Analisi di un Incidente Esplosivo di un Trasformatore di Tensione da 35 kV

I trasformatori di tensione (PT) sono costituiti da nuclei di ferro e bobine avvolte, funzionano in modo simile ai trasformatori ma con una capacità ridotta. Convertono la tensione elevata in tensione bassa per dispositivi di protezione, misurazione e contabilizzazione, ed sono ampiamente utilizzati nelle impianti/stazioni. Sono classificati in base all'isolamento: a secco (≤6 kV), a goccia (interno 3 - 35 kV), a olio (esterno ≥35 kV) e a gas SF₆ (per apparecchi combinati).

Durante l'operazione della sottostazione, si verificano ancora incidenti dovuti alla risonanza elettromagnetica dei PT o all'invecchiamento dell'isolamento. Ad esempio, nel marzo 2015, un PT di linea entrante a 35 kV in una centrale termoelettrica esplose a causa dell'invecchiamento dell'isolamento, causando l'interruzione delle linee Bus I & II a 35 kV. Analisi successiva all'indagine sul posto:

1 Modalità di operazione prima del guasto

Lo stato del sistema della centrale prima del guasto è mostrato nella Figura 1.

La sottostazione riceve energia da due linee entranti a 35 kV (Linea Jingdian 390, Linea Jingre 391). I loro interruttori sono chiusi, collegandosi ai busbar a 35 kV Sezione I & II. Questi busbar utilizzano un cavo a singolo bus sezionato. I parafulmini proteggono il lato di alimentazione; non esiste protezione sulla linea entrante dal lato della centrale termica. Collegamenti di alimentazione:

• Busbar a 35 kV Sezione I → Trasformatore principale n. 3 → Busbar a 10 kV Sezione I.

• Busbar a 35 kV Sezione II → Trasformatore principale n. 4 → Busbar a 10 kV Sezione II.

• I busbar a 10 kV Sezione I & II funzionano in parallelo.

2. Indagine sul posto & Retrospettiva dell'incidente

Il personale di manutenzione ha trovato due tracce di esplosione:

• PT3 lato Linea Jingdian 390 a 35 kV: Monitora le tensioni di linea Fase A/B. L'esplosione ha aperto la parte inferiore, lasciando segni di bruciatura.

• Interruttore di linea entrante Jingdian 390 a 35 kV: La corrente di cortocircuito ha causato l'esplosione. Le viti della testa del cavo si sono fuse; i contatti/dita erano bruciati/deformati.

2.1 Analisi dei dati di tensione del busbar a 35 kV Sezione II

Sono stati recuperati i dati di registrazione del guasto del busbar a 35 kV Sezione II per ripristinare le forme d'onda di tensione, corrente e parametri elettrici durante l'incidente. Un'analisi accurata dei dati traccia lo sviluppo del guasto, fornendo prove chiave per determinare la causa dell'incidente.

2.2 Sviluppo del guasto & Analisi elettrica
(1)Distorsione della tensione pre-guasto

• 19,6 ms prima del guasto: il busbar a 35 kV Sezione II ha tensioni trifasi simmetriche, minima tensione sequenziale zero → attrezzature normali.

• 13,6 ms prima del guasto: le tensioni Fase A/B scendono a 49,0 V/43,1 V; la Fase C salta a 71,8 V; la tensione sequenziale zero sale a 22,4 V → isolamento del trasformatore di tensione danneggiato.

• 1,6 ms prima del guasto: le tensioni Fase A/B scendono a 11,9 V/7,4 V; la Fase C scende a 44,5 V; la tensione sequenziale zero raggiunge 23,5 V → peggioramento del deterioramento dell'isolamento.

 (2)Verifica del guasto & Risposta della protezione

Durante il guasto: l'isolamento delle Fasi A/B si rompe (corto a terra); la tensione della Fase C diminuisce. 3 ms dopo, le tensioni trifasi tornano a zero; il PT esplode → determinato come corto circuito trifase a terra.

Conclusione: le tensioni del busbar prima del guasto erano normali (nessun fulmine/maloperazione → risonanza sovratensione esclusa). L'operazione a lungo termine ha causato il degrado dell'isolamento del trasformatore di tensione → il danno interno dell'isolamento ha portato a un corto circuito tra spire → evoluzione in un guasto di isolamento trifase/corto circuito → la linea ha saltato.

(3)Configurazione & Azione della protezione

Gli interruttori di linea entranti (Jingdian 390, Jingre 391) mancano di protezioni di linea entrante. La stazione principale ha protezioni con impostazioni identiche:

• Protezione differenziale: impostazione 5A, operazione 0s.

• Protezione rapida limitata nel tempo: impostazione 21,2A, operazione 1,1s.

• Protezione contro sovratensione: ulteriore analisi necessaria (vedi Figura 2 per i dati di registrazione della corrente entrante, non forniti).

Dopo il guasto, le correnti in entrambe le linee sono aumentate. Dopo i transitori, hanno raggiunto uno stato stabile:

• Linea Jingdian 390 a 35 kV: 14.116 A (corrente primaria di guasto in stato stabile);

• Linea Jingre 391 a 35 kV: 10.920 A (corrente primaria di guasto in stato stabile).

Operazioni di protezione:

• Linea Jingdian 390 (lato stazione principale remota): la protezione differenziale ha agito 268 ms dopo l'esplosione. Il guasto non è stato isolato poiché i busbar a 35 kV Sezione I & II erano in anello.

• Linea Jingre 391 (lato stazione principale remota): la protezione rapida limitata nel tempo ha agito 1.173 ms dopo l'esplosione, isolando il guasto.

3 Analisi delle cause & Misure preventive
3.1 Cause dell'incidente

Il trasformatore elettromagnetico di tensione completamente isolato, commissionato nel 2008, non ha avuto interruzioni di manutenzione/test elettrici. L'operazione a lungo termine ha causato un malfunzionamento dell'isolamento interno. Cause principali:

• Difetti del prodotto: progettazione non conforme → isolamento insufficiente, vita utile breve.

• Contaminazione ambientale: sporco sulle maniche di porcellana → calo netto della resistenza all'isolamento in stagioni piovose, flashover e danni a lungo termine all'isolamento.

• Deterioramento dell'olio isolante: sigillatura povera → ingresso di umidità, distorsione del campo elettrico, riduzione della tensione di resistenza e proprietà dielettriche dell'olio.

• Invecchiamento & Impatti esterni: invecchiamento termico (condizioni ambientali, uso a lungo termine); invecchiamento meccanico (sovratensione di commutazione, correnti di cortocircuito che danneggiano l'isolamento).

3.2 Test di danno all'isolamento

Test regolari di resistenza all'isolamento preven