Analyse van een ontploffingsongeval van een 35 kV spanningstransformator

Spanningsvervormers (PT's) bestaan uit ijzerkernen en spoelen, werken vergelijkbaar met transformatoren maar met een kleinere capaciteit. Ze zetten hoge spanning om in lage spanning voor bescherming, meting en metering, breed toegepast in installaties/stations. Geclassificeerd op isolatie: droog - type (≤6 kV), gegoten - type (binnen 3 - 35 kV), olie - gedrenkt (buiten ≥35 kV) en SF₆ gas - gevuld (voor gecombineerde apparatuur).

Tijdens de bedrijfsvoering van stations komen ongelukken door elektromagnetische resonantie of isolatie-ouderdomsverschijnselen nog steeds voor. Bijvoorbeeld, in maart 2015 explodeerde een 35 kV inkomende - lijn PT in een thermische krachtcentrale wegens ouderdomsverschijnselen van de isolatie, wat leidde tot een storing op Bus I & II van 35 kV. Analyse na plaatselijke inspectie:

1 Bedrijfssituatie Voor het Defect

De systeemtoestand van de centrale voor het defect wordt getoond in Figuur 1.

Het station ontvangt stroom via twee 35 kV inkomende lijnen (Jingdian 390 Lijn, Jingre 391 Lijn). Hun schakelaars zijn gesloten, verbonden aan busbars van Sectie I & II van 35 kV. Deze busbars gebruiken een enkele bus sectiebedrading. Overstekers beschermen de voedingszijde; er is geen inkomende lijnbescherming aan de zijde van de thermische centrale. Voedingsschakeling:

• 35 kV busbar Sectie I → 3# hoofdtransformatie → 10 kV busbar Sectie I.

• 35 kV busbar Sectie II → 4# hoofdtransformatie → 10 kV busbar Sectie II.

• 10 kV busbars Sectie I & II lopen parallel.

2. Plaatselijke Inspectie & Ongeluk Achteraf Beoordeling

Bedrijfs/maintenancepersoneel vond twee explosietrace:

• 35 kV Jingdian 390 Lijn - zijde PT3: Monitort fase A/B lijnspanningen. Explosie brak de onderkant, achterlatend verbrande sporen.

• 35 kV Jingdian 390 Lijn Inkomende Schakelaar: Kortsluitstroom veroorzaakte explosie. Kabelkop bouten gesmolten; contacten/vingers werden verbrand/vervormd.

2.1 Spanningsgegevens Analyse van 35 kV Sectie II Busbar

Foutregistratiegegevens van de 35 kV Sectie II busbar werden opgehaald om de spanning, stroomgolven en elektrische parameters tijdens het ongeval te reconstrueren. Accurate gegevensanalyse volgt de ontwikkeling van het defect, biedt cruciaal bewijs voor het bepalen van de oorzaak van het ongeval.

2.2 Defectontwikkeling & Elektrische Analyse
(1)Voorafgaande Fout Spanningsvervorming

• 19,6 ms voorafgaand aan de fout: 35 kV Sectie II busbar heeft symmetrische driefase spanningen, minimale nulreeks spanning → normale apparatuur.

• 13,6 ms voorafgaand aan de fout: Fase A/B spanningen dalen naar 49,0 V/43,1 V; Fase C springt naar 71,8 V; nulreeks spanning stijgt naar 22,4 V → isolatie van de spanningsvervormer beschadigd.

• 1,6 ms voorafgaand aan de fout: Fase A/B spanningen dalen naar 11,9 V/7,4 V; Fase C daalt naar 44,5 V; nulreeks spanning bereikt 23,5 V → isolatieverslechtering neemt toe.

 (2)Defect Optreden & Beschermingsreactie

Tijdens het defect: Fase A/B isolatie breekt (kortsluiting naar de grond); Fase C spanning daalt. 3 ms later keert de driefase spanning terug naar nul; PT explodeert → bepaald als driefase kortsluiting naar de grond.

Conclusie: Voorafgaande busbar spanningen waren normaal (geen bliksem/foute bediening → resonantieoverspanning uitgesloten). Lange termijn bedrijfsvoering veroorzaakte afname van de isolatie van de spanningsvervormer → interne isolatieschade leidde tot tussenwindingskortsluiting → evolueerde naar driefase isolatiebreuk/kortsluiting → lijn viel uit.

(3)Beschermingsopstelling & Actie

Inkomende lijnschakelaars (Jingdian 390, Jingre 391) hebben geen inkomende bescherming. Hoofdstation heeft beschermingen met identieke instellingen:

• Differentiële bescherming: 5A instelling, 0s actie.

• Tijdbeperkte snelle bescherming: 21,2A instelling, 1,1s actie.

• Overstroombescherming: Verdere analyse nodig (zie Figuur 2 voor inkomende stroomregistratiegegevens, niet verstrekt).

Na het defect piekten de stromen in beide lijnen. Na de overgangstoestand bereikten ze een stabiele toestand:

• 35 kV Jingdian 390 Lijn: 14.116 A (stabiele primaire foutstroom);

• 35 kV Jingre 391 Lijn: 10.920 A (stabiele primaire foutstroom).

Beschermingsacties:

• Jingdian 390 Lijn (afgelegen hoofdstation zijde): Differentiële bescherming sprong 268 ms na de explosie. Fout werd niet geïsoleerd omdat 35 kV Secties I & II busbars gelusd waren.

• Jingre 391 Lijn (afgelegen hoofdstation zijde): Tijdbeperkte snelle bescherming sprong 1.173 ms na de explosie, waardoor de fout werd geïsoleerd.

3 Oorzaken Analyse & Preventieve Maatregelen
3.1 Oorzaken van het Ongeval

De volledig geïsoleerde elektromagnetische spanningsvervormer, in gebruik genomen in 2008, had geen uitvalsmaandhouding/elektrische tests. Lange termijn bedrijfsvoering veroorzaakte interne isolatiefout. Belangrijkste oorzaken:

• Productdefecten : Ondermaatse ontwerp → onvoldoende isolatie, korte levensduur.

• Milieuvervuiling : Vuil op porseleinen mouwen → scherpe daling van isolatieweerstand in regenseizoen, flitsoverspanningen, en langdurige isolatieschade.

• Isolerende olieverdamping : Slechte afsluiting → vochtinbreng, elektrisch veldvervorming, verminderde olieweerstand/dielektrische eigenschappen.

• Veroudering & Externe Invloeden : Thermische veroudering (omgevingscondities, lange termijn gebruik); mechanische veroudering (overspanningen bij schakelen, kortsluitstroom die isolatie beschadigen).

3.2 Isolatieschade Tests

Regelmatige isolatieresistancetests voorkomen fouten:

• Primair Winding : Gebruik 2.500 V meter tijdens overdracht/herstel → isolatieresistans ≥ 3.000 MΩ. In preventieve tests, resistancedaling ≤ 50% van initiële waarde.

• Secundair Winding : Gebruik 1.000 V meter tijdens overdracht/herstel → isolatieresistans ≤ 10 MΩ.

3.3 Algemene Fout: Resonantie Overspanning
Voorwaarden voor Optreden :

• Elektromagnetische spanningsvervormers zijn niet-lineaire spoelen. Toename van opwekkingsstroom veroorzaakt ferromagnetische verzadiging → inductiedaling (hoofdoorzaak van resonantie).

• Resonantie vereist passende capaciteit/inductie (inductieve reactantie ≤ 100× capacitive reactantie).

• Trigger condities: leeg bus schakelen, plotseling grondfout opruimen, bliksem, overspanning bij schakelen, etc.

Preventie : Spanningsvervormer neutralen aarden via harmonische eliminatoren + kleine weerstanden; installeer harmonische eliminatieapparaten bij bus spanningsvervormer open deltas.

4. Conclusie

Isolatieveroudering in spanningsvervormers veroorzaakt breuken en busuitvallen – veelvoorkomend in netwerken. Volg strikt preventieve testregels, test/vervang ongeschikte apparatuur. In dit ongeval, onbeschermd inkomende lijnen van de thermische krachtcentrale en mislukte #1 35 kV bus tie schakelaar verbreedden het defect. Controleer regelmatig de beschermingsconfiguratie/betrouwbaarheid. Ongeluksanalyse helpt snel problemen te identificeren, gerichte acties te nemen, foutrisico's te verminderen en betrouwbaarheid van stations te verhogen.