Analiza nesreće eksplozije transformatora napona od 35 kV

Naponski transformatori (PT) sastoje se od željezne jezgre i zavojnice, radeći na sličnom principu kao transformatori, ali sa manjom snage. Oni pretvaraju visok napon u niski napon za potrebe zaštite, merenja i mjerenja, široko korišćeni su u elektrane/stanice. Klasificirani prema izolaciji: suho - tip (≤6 kV), litijevano - tip (unutrašnji 3 - 35 kV), ulje - ispunjeni (spoljašnji ≥35 kV) i SF₆ plin - ispunjeni (za kombinovane uređaje).

Tijekom rada podstajnice, akcidenti izazvani elektromagnetskim rezonancama ili starenjem izolacije još uvek se dešavaju. Na primjer, u martu 2015. godine, 35 kV prihvatni PT u termoelektranu eksplozivao zbog starenja izolacije, što je dovelo do otkaza 35 kV Magistrala I & II. Analiza nakon terenskog istraživanja:

1. Način rada prije greške

Stanje sistema elektrane prije greške prikazano je na Slici 1.

Podstajnica dobija struju iz dve 35 kV prihvatne linije (Jingdian 390 Linija, Jingre 391 Linija). Njihovi prekidači su zatvoreni, povezujući se sa 35 kV Magistrala I & II. Ove magistrale koriste jednostruku magistralnu vezu. Protivudarni uređaji štite stranu opskrbe; ne postoji zaštita prihvatne linije na strani termoelektrane. Veze opskrbe:

• 35 kV Magistrala I → 3# glavni transformator → 10 kV Magistrala I.

• 35 kV Magistrala II → 4# glavni transformator → 10 kV Magistrala II.

• 10 kV Magistrala I & II rade paralelno.

2. Terensko istraživanje i retrospektiva nesreće

Operativni/maintenans personal je pronašao dva tragova eksplozije:

• 35 kV Jingdian 390 Linija - strana PT3: Monitori fazna napona A/B. Eksplozija je provalila njegov dno, ostavljajući ožiljke.

• 35 kV Jingdian 390 Linija Prihvatni Prekidač: Kratkoslužni tok je dovelo do eksplozije. Glave kabla su se otopile; kontakti/prsti su bili ožegnuti/deformisani.

2.1 Analiza podataka o naponu 35 kV Magistrala II

Podaci o registraciji grešaka 35 kV Magistrala II su preuzeti kako bi se vratili oblici napona, toka i električnih parametara tijekom nesreće. Precizna analiza podataka praćenja razvoja greške, pružaju ključne dokaze za utvrđivanje uzroka nesreće.

2.2 Razvoj greške i električna analiza
(1)Prekrivenje napona prije greške

• 19.6ms prije greške: 35kV Magistrala II ima simetrične trofazne napone, minimalni nula-sekvencijski napon → normalno radno stanje opreme.

• 13.6ms prije greške: Fazni naponi A/B padaju na 49.0V/43.1V; Faza C skoči na 71.8V; nula-sekvencijski napon se poveća na 22.4V → oštećena izolacija naponskog transformatora.

• 1.6ms prije greške: Fazni naponi A/B pada na 11.9V/7.4V; Faza C pada na 44.5V; nula-sekvencijski napon doseže 23.5V → pogoršanje starenja izolacije.

 (2)Pojava greške i reakcija zaštite

Tijekom greške: Izolacija faza A/B se ruši (kratkoslužni spoj na zemlju); napon faze C pada. Nakon 3ms, trofazni naponi se vraćaju na nulu; PT eksplozira → utvrđeno kao trofazni kratak spoj na zemlju.

Zaključak: Naponi na magistrali prije greške bili su normalni (bez munje/nepravilnog rada → isključen rezonantni prenapon). Dugotrajno korišćenje dovelo je do starenja izolacije naponskog transformatora → unutarnje oštećenje izolacije dovelo je do međuvitkovskog kratkog spoja → evoluiralo u trofazni oštećenje izolacije/kratkoslužni spoj → otkaz linije.

(3)Postavljanje i rad zaštite

Prihvatni prekidači (Jingdian 390, Jingre 391) nemaju zaštitu prihvatne linije. Glavna stanica ima zaštitu sa identičnim postavkama:

• Diferencijalna zaštita: Postavka 5A, rad 0s.

• Brza zaštita s ograničenim vremenom: Postavka 21.2A, rad 1.1s.

• Zaštita od prekomernog toka: Potrebna dalja analiza (vidi Sliku 2 za podatke o prihvatnom toku, nije dostupno).

Nakon greške, tokovi u obje linije su se povećali. Nakon transijentnih stanja, dostignuti su stabilni tokovi:

• 35 kV Jingdian 390 Linija: 14,116 A (stabilni osnovni tok greške);

• 35 kV Jingre 391 Linija: 10,920 A (stabilni osnovni tok greške).

Rad zaštite:

• Jingdian 390 Linija (daljnja strana glavne stanice): Diferencijalna zaštita je isključila 268 ms nakon eksplozije. Greška nije bila izolirana jer su 35 kV Magistrala I & II bile u petlji.

• Jingre 391 Linija (daljnja strana glavne stanice): Brza zaštita s ograničenim vremenom je isključila 1,173 ms nakon eksplozije, izolirajući grešku.

3 Analiza uzroka i preventivne mere
3.1 Uzroci nesreće

Potpuno izolovani elektromagnetski naponski transformator, komisioniran 2008. godine, nema održavanje/bezuslovljene električne teste. Dugotrajno korišćenje dovelo je do interne oštećenje izolacije. Ključni uzroci:

• Defekt proizvoda: Nedostatak standardnog dizajna → nedostatak izolacije, kratki vremenski rok upotrebe.

• Kontaminacija okruženja: Prljavština na porcelanskim rukavima → brz pad otpornosti izolacije u kišnim sezonom, bljesnoci, dugotrajno oštećenje izolacije.

• Rasturanje izolacionog ulja: Loše zatvaranje → penetracija vlage, distorzija električnog polja, smanjenje otpornosti ulja/dielektričkih svojstava.

• Starenje i vanjski uticaji: Termalno starenje (ambijentalne uslove, dugotrajno korišćenje); mehaničko starenje (prekomerni naponi pri prekidu, kratkoslužni tokovi oštećuju izolaciju).

3.2 Testovi oštećenja izolacije

Redovni testovi otpornosti izolacije sprečavaju propade:

• Primarna zavojnica: Koristi 2,500 V mjerilo tokom prenosa/preuređivanja → otpornost izolacije ≥ 3,000 MΩ. U preventivnim testovima, pad otpornosti ≤ 50% početne vrijednosti.

• Sekundarna zavojnica: Koristi 1,000 V mjerilo tokom prenosa/preuređivanja → otpornost izolacije ≤ 10 MΩ.

3.3 Zajednička greška: Rezonantni prenapon
Uslovi za pojavu :

• Elektromagnetski naponski transformatori su nelinearni induktor. Povećanje strujnog pobude dovodi do feromagnetskog zasićenja → pad induktivnosti (glavni uzrok rezonancije).

• Rezonanca zahteva podudaranje kapacitansa/induktivnosti (induktivni reaktansi ≤ 100× kapacitivni reaktansi).

• Uslovi aktivacije: prekid bez opterećenja, nagla eliminacija greške na zemlji, munja, prekomerni naponi pri prekidu itd.

Prevencija: Zemlja neutrala naponskog transformatora preko harmonijskih eliminatera + mali otpornici; instalirati uređaje za eliminaciju harmonika na otvorenome delta naponskog transformatora magistrale.

4. Zaključak

Starenje izolacije naponskih transformatora dovodi do propada i otkaza magistrala – često u mrežama. Strogim slijedovanjem propisa za preventivne teste, testirati/zamijeniti nekvalitetnu opremu. U ovoj nesreći, neprihvatne linije termoelektrane bez zaštite i neuspjeh #1 35 kV magistralnog prekidača proširio su grešku. Redovno provjeravati konfiguraciju/nadogradnju zaštite. Analiza nesreće pomaže u brzom identifikovanju problema, usmjeravanju ciljanih akcija, smanjenju rizika od grešaka i povećanju pouzdanosti podstajnice.