Analyse av en eksplosjonsulykke med en 35 kV spenningstransformator

Spenningstransformatorer (PT) består av jernkjerner og viklingsbobiner, fungerer på liknende måte som transformatorer, men med mindre kapasitet. De konverterer høy spenning til lav spenning for beskyttelse, måling og måling, og brukes utbredt i anlegg/stasjoner. Klassifisert etter isolering: tørrtype (≤6 kV), gjettype (indoor 3 - 35 kV), oljevannet (outdoor ≥35 kV), og SF₆-gassfylt (for kombinerte apparater).

Under drift av stasjon, forekommer det fremdeles ulykker fra PT-elektromagnetisk resonans eller isoleringsaldring. For eksempel i mars 2015, eksploderte en 35 kV innkommende linje PT ved en termisk kraftverk på grunn av isoleringsaldring, som førte til at 35 kV Bus I & II ble utslukket. Analyse etter stedlig undersøkelse:

1 Driftsmodus før feil

Anleggets systemtilstand før feilen vises i figur 1.

Stasjonen får strøm fra to 35 kV innkommende linjer (Jingdian 390 Linje, Jingre 391 Linje). Deres skruer er lukket, koblet til 35 kV seksjon I & II busser. Disse bussene bruker enkel busseksjonert kobling. Overstrømsikringer beskytter strømforsyningssiden; ingen innkommende linjebeskyttelse finnes på termisk kraftverksiden. Strømforsyningstilknytninger:

• 35 kV seksjon I busse -> 3# hovedtransformator -> 10 kV seksjon I busse.

• 35 kV seksjon II busse -> 4# hovedtransformator -> 10 kV seksjon II busse.

• 10 kV seksjon I & II busser kjører parallelt.

2. Stedlig undersøkelse & ulykkesbaklengs

Operasjon/maintenancepersonell fant to eksplosjonsspor:

• 35 kV Jingdian 390 Linje-side PT3: Overvåker fase A/B linjespenning. Eksplosjon ødela bunnen, etterlot forbrenningsmerker.

• 35 kV Jingdian 390 Linje Innkommende Skru: Kortslutningsstrøm førte til eksplosjon. Kabler hodebolter smeltet; kontakter/fingre ble forbrent/deformert.

2.1 35 kV seksjon II busse spenningsdataanalyse

Feilmeldingsdata for 35 kV seksjon II busse ble hentet for å gjenopprette spenning, strømformer og elektriske parametre under ulykken. Nøyaktig dataanalyse spor feilutviklingen, gir nøkkelbevis for å fastsette ulykkens årsak.

2.2 Feilutvikling & elektrisk analyse
(1)For-feil spenningstorsion

• 19,6 ms før feil: 35 kV seksjon II busse har symmetriske trefas spenninger, minimal nullsekvens spenning -> normalt utstyr.

• 13,6 ms før feil: Fase A/B spenninger synker til 49,0 V/43,1 V; Fase C hopper til 71,8 V; nullsekvens spenning stiger til 22,4 V -> spenningstransformatorisolering skadet.

• 1,6 ms før feil: Fase A/B spenninger synker til 11,9 V/7,4 V; Fase C synker til 44,5 V; nullsekvens spenning når 23,5 V -> isoleringsforverring verre.

(2)Feiloppståelse & beskyttelsessvar

Under feil: Fase A/B isolering knuses (kortslutning mot jord); Fase C spenning synker. 3 ms senere, trefas spenninger returnerer til null; PT eksploderer -> fastsatt som trefas kortslutning mot jord.

Konklusjon: For-feil busse spenninger var normale (ingen lyn/misshandtering -> resonans overspenning utelukket). Langtidsdrift førte til spenningstransformatorisolering nedbrytning -> intern isoleringsskade førte til mellomvinding kortslutning -> utviklet seg til trefas isolering knusing/kortslutning -> linje trippet.

(3)Beskyttelsesoppsett & handling

Innkommende linsker (Jingdian 390, Jingre 391) mangler innkommende beskyttelse. Hovedstasjon har beskyttelser med like innstillinger:

• Differensbeskyttelse: 5A innstilling, 0s operasjon.

• Tidsbegrenset hurtigbryting: 21,2A innstilling, 1,1s operasjon.

• Overstrømbeskyttelse: Mer analyse nødvendig (se figur 2 for innkommende strømregistreringsdata, ikke gitt).

Etter feil, strømmene i begge linjer økte dramatisk. Etter overgangsfaser, nådde de stabiltilstand:

• 35 kV Jingdian 390 Linje: 14 116 A (stabil primær feilstrøm);

• 35 kV Jingre 391 Linje: 10 920 A (stabil primær feilstrøm).

Beskyttelseshandlinger:

• Jingdian 390 Linje (fjern hovedstasjon side): Differensbeskyttelse trippet 268 ms etter eksplosjon. Feil ikke isolert da 35 kV seksjon I & II busser var sluttet.

• Jingre 391 Linje (fjern hovedstasjon side): Tidsbegrenset hurtigbryting trippet 1 173 ms etter eksplosjon, isolerte feilen.

3 Årsaksanalyse & forebyggende tiltak
3.1 Ulykkesårsaker

Den fullt isolerte elektromagnetiske spenningstransformator, kom i drift i 2008, hadde ingen strømningshåndtering/elektriske tester. Langtidsdrift førte til intern isoleringsfeil. Hovedårsaker:

• Produktdefekter: Understandard design -> utilstrekkelig isolering, kort levetid.

• Miljøforurensning: Søl på porseleinen sleever -> skarpt fall i isoleringsmotstand i regntider, flashover, og langtids isoleringskader.

• Isolerende olje forringelse: Dårlig tettning -> fuktighet inntranger, elektrisk felt forvrengning, redusert oljestand motstand/dielektriske egenskaper.

• Aldring & eksterne påvirkninger: Termisk aldring (omgivelsesforhold, langtidsbruk); mekanisk aldring (skruoverspenning, kortslutningsstrømmer skader isolering).

3.2 Isoleringsskadetest

Regelmessige isoleringsmotstands-tester forhindrer feil:

• Primær vinding: Bruk 2 500 V meter under overdragelse/oppgradering -> isoleringsmotstand ≥ 3 000 MΩ. I forebyggende tester, motstandfall ≤ 50% av initialverdi.

• Sekundær vinding: Bruk 1 000 V meter under overdragelse/oppgradering -> isoleringsmotstand ≤ 10 MΩ.

3.3 Vanlig feil: Resonansoverspenning
Betingelser for oppståelse:

• Elektromagnetiske spenningstransformatorer er ikkelineære induktorer. Økt opptrekkstrøm fører til ferromagnetisk metning -> induktansfall (hovedresonansårsak).

• Resonans krever matchet kapasitans/induktans (induktiv reaktans ≤ 100× kapasitiv reaktans).

• Utløsende betingelser: tom last busse skruing, plutselig jordfeil fjerning, lyn, skruoverspenning, etc.

Forebyggelse: Jorde spenningstransformatorneutraler via harmoniuthever + små motstander; installere harmoniuthevede ved busse spenningstransformator åpne deltaer.

4. Konklusjon

Isolering aldring i spenningstransformatorer forårsaker knusninger og busse utslukking - vanlig i nettverk. Følg strengt forebyggende testregler, test/erstatt ugyldig utstyr. I denne ulykken, ubeskyttede termiske kraftverk innkommende linjer og mislykket #1 35 kV busse tilkobling skru forverret feilen. Sjekk regelmessig beskyttelseskobling/reliabilitet. Ulykkesanalyse hjelper raskt identifisere problemer, ta målrettet tiltak, reduser feilrisiko, og øke stasjonens pålitelighet.