Accidents del Transformador Principal i Problemes en l'Operació de Gas Lleuger

1. Registre d'incident (19 de març de 2019)

El 19 de març de 2019, a les 16:13, el fons de monitorització va informar d'una acció de gas lleuger del transformador principal número 3. Segons la Norma per a l'Operació de Transformadors Elèctrics (DL/T572-2010), el personal d'operacions i manteniment (O&M) va inspeccionar l'estat a lloc del transformador principal número 3.

Confirmació a lloc: El quadre de protecció no elèctrica WBH del transformador principal número 3 va informar d'una acció de gas lleuger de la fase B del cos del transformador, i el reinici no va ser efectiu. El personal d'O&M va inspeccionar el relé de gas i la cixa de mostreig de gas de la fase B del transformador principal número 3, i va realitzar proves de la corrent de terra del nucli i dels clamps del cos del transformador.

A les 16:36, el fons de monitorització de la subestació va informar d'una acció de trampada de gas greu del transformador principal número 3, amb incendi en la fase B del cos. El sistema d'extinció d'incendis de bombolla fixa del transformador es va activar correctament (imatges dels senyals disponibles).

Mesures per a aquest incident:

• Desenvolupar un pla de transformació de gas lleuger a trampada: organitzar la compilació de plans tècnics de transformació, programar plans de tall posterior d'energia, i esbrinar les mesures d'O&M abans de la transformació.

• Inspecció especial i transformació de transformadors en servei: realitzar inspeccions dirigides als transformadors en funcionament basant-se en la causa de l'error, i formular mesures de transformació.

2. Processos de gestió de l'alarma de gas lleuger

La Norma per a l'Operació de Transformadors Elèctrics (DL/T572-2010) estipula que els relés de gas dels transformadors han de tenir dos conjunts de contactes: gas lleuger i gas greu. En funció normal, el gas lleuger s'estableix en mode d'alarma, i el gas greu en mode de trampada. El procés típic de gestió de les alarmes de gas lleuger dels transformadors és el següent:

• Quan es dispara el senyal de protecció de gas, inspeccionar immediatament el transformador per determinar si es produeix per acumulació d'aire, caiguda del nivell d'oli, fallida del circuit secundari, o falles internes del transformador.

• Si hi ha gas al relé de gas, registrar el volum de gas, observar el color i la inflamabilitat del gas, i recollir mostres de gas i oli per anàlisi cromatogràfica.

• Si el gas al relé és incolor, sense olor, no inflamable, i l'anàlisi cromatogràfica identifica que és aire, el transformador pot continuar en funcionament, i s'ha d'eliminar ràpidament la deficiència d'entrada d'aire.

• Si el gas és inflamable o el resultat de l'anàlisi de gas dissolt (DGA) és anormal, jutjar globalment si cal aturar el transformador.

Les Noves Mesures Antiaccidentals (9.2.3.6) estipulen: "Si un transformador experimenta dues alarmes consecutives de gas lleuger en un dia, sol·licitar immediatament una inspecció amb tall d'energia; per a transformadors (reactors) amb estructura sense circulació forçada d'oli i sense dispositiu de buidatge d'oli i injecte de nitrògen, sol·licitar immediatament una inspecció amb tall d'energia en cas d'alarma de gas lleuger del cos."

Els transformadors nous o els que estan sotmesos a tractaments d'oli són propensos a alarmes de gas lleuger durant la seva operació inicial. Els transformadors amb circulació forçada d'oli són susceptibles a l'entrada d'aire degut a filtracions d'oli en zones de pressió negativa; els transformadors amb dispositius de buidatge d'oli i injecte de nitrògen poden tenir gas atrapat en les tuberies de buidatge d'oli—ambdós escenaris poden causar alarmes de gas lleuger. Es libera una quantitat petita de gas durant l'operació del transformador, però dues alarmes consecutives de gas lleuger en 24 hores indiquen possibles errors greus.

3. Anàlisi estadístic de les alarmes de gas lleuger dels transformadors

Cas 1: Alarma de gas lleuger a una subestació (7 de juliol de 2015)

Fenomen de l'error: El fons de monitorització de la subestació va mostrar "Alarma de protecció no elèctrica del cos del transformador principal número 3" i "Alarma de gas lleuger de la fase C del cos".Causa: L'inspecció a lloc va trobar que el nivell d'oli al relé de gas de la fase C del transformador principal número 3 era baix (el volum de gas superava els 300ml; ajust de l'alarma de gas lleuger: 270±10ml) (les fases A i B estaven plenes). Basant-se en els resultats de l'inspecció i reunions especials, l'error va ser causat per objectes estranys metàl·lics, que es van jutjar introduïts durant el transport/instal·lació (no de la fabricació), ja que la monitorització no cobria tot el procés de fabricació.Gestió: El transformador defectuós va ser retirat i reemplaçat amb una fase de reserva. Es va construir un taller de manteniment a la subestació per a la reparació a lloc per part del fabricant; el transformador reparat va ser emmagatzemat com a fase de reserva.

Cas 2: Alarma de gas lleuger a una subestació (30 de setembre de 2015)

Fenomen de l'error: El fons de monitorització va informar d'"Alarma de pujada de pressió de la fase C del transformador principal número 2", "senyal de trampada de gas greu" i "senyal d'alarma de gas lleuger"; no es van produir accions de protecció elèctrica.Causa: Les faltes de comunicació entre l'institut de disseny i el fabricant van portar a un estrès excessiu en el terminal superior de la mà de porc; la mà de porc tenia un disseny de precintació feble; una zona de pressió negativa al capdamunt de la conducció portadora de corrent de la mà de porc va causar l'ingressió d'aire/aigua després de la fallida del precint. L'offset horitzontal màxim entre el connector T de la mà de porc i la mà de porc d'alta tensió va arribar a 5,61m, provocant una tensió lateral a llarg termini, deformació del terminal i la tapa, fallida del precint, i descàrrega interna en l'enrotllament d'alta tensió degut a l'ingressió d'aire/aigua.Gestió: El transformador defectuós va ser retirat i reemplaçat amb una fase de reserva. La reparació a lloc es va completar el 2016 després de construir un taller de manteniment, i el transformador va ser emmagatzemat com a fase de reserva.

Cas 3: Alarma de gas lleuger a una subestació (18 de juny de 2018)

Fenomen de l'error: Alarma de gas lleuger de la fase A del transformador principal número 1 a una subestació.Causa: Les proves de mostreig d'oli i gas van mostrar gas no inflamable i dades d'oli normals. El mateix dia es va ventilar el relé de gas, i el senyal es va reiniciar immediatament. La seguiment a llarg termini de l'acumulació de gas al relé no va mostrar gas nou, confirmant que l'alarma va ser causada per l'acumulació d'aire a llarg termini.

Cas 4: Alarma de gas lleuger durant la posada en marxa

Fenomen de l'error: Alarma de gas lleuger de la fase C del transformador principal número 3 durant la posada en marxa. Causa: Fuga d'oli del relé de flux d'oli del transformador; l'empresa constructora no va ventilar completament el gas després de la substitució. No s'ha detectat acetil·lè al transformador. Solució: Ventilar el gas del transformador.

Cas 5: Alarma de gas lleuger a una estació conversora (20 de novembre de 2018)

Fenomen de l'error: A les 06:24:55, el fons OWS d'una estació conversora va informar "Alarma de gas lleuger de la fase B d'un transformador conversor d'un costat determinat"; a les 06:40:57, es va informar "Protecció de gas greu de la fase B d'un transformador conversor d'un costat determinat", i els interruptors del circuit dels transformadors conversors 01B/02B van saltar en les tres fases. Causa: Ruptura de la vese de l'acumulador d'oli. L'oli va entrar a la vese, i una baixada brusca de temperatura va fer que la vese plena d'oli baixés, bloquejant la tuberia d'oli i atrapant gas, provocant l'acció del relé de gas. La vese es va romandre per estar en mode d'espera a llarg termini i un envelitiment accelerat a baixes temperatures. Solució: La inspecció in situ va confirmar una rotura de la vese (la major part de l'oli de l'acumulador havia entrat a la vese). Es va substituir la vese, i el transformador conversor va tornar a funcionar.

Cas 6: Alarma de gas lleuger a una companyia elèctrica (2 de gener de 2017)

Fenomen de l'error: El bipolar DC estava en espera freda a una companyia elèctrica; a les 20:37, es va informar d'una alarma de gas lleuger del transformador conversor YYC del pol 1, seguit d'un salto de gas greu a les 20:42. Causa: La inspecció in situ va trobar una fuga d'oli de la bomba d'oli del cicle de refredament número 4 de la fase C del transformador conversor Y/Y del pol 1. La fuga va aturar-se després de desconectar la potència de la bomba i tancar les valvules als dos extrems. La causa arrel era una qualitat deficients del material dels bolts i de les flanges de la bomba, que va portar a una corrosió severa, la ruptura dels bolts, el desplaçament del cos de la bomba i una fuga massiva d'oli. Solució: Es van substituir 4 bombes d'oli submergibles del transformador conversor YYC del pol 1, es va reomplir d'oli i es van realitzar proves de manteniment. Sincronitzadament, es van substituir o modificar la estructura dels bolts de 52 bombes d'oli submergibles en 13 altres transformadors conversors (inclosos 2 de reserva).

4. Explicació de la configuració de l'alarma o el salto de gas lleuger

4.1 Introducció als relés de gas

Els relés de gas funcionen detectant el gas generat per la descomposició de l'oli o els impulsos d'oli causats per errors interns del transformador, activant els contactes de gas lleuger (alarma) o gas greu (salto).

• Gas lleuger: Reflèixa errors menors (per exemple, sobrecalentament per sobrecàrrega, calentament local del nucli, calentament de la tanca per fugida magnètica). El gas descompost ascendeix a la cambra de recol·lecció del relé, baixant el nivell d'oli i activant el commutador de gas lleuger per enviar una alarma. Un descens més gran del nivell d'oli activa el gas greu.

• Gas greu: Reflèixa errors grans (per exemple, aterrament de la bossa, curtcircuït entre voltes). La generació ràpida de gas impulsa l'oli cap a una paleta, atrahint el commutador de gas greu mitjançant un imant per saltar el transformador.

4.2 Raons per configurar l'alarma de gas lleuger

• Transformadors AC UHV: Cada transformador principal i de regulació de tensió té només un relé de gas; les bosses de pujada connecten el relé del cos mitjançant tubs de recol·lecció de gas. Només hi ha un contacte d'alarma de gas lleuger disponible, configurat en mode alarma en operació normal (gas greu per saltar).

• Transformadors conversors: Equipats amb 1 relé de gas (tecnologia Siemens) o 7+ relés de gas (tecnologia ABB). El gas lleuger està configurat en mode alarma (gas greu per saltar) en operació normal.

Els relés de gas dels transformadors conversors tenen només 1 o 2 contactes d'alarma de gas lleuger, propensos a falses alarmes causades per l'entrada d'aigua a les caixes de connexió dels relés, el gas portador de la cromatografia d'oli que entra a la tanca, o l'entrada d'aire deguda a una mala estanquilitat del cos. No hi ha mesures anti-error "dos de tres". Si el gas lleuger està configurat per saltar, les falses alarmes podrien causar salts de monopòles DC (grup de valvules únic), perdent 1500 MW o més de potència i amenaçant la stabilitat de la xarxa. A més, el gas lleuger proporciona una finestra de resposta per errors menors (per exemple, calentament lleuger del nucli/aïllament) abans de l'activació del gas greu, millorant la disponibilitat de l'equipament. Per tant, les 18 Mesures Anti-Accidentals Importants de la Xarxa i el Codi d'Operació de Transformadors Elèctrics (DL/T572-2010) estableixen que el gas lleuger només s'hauria de configurar com a alarma.

Casos de Funcionament Fals:

• 2003: L'entrada d'aigua al relé de gas del reactor suavitzador d'un transformador conversor va causar un blocatge bipolar, perdent 1281 MW.

• 2019: Va ocorre una interrupció temporal deguda a un error en el circuit de contacte d'un relé de gas del transformador conversor.

4.3 Proposta per canviar l'alarma de gas lleuger a salto per transformadors UHV

Atès el risc d'errors súbits en els transformadors UHV que amenaçen la seguretat personal, es proposa canviar l'acció del gas lleuger de l'alarma al salto per als transformadors UHV, per les següents raons:

• Acció Precoça en Errors Greus: El gas lleuger pot activar-se abans del gas greu en errors súbits greus. El salto pel gas lleuger pot aïllar ràpidament el transformador defectuós, prevenint danys majors a l'equipament o víctimes. (per exemple, 2016: Un reactor shunt UHV va explotar després de múltiples alarmes de gas lleuger; 2017: El gas lleuger s'activà 32 segons abans del gas greu en un error de la bossa del transformador conversor.)

• Robustesa de la Xarxa: La xarxa fortalegida pot tolerar la pèrdua d'un grup de valvules o un transformador sense problemes de stabilitat.

• Reducció del Risc de Funcionament Fals: La gestió millorada dels relés no elèctrics (per exemple, instal·lar cobertes contra la pluja, inspeccions per mostreig regulars, comprovacions d'aislament del circuit) ha reduït significativament les falses alarmes. Les estadístiques mostren que no hi ha hagut accions de gas lleuger falses en les estacions conversores (3 anys) i en les subestacions (5 anys); 6 accions registrades van ser causades per gas no ventilot durant la construcció (no errors d'equipament).

Medida temporal: Durante la operación inestable de transformadores UHV, configureu tots els contactes de gas lleuger (elevadors de mangera, interruptor de derivació, cos) dels transformadors conversors, transformadors principals i transformadors reguladors de tensió al mode de trip per assegurar la seguretat del personal i l'equipament.

4.4 Pla d'implementació de la modificació de gas lleuger a trip

• Transformadors conversors: Modifiqueu el programari a través de la retirada unisistèmica de control CC per canviar els senyals de gas lleuger a trip. No es necessita cap prova de trip després de la modificació (els circuits de senyal són verificats anualment); implementeu-ho durant les parades planificades (1 dia).

• Transformadors AC: Modifiqueu el cablatge en els panells de protecció i realitzeu proves de transmissió (1 dia).