Analiza eksplozivnega nesrečnega dogodka pri napetostnem preobrazovalniku na 35 kV

Napetostni transformatorji (PT) so sestavljeni iz železnih jedrih in navijalnih bobnov, delujejo podobno kot transformatorji, vendar z manjšo kapaciteto. Pretvarjajo visoke napetosti v nizke za varnostne, meritve in merilne naprave, široko uporabljene v tovarnah/stanovanjskih objektih. Po vrstah izolacije: suha vrsta (≤6 kV), litja vrsta (notranje 3 - 35 kV), naftna vrsta (zunanje ≥35 kV) in SF₆ plin (za kombinirane naprave).

Med delovanjem pretvorjalnika se še vedno dogajajo nesreče zaradi elektromagnetske resonancije ali staranja izolacije. Na primer, marca 2015 je zaradi staranja izolacije eksplodiral 35-kV vhodni PT v termoelektrarni, kar je povzročilo odrez 35-kV Bus I & II. Analiza po obisku kraja:

1 Način delovanja pred poškodbo

Stanje sistema pred poškodbo je prikazano na Sliki 1.

Pretvorjalnik dobiva energijo iz dveh 35-kV vhodnih linij (Jingdian 390 Linija, Jingre 391 Linija). Njihovi prekložniki so zaprti, povezani s 35-kV Bus I & II. Ti busi uporabljajo enojno busno vezavo. Prehodi varujeta stran oskrbe; na strani termoelektrarne ne obstaja zaščita vhodnih linij. Povezave oskrbe:

• 35-kV Bus I → glavni transformator 3# → 10-kV Bus I.

• 35-kV Bus II → glavni transformator 4# → 10-kV Bus II.

• 10-kV Bus I & II tečejo vzporedno.

2. Obisk na mestu in pregled nesreče

Osebje za delovanje/vedenje je odkrilo dva sleda eksplozije:

• 35-kV Jingdian 390 Linija - PT3: Nadzira faze A/B napetosti. Eksplozija je razbila njegno dno, ostale so pečne sledi.

• 35-kV Jingdian 390 Linija Vhodni prekložnik: Krajši tok je povzročil eksplozijo. Hlavice kablove so se stopile; kontaktni prsti so bili pečeni/deformirani.

2.1 Analiza podatkov napetosti 35-kV Busa II

Podatki o napaki 35-kV Busa II so bili pridobljeni, da bi se obnovile napetosti, valovne oblike in električni parametri med nesrečo. Natančna analiza podatkov sledi razvoju napake, ponuja ključne dokaze za določitev vzroka nesreče.

2.2 Razvoj napake in električna analiza
(1)Prednapakna distorzija napetosti

• 19,6 ms pred napako: 35-kV Bus II ima simetrične tri-fazne napetosti, minimalno ničelno zaporedno napetost → normalno opremo.

• 13,6 ms pred napako: Napetosti faz A/B padajo na 49,0 V/43,1 V; Faza C skoči na 71,8 V; ničelna zaporedna napetost naraste na 22,4 V → poškodba izolacije napetostnega transformatorja.

• 1,6 ms pred napako: Napetosti faz A/B padajo na 11,9 V/7,4 V; Faza C pada na 44,5 V; ničelna zaporedna napetost doseže 23,5 V → poslabšanje starejše izolacije.

 (2)Pojava napake in odziv zaščite

Med napako: Izolacija faz A/B se razbije (krajanje na zemljo); napetost faze C pada. 3 ms kasneje se tri-fazne napetosti vrnijo na nič; PT eksplozira → določeno kot tri-fazno krajanje na zemljo.

Zaključek: Prednapakne napetosti busa so bile normalne (brez bliksot in zamenjave → izključena resonantna previsoka napetost). Dolgoročno delovanje je povzročilo staranje izolacije napetostnega transformatorja → notranja poškodba izolacije je povzročila mehurčno krajanje → razvil se je tri-fazni izolacijski propad/krajanje → odrez linije.

(3)Nastavitev in dejanje zaščite

Vhodni prekložniki (Jingdian 390, Jingre 391) nimajo zaščite vhoda. Glavna postaja ima zaščite z enakimi nastavitvami:

• Diferencialna zaščita: Nastavitev 5 A, delovanje 0 s.

• Časovno omejena hitra zaščita: Nastavitev 21,2 A, delovanje 1,1 s.

• Prekomerna zaščita: Potrebna je nadaljnja analiza (glejte Sliko 2 za zapis vhodnega toka, ki ni podana).

Po napaki so toki v obeh linijah skočili. Po prehodnih stanjih so dosegli stabilno stanje:

• 35-kV Jingdian 390 Linija: 14.116 A (primarni tok napake v stabilnem stanju);

• 35-kV Jingre 391 Linija: 10.920 A (primarni tok napake v stabilnem stanju).

Dejanja zaščite:

• Jingdian 390 Linija (stran oddaljene glavne postaje): Diferencialna zaščita je odrezala 268 ms po eksploziji. Napaka ni bila izolirana, ker so bili 35-kV Bus I & II zanka.

• Jingre 391 Linija (stran oddaljene glavne postaje): Časovno omejena hitra zaščita je odrezala 1.173 ms po eksploziji, izolirala je napako.

3 Analiza vzrokov in preventivne mere
3.1 Vzroki nesreče

3.2 Testi poškodb izolacije

Redni testi izolacijskega odpornosti preprečujejo poškodbe:

• Primarna navijalna: Uporaba 2.500 V merilca med prenašanjem/prenovljanjem → izolacijski odpornost ≥ 3.000 MΩ. V preventivnih testih padec odpornosti ≤ 50% prvotne vrednosti.

• Sekundarna navijalna: Uporaba 1.000 V merilca med prenašanjem/prenovljanjem → izolacijski odpornost ≤ 10 MΩ.

3.3 Skupna napaka: Resonantna previsoka napetost
Pogoji za pojav:

• Elektromagnetski napetostni transformatorji so nelinearni induktorji. Povečanje tokov pobude povzroča feromagnetno nasititev → padec induktance (glavni vzrok resonancije).

• Resonanca zahteva ujemajoči se kapacitanci/induktance (induktivni reaktanca ≤ 100× kapacitivni reaktanca).

• Spodbudni pogoji: brez obremenitve preklop busa, nenadna odprava kratičnega krajanja na zemljo, bljesk, prekomerna napetost pri preklopu itd.

Preventive: Zemljenje neutralnih napetostnih transformatorjev preko harmoničnih eliminaterjev + majhnih upornikov; namestitev harmoničnih eliminacijskih naprav na odprtih delta napetostnih transformatorjev busa.

4. Zaključek

Starenje izolacije napetostnih transformatorjev povzroča propade in odreze busov – pogosto v omrežjih. Strogo sledite regulativam za preventivne teste, testirajte/zamenjajte neustrezen opremo. V tej nesreči so neprotectirane vhodne linije termoelektrarne in neuspeh prepinača 35-kV Bus I širši napako. Redno preverjajte konfiguracijo/reliabilnost zaščite. Analiza nesreč pomaga hitro identificirati probleme, sprejeti ciljne ukrepe, zmanjšati tveganja za napake in povečati zanesljivost pretvorjalnika.