Phân tích vụ tai nạn nổ của biến áp điện áp 35 kV

Felix Spark

Trường dữ liệu: Hư hỏng và Bảo trì

China

Biến áp điện áp (PT) bao gồm lõi sắt và cuộn dây, hoạt động tương tự như biến áp nhưng có công suất nhỏ. Chúng chuyển đổi điện áp cao thành điện áp thấp cho các thiết bị bảo vệ, đo lường và đếm, được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy/trạm. Phân loại theo cách cách điện: khô - loại (≤6 kV), đúc - loại (trong nhà 3 - 35 kV), ngâm dầu (ngoài trời ≥35 kV), và khí SF₆ (cho các thiết bị kết hợp).

Trong quá trình vận hành trạm biến áp, tai nạn do cộng hưởng điện từ của PT hoặc lão hóa cách điện vẫn còn xảy ra. Ví dụ, vào tháng 3 năm 2015, một PT đường dây vào 35 kV tại một nhà máy nhiệt điện đã nổ do lão hóa cách điện, gây ra sự cố mất điện trên Bus I & II 35 kV. Phân tích sau khi điều tra hiện trường:

1 Chế độ vận hành trước khi xảy ra sự cố

Trạng thái hệ thống của nhà máy trước khi xảy ra sự cố được thể hiện trong Hình 1.

Trạm biến áp nhận điện từ hai đường dây vào 35 kV (đường Jingdian 390, đường Jingre 391). Các công tắc của chúng được đóng, kết nối với busbar 35 kV Phần I & II. Các busbar này sử dụng cách đấu dây đơn bus chia đoạn. Bộ chống sét bảo vệ phía nguồn cung cấp; không có bảo vệ đường dây vào bên phía nhà máy nhiệt điện. Liên kết cung cấp điện:

Busbar 35 kV Phần I → biến áp chính số 3 → busbar 10 kV Phần I.
Busbar 35 kV Phần II → biến áp chính số 4 → busbar 10 kV Phần II.
Busbar 10 kV Phần I & II chạy song song.

2. Điều tra hiện trường & Hồi cứu sự cố

Nhân viên vận hành/bảo trì phát hiện hai dấu vết nổ:

PT3 phía đường Jingdian 390 35 kV: Giám sát điện áp dòng A/B. Nổ ở đáy, để lại dấu vết cháy.
Công tắc đường Jingdian 390 35 kV: Dòng ngắn mạch gây nổ. Bu lông đầu cáp tan chảy; tiếp điểm/cụm tiếp xúc bị cháy/dị dạng.

2.1 Phân tích dữ liệu điện áp busbar 35 kV Phần II

Dữ liệu ghi lỗi của busbar 35 kV Phần II được thu thập để khôi phục các dạng sóng điện áp, dòng điện và tham số điện trong thời gian xảy ra sự cố. Phân tích dữ liệu chính xác giúp theo dõi sự phát triển của sự cố, cung cấp bằng chứng quan trọng để xác định nguyên nhân sự cố.

2.2 Sự phát triển của sự cố & Phân tích điện
(1) Biến dạng điện áp trước khi xảy ra sự cố

19,6ms trước khi xảy ra sự cố: busbar 35 kV Phần II có điện áp ba pha đối xứng, điện áp thứ tự không đáng kể → thiết bị hoạt động bình thường.
13,6ms trước khi xảy ra sự cố: Điện áp pha A/B giảm xuống 49,0V/43,1V; Pha C tăng lên 71,8V; điện áp thứ tự không tăng lên 22,4V → cách điện biến áp điện áp bị hỏng.
1,6ms trước khi xảy ra sự cố: Điện áp pha A/B giảm xuống 11,9V/7,4V; Pha C giảm xuống 44,5V; điện áp thứ tự không đạt 23,5V → tình trạng cách điện xấu đi.

(2) Sự cố xảy ra & Phản ứng bảo vệ

Trong thời gian xảy ra sự cố: Cách điện pha A/B bị hỏng (ngắn mạch xuống đất); Điện áp pha C giảm. Sau 3ms, điện áp ba pha trở về không; PT nổ → xác định là ngắn mạch ba pha xuống đất.

Kết luận: Điện áp busbar trước khi xảy ra sự cố bình thường (không có sét/misoperation → loại trừ overvoltage cộng hưởng). Việc vận hành lâu dài gây ra sự suy giảm cách điện của biến áp điện áp → hư hỏng cách điện nội bộ dẫn đến ngắn mạch giữa các vòng → phát triển thành sự cố cách điện/thông mạch ba pha → đường dây bị cắt.

(3) Cài đặt bảo vệ & Hành động

Công tắc đường dây vào (Jingdian 390, Jingre 391) không có bảo vệ đường dây vào. Trạm chính có các bảo vệ với cài đặt giống nhau:

Bảo vệ khác biệt: cài đặt 5A, hoạt động 0s.
Bảo vệ nhanh giới hạn thời gian: cài đặt 21,2A, hoạt động 1,1s.
Bảo vệ quá dòng: Cần phân tích thêm (xem Hình 2 cho dữ liệu ghi dòng vào, không cung cấp).