data, hindi ibinibigay).

Pagkatapos ng fault, ang mga current sa parehong linya ay tumaas. Pagkatapos ng mga transients, ito ay umabot sa steady-state:

• 35 kV Jingdian 390 Line: 14,116 A (steady-state primary fault current);

• 35 kV Jingre 391 Line: 10,920 A (steady-state primary fault current).

Mga operasyon ng proteksyon:

• Jingdian 390 Line (remote main station side): Ang differential protection ay natrip 268 ms pagkatapos ng pagsabog. Ang fault ay hindi na-isolate dahil ang 35 kV Sections I & II busbars ay looped.

• Jingre 391 Line (remote main station side): Ang time-limited quick-break protection ay natrip 1,173 ms pagkatapos ng pagsabog, naumano ang fault.

3 Cause Analysis & Preventive Measures
3.1 Sanhi ng Aksidente

Ang fully-insulated electromagnetic voltage transformer, na in-commission noong 2008, ay walang outage maintenance/electrical tests. Ang matagal na operasyon ay nagresulta sa internal insulation failure. Mga pangunahing sanhi:

• Product Defects: Hindi sapat na disenyo → hindi sapat na insulation, maikling serbisyo buhay.

• Environmental Contamination: Ang dumi sa mga porcelain sleeves → malubhang pagbaba ng insulation resistance sa panahon ng ulan, flashovers, at matagal na pagkasira ng insulation.

• Insulating Oil Deterioration: Hindi mabuting sealing → pumasok ang tubig, distortion ng electric field, bumaba ang withstand voltage/dielectric properties ng langis.

• Aging & External Impacts: Thermal aging (ambient conditions, matagal na paggamit); mechanical aging (switching overvoltage, short-circuit currents na nagdamage sa insulation).

3.2 Insulation Damage Tests

Ang regular na insulation resistance tests ay nakakaprevent ng mga pagkasira:

• Primary Winding: Gamitin ang 2,500 V meter sa panahon ng handover/overhaul → insulation resistance ≥ 3,000 MΩ. Sa preventive tests, ang resistance drop ≤ 50% ng initial value.

• Secondary Winding: Gamitin ang 1,000 V meter sa panahon ng handover/overhaul → insulation resistance ≤ 10 MΩ.

3.3 Common Fault: Resonance Overvoltage
Kondisyon para sa Pag-occur :

• Ang mga electromagnetic voltage transformers ay nonlinear inductors. Ang pagtaas ng excitation current ay nagresulta sa ferromagnetic saturation → pagbaba ng inductance (pangunahing sanhi ng resonance).

• Kailangan ng matched capacitance/inductance (inductive reactance ≤ 100× capacitive reactance).

• Mga trigger condition: no-load bus switching, biglaang pag-clear ng ground fault, lightning, switching overvoltage, etc.

Preventions: Ground ang neutrals ng voltage transformer via harmonic eliminators + small resistors; i-install ang mga harmonic elimination devices sa open delta ng bus voltage transformer.

4. Conclusion

Ang aging ng insulation ng mga voltage transformer ay nagdudulot ng breakdowns at bus outages – karaniwan sa grids. Sundin nang mahigpit ang regulasyon ng preventive test, i-test/i-replace ang mga di-kwalipikadong equipment. Sa aksidenteng ito, ang unprotected thermal power plant incoming lines at failed #1 35 kV bus tie switch ay pinalawig ang fault. Regular na suriin ang configuration/reliability ng proteksyon. Ang analisis ng aksidente ay tumutulong sa mabilis na pag-identify ng mga isyu, paggawa ng targeted actions, pagbawas ng panganib ng fault, at pag-boost ng reliabilidad ng substation.