35 kV feszültségű transzformátor robbanásának elemzése

A feszültségek átalakítására szolgáló transzformátorok (PT-k) vasmagot és ciklusos tekercseket tartalmaznak, hasonlóan működnek, mint a transzformátorok, de kisebb kapacitással. Ők nagy feszültséget alacsonyabb feszültségűre alakítanak át védelmi, mérési és mérőeszközök számára, széles körben használták üzemekben/állomásokon. Izoláció szerint osztályozva: száraz típusú (≤6 kV), öntött típusú (belső 3-35 kV), olajbetolt (külső ≥35 kV) és SF₆ gáz betolt (összetett berendezésekhez).

Az állomás működtetése során még mindig előfordulhatnak balesetek a PT elektromágneses rezonanciája vagy az izoláció öregedése miatt. Például 2015. márciusban egy 35 kV bejövő vonalas PT robbant fel egy hőerőműben az izoláció öregedése miatt, ami 35 kV I & II buszos kiesést okozott. A helyszíni vizsgálat utáni elemzés:

1 Hiba előtti működési mód

A hiba előtti rendszerállapot a 1. ábrán látható.

Az állomás két 35 kV bejövő vonalból (Jingdian 390 vonal, Jingre 391 vonal) szerez áramot. A kapcsolóik zárva vannak, csatlakozva a 35 kV I & II buszoshoz. Ezek a buszok egyetlen buszos szakaszos vezetékesítést használnak. Az áramellátást védik a villámlás ellen; nincs bejövő vonalas védelem a hőerőmű oldalán. Az áramellátási kapcsolatok:

• 35 kV I. busz → 3. főtranszformátor → 10 kV I. busz.

• 35 kV II. busz → 4. főtranszformátor → 10 kV II. busz.

• A 10 kV I. & II. busz párhuzamosan fut.

2. Helyszíni vizsgálat & baleseti retrospektív

A működési és karbantartási személyzet két robbanási nyomatékot talált:

• 35 kV Jingdian 390 vonalas PT3: F figyeli az A/B fázis vonal feszültségét. A robbanás elszakadta az alját, égési nyomok maradtak.

• 35 kV Jingdian 390 vonalas bejövő kapcsoló: A rövidzárlat áram robbanásba ejtette. A kábel fejének csavarkai leolvadtak; a kapcsolók/elválasztók égtek/megváltoztak.

2.1 35 kV II. busz feszültség adat elemzése

A 35 kV II. busz hibarekord adatokat gyűjtött, hogy visszaállítsa a feszültség, áram hullámformáit és elektromos paramétereket a baleset idején. A pontos adatelemzés a hiba fejlődését nyomon követi, kulcsfontosságú bizonyítékot szolgáltatva a baleset okának meghatározásához.

2.2 Hibák fejlődése & elektromos elemzés
(1)Hiba előtti feszültség torzulása

• 19,6 ms a hiba előtt: A 35 kV II. busz szimmetrikus háromfázisú feszültséggel rendelkezik, minimális nullsor feszültséggel → normál eszközök.

• 13,6 ms a hiba előtt: Az A/B fázis feszültsége 49,0 V/43,1 V-ra csökken; a C fázis 71,8 V-ra emelkedik; a nullsor feszültség 22,4 V-ra nő → a feszültségtranszformátor izolációja sérült.

• 1,6 ms a hiba előtt: Az A/B fázis feszültsége 11,9 V/7,4 V-ra csökken; a C fázis 44,5 V-ra csökken; a nullsor feszültség 23,5 V-ra nő → a izoláció romlása tovább súlyosbodik.

 (2)Hiba bekövetkezése & védelem reagálása

A hiba közben: Az A/B fázis izolációja bezárult (rövidzárlat földre); a C fázis feszültsége csökkent. 3 ms múlva a háromfázisú feszültség nullára tér vissza; a PT robban ki → háromfázisú rövidzárlat földre határozható meg.

Következtetés: A hiba előtti busz feszültségei normálisak voltak (nincs villámütés/helytelen művelet → rezonancia túlfeszültség kizárása). A hosszú távú működés a feszültségtranszformátor izolációjának romlását okozta → belső izoláció sérülése interturn rövidzárlatot eredményezett → fejlődött háromfázisú izoláció bezárulás/rövidzárlat → vonal kiesése.

(3)Védelem beállítása & működése

A bejövő vonalak kapcsolói (Jingdian 390, Jingre 391) nincsenek bejövő védelemmel. A főállomás azonos beállításokkal rendelkező védelemmel rendelkezik:

• Differenciális védelem: 5 A beállítás, 0 s működés.

• Időkorlátozott gyorsleválasztó védelem: 21,2 A beállítás, 1,1 s működés.

• Túláramvédelem: További elemzés szükséges (lásd a 2. ábrát a bejövő áram rekord adatokért, nem szerepel).

A hiba után mindkét vonalon az áram jelentősen emelkedett. A tranzienst követően stabil állapotba került:

• 35 kV Jingdian 390 vonal: 14 116 A (stabil állapotú elsődleges hibaáram);

• 35 kV Jingre 391 vonal: 10 920 A (stabil állapotú elsődleges hibaáram).

Védelem működése:

• Jingdian 390 vonal (távoli főállomás oldala): Differenciális védelem 268 ms múlva robbanás után váltotta ki. A hiba nem volt elkülönítve, mivel a 35 kV I & II. buszok hurokban voltak.

• Jingre 391 vonal (távoli főállomás oldala): Időkorlátozott gyorsleválasztó védelem 1 173 ms múlva robbanás után váltotta ki, elkülönítve a hibát.

3 Ok elemzés & megelőző intézkedések
3.1 Baleseti okok

A teljesen izolált elektromágneses feszültségtranszformátor, amely 2008-ban került beavatkozásra, nem volt anyagi karbantartás/villamossági teszt. A hosszú távú működés belső izolációs kudarcot okozott. Fő okok:

• Termékvágyak: Alacsony minőségű tervezés → elégtelen izoláció, rövid élettartam.

• Környezeti kontamináció: Porcelángyűrűk szennyezése → esős időszakokban drámai izolációs ellenállás-csökkenés, villámütések, hosszú távú izolációs károsodás.

• Izoláló olaj romlása: Rossz zárás → nedvesség bejutása, elektromos mező torzulása, olaj tahanyla-volt és dielektrikus tulajdonságok csökkenése.

• Öregedés & külső hatások: Hőmérsékleti öregedés (környezeti feltételek, hosszú távú használat); mechanikai öregedés (kapcsoló túlfeszültség, rövidzárlat áramok, izoláció sérülése).

3.2 Izolációs károsodás tesztjei

Rendszeres izolációs ellenállás tesztek a hibák megelőzésére:

• Elsődleges tekercs: 2 500 V mérőszámítógép használata átadás/karbantartás során → izolációs ellenállás ≥ 3 000 MΩ. Megelőző tesztekben az ellenállás csökkenése ≤ 50% az eredeti értéktől.

• Másodlagos tekercs: 1 000 V mérőszámítógép használata átadás/karbantartás során → izolációs ellenállás ≤ 10 MΩ.

3.3 Gyakori hiba: Rezonancia túlfeszültség
Feltételek a bekövetkezéséhez :

• Az elektromágneses feszültségtranszformátorok nemlineáris induktorok. A gerjesztő áram növekedése ferromágneses telítéshez vezet → induktancia csökken (fő rezonancia ok).

• Rezonancia esetén a kapacitancia/induktancia egyeznie kell (induktív reaktancia ≤ 100× kapacitív reaktancia).

• Trigger feltételek: üres busz kapcsolása, hirtelen földhelyi hiba kitörlése, villám, kapcsoló túlfeszültség stb.

Megelőzések: A feszültségtranszformátorok neutrálisát harmónia eliminátorok + kis ellenállásokon keresztül kösse földre; telepítse a harmóniaeliminációs eszközöket a busz feszültségtranszformátor nyitott delta pontján.

4. Következtetés

A feszültségtranszformátorok izolációjának öregedése kiváltja a bezárulást és a busz kiesést - ebben a hálózatban gyakori. Szigorúan kövesse a megelőző tesztszabályzatokat, tesztelje/helyettesítse a nem megfelelő eszközöket. Ebben a balesetben a hőerőmű bejövő vonalainak védelmének hiánya és a #1 35 kV busz kapcsoló hibája kiterjesztette a hibát. Rendszeresen ellenőrizze a védelem konfigurációját/megbízhatóságát. A baleset elemzése segít gyorsan azonosítani a problémákat, célzott intézkedéseket tenni, csökkenteni a hiba kockázatát, és növelni az állomás megbízhatóságát.