Analiza nesreće eksplozije transformatora napona od 35 kV

Naponski transformatori (PT) sastoje se od željezne jezgre i navijalnih bobina, rade slično transformatorima, ali s manjom kapacitetom. Pretvaraju visok napon u niski napon za uređaje za zaštitu, mjerenje i brojanje, široko korišteni u postrojbjama/stanici. Klasificirani prema izolaciji: suho - tip (≤6 kV), lisano - tip (unutrašnji 3 - 35 kV), ulje - ispunjeni (vanjski ≥35 kV) i SF₆ plin - ispunjeni (za kombinirane uređaje).

Tijekom rada podstanice, događaji uslijed elektromagnetske rezonancije ili starenja izolacije PT-a još uvijek se događaju. Na primjer, u ožujku 2015., 35 kV ulazni PT u termoelektrani eksplodirao je zbog starenja izolacije, uzrokujući pad napona na 35 kV bus I & II. Analiza nakon terenskog istraživanja:

1 Način rada prije greške

Stanje sustava termoelektrane prije greške prikazano je na slici 1.

Podstanica dobiva struju iz dvije 35 kV ulazne linije (Jingdian 390 Linija, Jingre 391 Linija). Njihovi prekidači su zatvoreni, povezujući se s 35 kV Bus I & II. Ovi bus koriste jednosmjerno bus odjeljeno vezanje. Zaštita od udara hrapavosti štiti stranu opskrbe; ne postoji zaštita ulazne linije na strani termoelektrane. Veze opskrbe:

• 35 kV Bus I → glavni transformator 3# → 10 kV Bus I.

• 35 kV Bus II → glavni transformator 4# → 10 kV Bus II.

• 10 kV Bus I & II rade paralelno.

2. Terensko istraživanje i retrospektiva nesreće

Održavatelji su pronašli dvije tragove eksplozije:

• 35 kV Jingdian 390 Linija - strana PT3: Nadgleda faza A/B linijalna napona. Eksplozija je razbila njegov dno, ostavljajući ožig.

• 35 kV Jingdian 390 Linija Ulazni Prekidnik: Kratkoslužni struja je uzrokovala eksploziju. Vrhove kabla su stopili; kontakti/prstovi su bili ožegnuti/deformirani.

2.1 Analiza podataka o naponu 35 kV Bus II

Preuzeti su podaci o zabilježenim greškama 35 kV Bus II kako bi se vratili napon, valovi struje i električni parametri tijekom nesreće. Precizna analiza podataka praćenja razvoja greške, pružaju ključne dokaze za utvrđivanje uzroka nesreće.

2.2 Razvoj greške i električna analiza
(1)Deformacija napona prije greške

• 19,6 ms prije greške: 35 kV Bus II ima simetrične trofazne napone, minimalni nula-sekvencijski napon → normalno opremu.

• 13,6 ms prije greške: Faza A/B naponi pada do 49,0V/43,1V; Faza C skoči na 71,8V; nula-sekvencijski napon se poveća na 22,4V → oštećena izolacija naponskog transformatora.

• 1,6 ms prije greške: Faza A/B naponi pada do 11,9V/7,4V; Faza C pada na 44,5V; nula-sekvencijski napon doseže 23,5V → pogoršanje starenja izolacije.

 (2)Pojava greške i odgovor zaštite

Tijekom greške: Faza A/B izolacija se ruši (kratkoslužni spoj na zemlju); Faza C napon pada. 3 ms kasnije, trofazni naponi se vraćaju na nulu; PT eksplodira → utvrđeno kao trofazni kratak spoj na zemlju.

Zaključak: Naponi busa prije greške bili su normalni (bez munje/nepravilnog rada → isključena rezonantna prenapona). Dugotrajna operacija uzrokovala je degradaciju izolacije naponskog transformatora → unutarnje oštećenje izolacije dovelo je do međuspoja među zavojnicama → evolviralo u trofazno oštećenje izolacije/kratak spoj → prekid linije.

(3)Postavljanje i rad zaštite

Ulazni prekidnici (Jingdian 390, Jingre 391) nemaju ulaznu zaštitu. Glavna stanica ima zaštitu s identičnim postavkama:

• Diferencijalna zaštita: 5A postavka, 0s rad.

• Vremenski ograničena brza zaštita: 21,2A postavka, 1,1s rad.

• Zaštita od prekomjernog toka: Potrebna daljnja analiza (vidi sliku 2 za zabilježene podatke o ulaznom toku, nije navedeno).

Nakon greške, tokovi u obje linije su se naglo povećali. Nakon transijentnih stanja, dostigli su stabilno stanje:

• 35 kV Jingdian 390 Linija: 14.116 A (stabilni osnovni strujni greška);

• 35 kV Jingre 391 Linija: 10.920 A (stabilni osnovni strujni greška).

Rad zaštite:

• Jingdian 390 Linija (strana glavne stanice): Diferencijalna zaštita se pokrenula 268 ms nakon eksplozije. Greška nije bila izolirana jer su 35 kV Bus I & II bili u petlji.

• Jingre 391 Linija (strana glavne stanice): Vremenski ograničena brza zaštita se pokrenula 1.173 ms nakon eksplozije, izolirajući grešku.

3 Analiza uzroka i preventivne mjere
3.1 Uzroci nesreće

Potpuno izolirani elektromagnetski naponski transformator, koji je komisioniran 2008., nema odradne održavane/električne teste. Dugotrajna operacija uzrokovala je unutarnje oštećenje izolacije. Ključni uzroci:

• Defekt proizvoda: Nedovoljno dizajn → nedostatan izolaciju, kratki vijek trajanja.

• Okruženi kontaminacije: Prljavština na porcelanskim rukavcima → ostri pad otpornosti izolacije u kišnim sezonom, flashoveri i dugotrajno oštećenje izolacije.

• Degradacija izolacijskog ulja: Loše zatvaranje → penetracija vlage, distorzija električnog polja, smanjena izdržljivost napona/dielektričke osobine ulja.

• Starenje i vanjski utjecaji: Toplinsko starenje (ambijentalne uvjeti, dugotrajna upotreba); mehaničko starenje (prekomjerne prenapone prebacivanja, kratkoslužni tokovi oštećuju izolaciju).

3.2 Testovi oštećenja izolacije

Redoviti testovi otpornosti izolacije spriječavaju propade:

• Primarna zavojnica: Koristi 2.500 V mjerilo tijekom predaje/preuređivanja → otpornost izolacije ≥ 3.000 MΩ. U preventivnim testovima, pad otpornosti ≤ 50% početne vrijednosti.

• Sekundarna zavojnica: Koristi 1.000 V mjerilo tijekom predaje/preuređivanja → otpornost izolacije ≤ 10 MΩ.

3.3 Zajednička greška: Rezonantna prenapona
Uvjeti za pojavu:

• Elektromagnetski naponski transformatori su nelinearni induktor. Povećanje struje pobude uzrokuje feromagnetsko zasićenje → pad induktivnosti (glavni uzrok rezonancije).

• Rezonanca zahtijeva podudaranje kapacitance/induktivnosti (induktivni reaktanc ≤ 100× kapacitivni reaktanc).

• Okidački uvjeti: bez opterećenja bus prebacivanja, iznenadno otklanjanje zemljanih grešaka, munja, prekomjerne prenapone prebacivanja itd.

Prevencija: neutralne naponske transformatore zemliti putem harmonijskih eliminatera + malih otpornika; instalirati uređaje za eliminaciju harmonija na otvorenome deltu bus naponskog transformatora.

4. Zaključak

Starenje izolacije naponskih transformatora uzrokuje propade i padove busova - često u mrežama. Strog sljed pravila preventivnih testova, testiranje/zamjena nekvalitetne opreme. U ovoj nesreći, neprotužene ulazne linije termoelektrane i propad prekidnika #1 35 kV bus šire grešku. Redovito provjeravati konfiguraciju/pouzdanost zaštite. Analiza nesreće pomaže u brzom otkrivanju problema, poduzimanju ciljanih akcija, smanjivanju rizika od grešaka i povećanju pouzdanosti podstanice.