Анализ аварии с взрывом трансформатора напряжения 35 кВ

Напряженческие трансформаторы (PT) состоят из железных сердечников и обмоток, работают подобно трансформаторам, но с малой мощностью. Они преобразуют высокое напряжение в низкое для устройств защиты, измерения и учета, широко используются на предприятиях/станциях. Классифицируются по изоляции: сухого типа (≤6 кВ), заливного типа (внутренний 3-35 кВ), маслонаполненные (наружный ≥35 кВ) и заполненные газом SF₆ (для комбинированных устройств).

Во время эксплуатации подстанций все еще происходят аварии из-за электромагнитного резонанса или старения изоляции PT. Например, в марте 2015 года на термальной электростанции взорвался PT линии питания 35 кВ из-за старения изоляции, что привело к отключению шин I и II 35 кВ. Анализ после осмотра на месте:

1 Режим работы до отказа

Состояние системы станции до отказа показано на рисунке 1.

Подстанция получает питание от двух линий питания 35 кВ (линия Цзиндянь 390, линия Цзинре 391). Их выключатели закрыты, соединены с шинами секции I и II 35 кВ. Эти шины используют одиночную секционированную проводку. Защитные устройства от перенапряжений защищают сторону питания; защита линии питания отсутствует со стороны тепловой станции. Связи питания:

• Шина секции I 35 кВ → главный трансформатор №3 → шина секции I 10 кВ.

• Шина секции II 35 кВ → главный трансформатор №4 → шина секции II 10 кВ.

• Шины секции I и II 10 кВ работают параллельно.

2. Осмотр на месте и анализ аварии

Персонал по эксплуатации и обслуживанию обнаружил два следа взрыва:

• PT3 на стороне линии Цзиндянь 390 35 кВ: мониторинг фаз A/B. Взрыв разрушил его нижнюю часть, оставив следы горения.

• Входной выключатель линии Цзиндянь 390 35 кВ: короткозамкнутый ток вызвал взрыв. Болты головки кабеля расплавились; контакты/пальцы были повреждены/деформированы.

2.1 Анализ данных напряжения на шине секции II 35 кВ

Данные регистрации аварии на шине секции II 35 кВ были извлечены для восстановления формы напряжения, тока и электрических параметров во время аварии. Точный анализ данных позволяет проследить развитие неисправности, предоставляя ключевые доказательства для определения причины аварии.

2.2 Развитие неисправности и электрический анализ
(1)Искажение напряжения перед отказом

• За 19,6 мс до отказа: шина секции II 35 кВ имеет симметричное трехфазное напряжение, минимальное нулевое последовательное напряжение → оборудование работает нормально.

• За 13,6 мс до отказа: напряжение фаз A/B падает до 49,0 В/43,1 В; напряжение фазы C увеличивается до 71,8 В; нулевое последовательное напряжение возрастает до 22,4 В → повреждена изоляция напряженческого трансформатора.

• За 1,6 мс до отказа: напряжение фаз A/B падает до 11,9 В/7,4 В; напряжение фазы C падает до 44,5 В; нулевое последовательное напряжение достигает 23,5 В → ухудшение изоляции усиливается.

 (2)Происхождение отказа и реакция защиты

Во время отказа: происходит пробой изоляции фаз A/B (короткое замыкание на землю); напряжение фазы C падает. Через 3 мс трехфазное напряжение возвращается к нулю; PT взрывается → определяется как трехфазное короткое замыкание на землю.

Заключение: Напряжение на шинах перед отказом было нормальным (отсутствие молнии/неправильной работы → исключено резонансное перенапряжение). Долгосрочная эксплуатация привела к ухудшению изоляции напряженческого трансформатора → внутреннее повреждение изоляции привело к межвитковому короткому замыканию → развилось в трехфазное пробой изоляции/короткое замыкание → срабатывание защиты линии.

(3)Настройка и действие защиты

Входные выключатели (Цзиндянь 390, Цзинре 391) не имеют входной защиты. Главная станция имеет защиты с одинаковыми настройками:

• Дифференциальная защита: настройка 5 А, операция 0 с.

• Быстродействующая защита с временной задержкой: настройка 21,2 А, операция 1,1 с.

• Защита от перегрузки по току: требуется дальнейший анализ (см. рисунок 2 для данных записи входного тока, не предоставлен).

После отказа токи в обеих линиях резко возросли. После переходных процессов они достигли установившегося состояния:

• Линия Цзиндянь 390 35 кВ: 14 116 А (установившийся первичный ток отказа);

• Линия Цзинре 391 35 кВ: 10 920 А (установившийся первичный ток отказа).

Операции защиты:

• Линия Цзиндянь 390 (сторона удаленной главной станции): дифференциальная защита сработала через 268 мс после взрыва. Не удалось изолировать отказ, так как шины секции I и II 35 кВ были объединены.

• Линия Цзинре 391 (сторона удаленной главной станции): быстродействующая защита с временной задержкой сработала через 1 173 мс после взрыва, изолировав отказ.

3 Анализ причин и предупредительные меры
3.1 Причины аварии

Полностью изолированный электромагнитный напряженческий трансформатор, введенный в эксплуатацию в 2008 году, не проходил плановые отключения и электрические испытания. Долгосрочная эксплуатация привела к внутреннему повреждению изоляции. Основные причины:

• Дефекты продукции: неправильный дизайн → недостаточная изоляция, короткий срок службы.

• Загрязнение окружающей среды: грязь на фарфоровых изоляторах → резкое снижение сопротивления изоляции в дождливые сезоны, пробои, долгосрочное повреждение изоляции.

• Ухудшение диэлектрического масла: плохая герметизация → попадание влаги, искажение электрического поля, снижение электрической прочности и диэлектрических свойств масла.

• Старение и внешние воздействия: тепловое старение (условия окружающей среды, длительное использование); механическое старение (перенапряжения при переключении, токи короткого замыкания, повреждающие изоляцию).

3.2 Испытания на повреждение изоляции

Регулярные испытания сопротивления изоляции помогают предотвратить отказы:

• Основная обмотка: использовать измеритель 2,5 кВ при приемке/капитальном ремонте → сопротивление изоляции ≥ 3 000 МΩ. В профилактических испытаниях снижение сопротивления ≤ 50% начального значения.

• Вторичная обмотка: использовать измеритель 1,0 кВ при приемке/капитальном ремонте → сопротивление изоляции ≤ 10 МΩ.

3.3 Общая неисправность: резонансное перенапряжение
Условия возникновения:

• Электромагнитные напряженческие трансформаторы являются нелинейными индуктивностями. Увеличение тока возбуждения приводит к ферромагнитному насыщению → падение индуктивности (основная причина резонанса).

• Резонанс требует совпадения емкости и индуктивности (индуктивное сопротивление ≤ 100× емкостное сопротивление).

• Триггерные условия: переключение пустых шин, внезапное устранение однофазного замыкания на землю, молния, перенапряжение при переключении и т.д.

Предотвращение: заземление нейтралей напряженческих трансформаторов через гармонические фильтры + малые резисторы; установка устройств подавления гармоник на открытых дельтах напряженческих трансформаторов шин.

4. Заключение

Старение изоляции напряженческих трансформаторов приводит к пробоям и отключению шин — это распространенная проблема в сетях. Строго соблюдайте регламенты профилактических испытаний, проверяйте и заменяйте несоответствующее оборудование. В этой аварии отсутствие защиты на входных линиях тепловой электростанции и неисправность выключателя связи шин 35 кВ №1 увеличили масштаб отказа. Регулярно проверяйте конфигурацию и надежность защиты. Анализ аварий помогает быстро выявлять проблемы, принимать целенаправленные меры, снижать риски отказов и повышать надежность подстанций.