Analys av en explosionsohändelse vid en 35 kV spänningsomvandlare

Spänningsomvandlare (PT) består av järnkärnor och virkade spolar, fungerar liknande omvandlare men med mindre kapacitet. De konverterar högspänning till lågspänning för skydd, mätning och mätinstrument, används brett i anläggningar/stationer. Klassificeras enligt isolering: torr - typ (≤6 kV), gjut - typ (inomhus 3 - 35 kV), oljebevattnad (ute ≥35 kV) och SF₆-gasfylld (för kombinerade apparater).

Under drift av understationer inträffar fortfarande olyckor på grund av elektromagnetisk resonans eller åldring av isolering. Till exempel i mars 2015 exploderade en 35 kV inkommande PT vid en värmekraftverk på grund av åldrad isolering, vilket ledde till strömavbrott på 35 kV bus I & II. Analys efter platsbesök:

1 Driftsläge innan fel

Systemtillståndet i anläggningen före felet visas i figur 1.

Understationen får ström från två 35 kV inkommande linjer (Jingdian 390-linjen, Jingre 391-linjen). Deras brytare är stängda, kopplade till 35 kV sektion I & II busbar. Dessa busbar använder enkel busbarsektion. Övertrycksbeläggning skyddar strömförsörjningsidan; det finns inget inkommande skydd på värmeverksidan. Strömförsörjningslänkar:

• 35 kV sektion I busbar → 3# huvudtransformator → 10 kV sektion I busbar.

• 35 kV sektion II busbar → 4# huvudtransformator → 10 kV sektion II busbar.

• 10 kV sektion I & II busbar körs parallellt.

2. Platsundersökning & olycksretrospektiv

Drift- och underhållspersonal upptäckte två explosionsmärken:

• 35 kV Jingdian 390-linje - sidan PT3: Övervakar fas A/B linjespänning. Explosion bröt ut dess botten, lämnade brännmärken.

• 35 kV Jingdian 390-linje Inkommande Brytare: Kortslutningsström orsakade explosion. Kabelförlängningsskruvar smälte; kontakter/fingrar brändes/formades.

2.1 35 kV sektion II busbar spänningsdataanalys

Felregistreringsdata från 35 kV sektion II busbar hämtades för att återskapa spänning, strömformer och elektriska parametrar under olyckan. Noggrann dataanalys spårar feldrift, ger viktigt bevis för att fastställa olyckans orsak.

2.2 Felutveckling & elektrisk analys
(1)För-felspänningsförvrängning

• 19,6 ms före fel: 35 kV sektion II busbar har symmetrisk trefasig spänning, minimal nollsekvensspänning → normal utrustning.

• 13,6 ms före fel: Fas A/B spänning sjunker till 49,0 V/43,1 V; Fas C hoppar till 71,8 V; nollsekvensspänning stiger till 22,4 V → spänningsomvandlarens isolering skadad.

• 1,6 ms före fel: Fas A/B spänning faller till 11,9 V/7,4 V; Fas C sjunker till 44,5 V; nollsekvensspänning når 23,5 V → isoleringsförsämring förvärras.

 (2)Felinträde & skyddsrespons

Under fel: Fas A/B isolering bryts ner (kortslutning mot mark); Fas C spänning sjunker. 3 ms senare återgår trefasiga spänningar till noll; PT exploderar → fastställs som trefasig kortslutning mot mark.

Slutsats: Innan fel var busbarspänningarna normala (ingen blixt/misshandel → resonansöverspänning uteslutet). Långsiktig drift ledde till spänningsomvandlarens isoleringsförsämring → intern isoleringskada ledde till mellanvarvs-kortslutning → utvecklades till trefasig isoleringsnedbrytning/kortslutning → linje avstängd.

(3)Skyddsinställning & handling

Inkommande brytare (Jingdian 390, Jingre 391) saknar inkommande skydd. Huvudstation har skydd med identiska inställningar:

• Differensskydd: 5 A inställning, 0 s drift.

• Tidsbegränsat snabbavbrottskydd: 21,2 A inställning, 1,1 s drift.

• Överströmskydd: Ytterligare analys behövs (se figur 2 för inkommande strömspårningsdata, ej angiven).

Efter felet ökade strömmarna i båda linjerna. Efter övergångstillstånd nådde de stabilt:

• 35 kV Jingdian 390-linje: 14 116 A (stabilt primärt felström);

• 35 kV Jingre 391-linje: 10 920 A (stabilt primärt felström).

Skyddsåtgärder:

• Jingdian 390-linje (fjärrhuvudstationssida): Differensskydd aktiverades 268 ms efter explosion. Felet isolerades inte eftersom 35 kV sektion I & II busbar var länkade.

• Jingre 391-linje (fjärrhuvudstationssida): Tidsbegränsat snabbavbrottskydd aktiverades 1 173 ms efter explosion, isolerade felet.

3 Orsaksanalys & förebyggande åtgärder
3.1 Olycksorsaker

Den fullt isolerade elektromagnetiska spänningsomvandlaren, tagen i drift 2008, hade ingen driftstopp underhåll/elprövning. Långsiktig drift ledde till intern isoleringsfel. Nyckelorsaker:

• Produktdefekter: Undermåliga design → otillräcklig isolering, kort livslängd.

• Miljöföroreningar: Smuts på porcelänsmässing → skarp minskning av isoleringsmotstånd under regntider, fläktöver, långsiktig isoleringskada.

• Isoleringsol försämring: Dålig täthet → fuktinträngning, elektrisk fältförvrängning, minskad oljestyrka/dielektriska egenskaper.

• Åldring & externa påverkan: Termisk åldring (miljöförhållanden, långsiktig användning); mekanisk åldring (kopplingsöverspänning, kortslutningsströmmar skadar isolering).

3.2 Isoleringskada tester

Regelbundna isoleringsmotståndstester förebygger fel:

• Primär spole: Använd 2 500 V mätare vid överlämning/reparation → isoleringsmotstånd ≥ 3 000 MΩ. Vid förebyggande tester, resistansminskning ≤ 50% av initialt värde.

• Sekundär spole: Använd 1 000 V mätare vid överlämning/reparation → isoleringsmotstånd ≤ 10 MΩ.

3.3 Vanligt fel: Resonansöverspänning
Villkor för inträffande :

• Elektromagnetiska spänningsomvandlare är icke-linjära induktorer. Ökad anslutningsström orsakar ferromagnetisk mättnad → induktionsminskning (huvudsaklig resonansorsak).

• Resonans kräver matchad kapacitans/induktans (induktiv reaktans ≤ 100× kapacitiv reaktans).

• Utlösande villkor: tom buskoppling, plötslig markfelklaring, blixt, kopplingsöverspänning, etc.

Förebyggande: Jorda spänningsomvandlares neutraler via harmonieliminator + små resistanser; installera harmonieliminationsenheter vid bus spänningsomvandlares öppna deltor.

4. Slutsats

Åldring av isolering i spänningsomvandlare orsakar nederlag och busavbrott – vanligt i nät. Följ strikt förebyggande prövningsregler, testa/ersätt obehörig utrustning. I denna olycka, okontrollerade inkommande linjer vid värmekraftverket och misslyckad #1 35 kV busbindning brytare utvidgade felet. Kontrollera regelbundet skyddsinställning/tillförlitlighet. Olycksanalys hjälper till att snabbt identifiera problem, vidta målinriktade åtgärder, minska felsrisker och öka understations pålitlighet.