Análise dun accidente por explosión nun transformador de tensión de 35 kV

Os transformadores de tensión (PTs) consisten en núcleos de ferro e espiras, funcionando de maneira semellante aos transformadores pero con capacidade pequena. Converten a alta tensión en baixa tensión para dispositivos de protección, medida e contaxe, amplamente utilizados en centrais/plantas. Clasificanse por aislamento: seco - tipo (≤6 kV), fundido - tipo (interior 3 - 35 kV), mergullado en aceite (exterior ≥35 kV), e recheo de gas SF₆ (para aparatos combinados).

Durante a operación da subestación, aínda ocorren accidentes debido á resonancia electromagnética dos PT ou ao envellecemento do aislamento. Por exemplo, en marzo de 2015, un PT de liña de entrada de 35 kV nunha central térmica explotou debido ao envellecemento do aislamento, causando un corte de corrente nas barras I & II de 35 kV. Análise posterior á investigación no terreo:

1 Modo de Operación Antes do Fallo

O estado do sistema da planta antes do fallo amóstrase na Figura 1.

A subestación obtén enerxía de dúas liñas de entrada de 35 kV (Liña Jingdian 390, Liña Jingre 391). As súas interruptores están pechados, conectándose ás barras de sección I & II de 35 kV. Estas barras utilizan un cableado de barra única dividida. Os protectores de sobretensión protexen o lado do suministro de enerxía; non existe protección de liña de entrada no lado da central térmica. Enlaces de suministro de enerxía:

• Barra de sección I de 35 kV → transformador principal 3# → barra de sección I de 10 kV.

• Barra de sección II de 35 kV → transformador principal 4# → barra de sección II de 10 kV.

• As barras de sección I & II de 10 kV funcionan en paralelo.

2 Investigación no Terreo & Revisión do Accidente

O persoal de operación/mantenimento atopou dous rastros de explosión:

• PT3 do lado da Liña Jingdian 390 de 35 kV: Monitoriza as voltaxes das fases A/B. A explosión rompeu a súa base, deixando marcas de quema.

• Interruptor de entrada da Liña Jingdian 390 de 35 kV: A corrente de cortocircuito causou a explosión. Os parafusos da cabeza do cabo derretéronse; os contactos/dedos estaban queimados/deformados.

2.1 Análise de Datos de Tensión da Barra de Sección II de 35 kV

Recuperáronse datos de rexistro de fallos da barra de sección II de 35 kV para restabelecer as formas de onda de tensión, corrente e parámetros eléctricos durante o accidente. Unha análise precisa de datos traza o desenvolvemento do fallo, proporcionando evidencia clave para determinar a causa do accidente.

2.2 Desenvolvemento do Fallo & Análise Eléctrica
(1)Distorsión de Tensión Previa ao Fallo

• 19,6 ms previo ao fallo: A barra de sección II de 35 kV ten voltaxes trifásicos simétricos, mínima tensión de secuencia cero → equipos normais.

• 13,6 ms previo ao fallo: As tensións das fases A/B caen a 49,0 V/43,1 V; a fase C salta a 71,8 V; a tensión de secuencia cero aumenta a 22,4 V → aislamento do transformador de tensión danado.

• 1,6 ms previo ao fallo: As tensións das fases A/B caen a 11,9 V/7,4 V; a fase C cae a 44,5 V; a tensión de secuencia cero alcanza 23,5 V → o deterioro do aislamento empeora.

 (2)Ocorréncia do Fallo & Respuesta de Protección

Durante o fallo: O aislamento das fases A/B quebra (cortocircuito a terra); a tensión da fase C cae. 3 ms despois, as tres tensións trifásicas volven a cero; o PT explode → determinado como un cortocircuito trifásico a terra.

Conclusión: As tensións previas ao fallo das barras eran normais (sen raio/operación errónea → excluído o sobrexuste de ressonancia). A operación a longo prazo causou o deterioro do aislamento do transformador de tensión → o dano interno do aislamento provocou un cortocircuito interturno → evolucionou a unha ruptura de aislamento trifásico/cortocircuito → a liña saltou.

(3)Configuración & Acción de Protección

Os interruptores de liña de entrada (Jingdian 390, Jingre 391) carecen de protección de entrada. A estación principal ten protecciones coas mesmas configuracións:

• Protección diferencial: Configuración de 5 A, operación de 0 s.

• Protección rápida limitada temporalmente: Configuración de 21,2 A, operación de 1,1 s.

• Protección de sobrecorrente: Nese caso, necesita unha análise adicional (véxase a figura 2 para os datos de rexistro de corrente de entrada, non fornecidos).

Despois do fallo, as correntes en ambas liñas aumentaron bruscamente. Despois dos transitorios, alcanzaron o estado estable:

• Liña Jingdian 390 de 35 kV: 14.116 A (corrente de fallo primaria en estado estable);

• Liña Jingre 391 de 35 kV: 10.920 A (corrente de fallo primaria en estado estable).

Accións de protección:

• Liña Jingdian 390 (lado da estación principal remota): A protección diferencial saltou 268 ms despois da explosión. O fallo non foi aislado xa que as barras de sección I & II de 35 kV estaban en bucle.

• Liña Jingre 391 (lado da estación principal remota): A protección rápida limitada temporalmente saltou 1.173 ms despois da explosión, aislando o fallo.

3 Análise da Causa & Medidas Preventivas
3.1 Causas do Accidente

O transformador de tensión electromagneticamente aislado, comisionado en 2008, non teve manutención/saias eléctricas. A operación a longo prazo causou un fallo interno do aislamento. As causas principais son:

• Defectos de Produto : Diseño defectuoso → aislamento insuficiente, vida útil curta.

• Contaminación Ambiental : Suciedade nas mangas de porcelana → diminución aguda da resistencia de aislamento nas estacións chuviosas, flashovers e danos de aislamento a longo prazo.

• Deterioro do Aceite Aislante : Selo deficiente → ingreso de humidade, distorsión do campo eléctrico, redución da tensión de soporte e propiedades dieléctricas do aceite.

• Envellecemento & Impactos Externos : Envellecemento térmico (condicións ambientais, uso a longo prazo); envellecemento mecánico (sobretensión de conmutación, correntes de cortocircuito danando o aislamento).

3.2 Probas de Danos de Aislamento

As probas regulares de resistencia de aislamento prevén fallos:

• Espiras Primarias : Utilizar un medidor de 2.500 V durante a entrega/reparación → resistencia de aislamento ≥ 3.000 MΩ. Nas probas preventivas, a diminución da resistencia ≤ 50% do valor inicial.

• Espiras Secundarias : Utilizar un medidor de 1.000 V durante a entrega/reparación → resistencia de aislamento ≤ 10 MΩ.

3.3 Fallo Común: Sobrexuste de Ressonancia
Condicións de Ocorréncia :

• Os transformadores de tensión electromagnéticos son inductores non lineares. O aumento da corrente de excitación provoca saturación ferromagnética → diminución da inductancia (causa principal da ressonancia).

• Para que a ressonancia ocorra, é necesario que a capacitancia e a inductancia estean xustadas (reactancia inductiva ≤ 100× reactancia capacitiva).

• Condicións de activación: conmutación de barras sen carga, limpeza súbita de fallas a terra, rayos, sobrexuste de conmutación, etc.

Prevención : Conectar a neutro dos transformadores de tensión a través de eliminadores de harmónicos + resistencias pequenas; instalar dispositivos de eliminación de harmónicos nos deltas abertos dos transformadores de tensión de barras.

4 Conclusión

O envellecemento do aislamento nos transformadores de tensión causa rupturas e cortes de corrente nas barras, un fenómeno común nas redes. Seguir estritamente as regulacións de probas preventivas, probar/substituír equipos non calificados. Neste accidente, as liñas de entrada da central térmica sen protección e o fallo do interruptor de ligazón da barra 35 kV n.º 1 ampliaron o fallo. Realizar revisións regulares da configuración/relibilidade da protección. A análise do accidente axuda a identificar rapidamente os problemas, tomar accións específicas, reducir os riscos de fallo e aumentar a fiabilidade da subestación.