Hlavní přehazovače a problémy s lehkými plyny

1. Záznam o nehodě (19. března 2019)

V 16:13 dne 19. března 2019 byla zaznamenána lehká plynová akce u hlavního transformátoru č. 3. V souladu s Normou pro provoz elektrických transformátorů (DL/T572-2010) provedli personál provozu a údržby (O&M) kontrolu stavu hlavního transformátoru č. 3 na místě.

Potvrzeno na místě: Na panelu WBH nelineární ochrany hlavního transformátoru č. 3 byla zaznamenána lehká plynová akce fáze B těla transformátoru a reset nebyl úspěšný. Personál O&M provedl kontrolu plynového relé a vzorkovací skřínky fáze B hlavního transformátoru č. 3 a provedl testy proudů zemnících jádra a kleští těla transformátoru.

V 16:36 byla zaznamenána těžká plynová akce a odpojení hlavního transformátoru č. 3, fáze B těla transformátoru hořela. Pěnový hasicí systém transformátoru se správně aktivoval (jsou k dispozici snímky signálů).

Opotřebení této nehody:

• Vytvoření plánu přechodu od lehkého plynu k vypnutí: Organizace sestavování technických rekonstrukčních řešení, uspořádání následných plánů vypnutí a vyjasnění opatření O&M před rekonstrukcí.

• Speciální inspekce a rekonstrukce provozních transformátorů: Provedení cílených inspekcí provozních transformátorů na základě příčiny poruchy a formulování rekonstrukčních opatření.

2. Postup zpracování lehkého plynového poplachu

Norma pro provoz elektrických transformátorů (DL/T572-2010) stanovuje, že plynové relé transformátoru musí být vybaveno dvěma sadami kontaktů: lehkým plynem a těžkým plynem. Během normálního provozu je lehký plyn nastaven do režimu poplachu a těžký plyn do režimu vypnutí. Typický postup zpracování lehkého plynového poplachu u transformátoru je následující:

• Pokud je aktivován signál plynové ochrany, okamžitě proveďte kontrolu transformátoru, abyste určili, zda je příčinou akumulace vzduchu, pokles hladiny oleje, selhání sekundárního obvodu nebo vnitřní porucha transformátoru.

• Pokud je v plynovém relé plyn, zaznamenejte objem plynu, pozorujte barvu a hořlavost plynu a seberte vzorky plynu a oleje pro chromatografickou analýzu.

• Pokud je plyn v relé bezbarvý, bez zápachu, nehorečnatý a chromatografická analýza identifikuje jej jako vzduch, může transformátor pokračovat v provozu a vadu průniku vzduchu je nutné rychle odstranit.

• Pokud je plyn hořlavý nebo jsou výsledky analýzy rozpustných plynů (DGA) neobvyklé, komplexně posuďte, zda je třeba transformátor vypnout.

Nová protinehodní opatření (9.2.3.6) stanovují: "Pokud transformátor za jediný den zaznamená dva po sobě jdoucí lehké plynové poplachy, okamžitě žádejte o vypnutí a kontrolu; pro transformátory (reaktory) bez nuceného olejového cyklu a bez zařízení pro odvod oleje a naplnění dusíkem, žádejte o okamžité vypnutí a kontrolu při lehkém plynovém poplachu těla."

Nově nasazené transformátory nebo ty, které podstoupily olejovou úpravu, jsou v první fázi provozu náchylné k lehkým plynovým poplachům. Transformátory s nuceným olejovým cyklem jsou náchylné k průniku vzduchu v důsledku úniku oleje v oblastech s negativním tlakem; transformátory s zařízením pro odvod oleje a naplnění dusíkem mohou mít plyn uvězněný v potrubí pro odvod oleje - obě situace mohou způsobit lehké plynové poplachy. Malé množství plynu je během provozu transformátoru normálně uvolněno, ale dva po sobě jdoucí lehké plynové poplachy během 24 hodin naznačují možnost závažných poruch.

3. Statistická analýza lehkých plynových poplachů u transformátorů

Případ 1: Lehký plynový poplach v podsíti (7. července 2015)

Příznaky poruchy: V pozadí monitoringu podsítě byly zobrazeny "Poplach nelineární ochrany těla hlavního transformátoru č. 3" a "Lehký plynový poplach fáze C těla". Příčina: Místní kontrola zjistila, že hladina oleje v plynovém relé fáze C hlavního transformátoru č. 3 byla nízká (objem plynu překročil 300 ml; nastavení lehkého plynového poplachu: 270±10 ml) (fáze A a B byly plné). Na základě výsledků kontroly a speciálních setkání byla porucha způsobena kovovými cizími látkami, které byly soudně zavedeny během přepravy/instalace (ne z výroby), protože sledování nemohlo pokrýt celý výrobní proces. Řešení: Porouchaný transformátor byl stažen a nahrazen stávkovou fází. Byla postavena opravárenská dílna v podsíti pro místní opravu výrobce; opravený transformátor byl uložen jako stávková fáze.

Případ 2: Lehký plynový poplach v podsíti (30. září 2015)

Příznaky poruchy: Pozadí monitoringu hlásilo "Poplach o nárůstu tlaku fáze C hlavního transformátoru č. 2", "signál vypnutí těžkým plynem" a "signál lehkého plynového poplachu"; nedošlo k žádnému spuštění elektrické ochrany. Příčina: Komunikační mezery mezi projekční kanceláří a výrobcem vedly k nadměrnému namáhání horní terminálové části izolátoru; izolátor měl slabou těsnicí konstrukci; oblast s negativním tlakem v horní části vodiče izolátoru vedla k průniku vzduchu/vody po selhání těsnosti. Maximální horizontální posunutí mezi T-spojkou a vysokonapěťovým izolátorem dosahovalo 5,61 m, což vedlo k dlouhodobému bočnímu namáhání, deformaci terminálové části a víka, selhání těsnosti a vnitřnímu výboji v vysokonapěťovém vinutí v důsledku průniku vzduchu/vody. Řešení: Porouchaný transformátor byl stažen a nahrazen stávkovou fází. Místní oprava byla dokončena v roce 2016 po vystavění opravárenské dílny a transformátor byl uložen jako stávková fáze.

Případ 3: Lehký plynový poplach v podsíti (18. června 2018)

Příznaky poruchy: Lehký plynový poplach fáze A hlavního transformátoru č. 1 v podsíti. Příčina: Testy vzorků oleje a plynu ukázaly nehorečnatý plyn a normální údaje o oleji. Plynové relé bylo ten samý den vycpáno a signál okamžitě resetován. Dlouhodobé sledování akumulace plynu v relé neukázalo nový plyn, což potvrdilo, že poplach byl způsoben dlouhodobým akumulací vzduchu.

Případ 4: Varování lehkého plynu během zavádění

Příznaky poruchy: Varování lehkého plynu fáze C třetího hlavního transformátoru během zavádění. Příčina: Únik oleje z proudového relé transformátoru; stavby nezajišťovaly plné vypuštění plynu po náhradě. V transformátoru nebyl detekován acetylén. Řešení: Vypustit plyn z transformátoru.

Případ 5: Varování lehkého plynu na převodné stanici (20. listopadu 2018)

Příznaky poruchy: V 06:24:55 bylo zaznamenáno "Varování lehkého plynu fáze B převodného transformátoru na určité straně" v OWS pozadí převodné stanice; v 06:40:57 bylo zaznamenáno "Těžká plynová ochrana fáze B převodného transformátoru na určité straně", což vedlo k trojfázovému vyhození vypínače 01B/02B. Příčina: Prasknutí měchýře v olejovém nádrži. Olej pronikl do měchýře a náhlé snížení teploty způsobilo, že olejový měchýř se potopil, blokoval olejovou cestu a uvěznil plyn, což vedlo k aktivaci plynového relé. Měchýř praskl kvůli dlouhodobému stání a urychlenému stárnutí při nízkých teplotách. Řešení: Při místním prohlídky bylo potvrzeno prasknutí měchýře (většina oleje v nádrži se dostala do měchýře). Měchýř byl nahrazen a převodný transformátor obnovil provoz.

Případ 6: Varování lehkého plynu u elektrárny (2. ledna 2017)

Příznaky poruchy: DC bipolární systém byl v chladném stání u elektrárny; v 20:37 bylo zaznamenáno varování lehkého plynu transformátoru Pole 1 YYC, následované těžkou plynovou výpadek v 20:42. Příčina: Místní prohlídka odhalila únik oleje z čtvrtého čerstvačního čerpadla oleje transformátoru Pole 1 Y/Y fáze C. Únik byl zastaven odpojením napájení čerpadla a uzavřením ventilů na obou koncích. Základní příčinou byla špatná kvalita materiálu klestí a flangů čerpadla, což vedlo k silnému korozí, prolomení klestí, posunutí těla čerpadla a masivnímu úniku oleje. Řešení: Nahrazeny 4 ponorná čerpadla oleje transformátoru Pole 1 YYC, doplněn olej a provedeny údržbové testy. Synchronně byly nahrazeny nebo upraveny klestí 52 ponorných čerpadel oleje v 13 dalších transformátorech (včetně 2 státek).

4. Vysvětlení nastavení lehkého plynu na varování nebo výpadek

4.1 Úvod do plynových relé

Plynová relé fungují detekcí plynu vyrobeného rozkladem oleje nebo olejovými vlnami způsobenými vnitřními poruchami transformátoru, což aktivuje kontakt lehkého plynu (varování) nebo těžkého plynu (výpadek).

• Lehký plyn: Odráží menší poruchy (např. přetěžové ohřívání, lokální ohřívání jádra, ohřívání nádrže magnetickým únikem). Rozložený plyn stoupá do sběrače plynu relé, což snižuje hladinu oleje a aktivuje kontakt lehkého plynu, který odesílá varování. Další pokles hladiny oleje aktivuje těžký plyn.

• Těžký plyn: Odráží vážné poruchy (např. zemlení izolačních trubek, meziobtečové krátké spojení). Rychlé vytváření plynu tlačí olej, aby dopadl na bariéru, což přitahuje kontakt těžkého plynu pomocí magnetu, což vede k výpadku transformátoru.

4.2 Důvody pro nastavení lehkého plynu na varování

• Transformátory UHV AC: Každý hlavní a napěťový transformátor má pouze jedno plynové relé; vývody izolačních trubek jsou spojeny s tělem relé prostřednictvím sběracích trubek plynu. Je k dispozici pouze jeden kontakt varování lehkého plynu, který je ve standardním režimu nastaven na varování (těžký plyn na výpadek).

• Převodné transformátory: Jsou vybaveny 1 plynovým relé (technologie Siemens) nebo 7+ plynovými relé (technologie ABB). Lehký plyn je ve standardním režimu nastaven na varování (těžký plyn na výpadek).

Plynová relé převodných transformátorů mají pouze 1 nebo 2 kontakty varování lehkého plynu, které jsou náchylné k falešným varováním způsobeným vniknutím vody do schránky relé, nosným plynem z olejové chromatografie do nádrže nebo vdechnutím vzduchu kvůli špatnému utěsnění těla. Nejsou k dispozici opatření proti falešným akcím typu "dvě ze tří". Pokud by byl lehký plyn nastaven na výpadek, falešná varování by mohla způsobit výpadek monopólu DC (jedné skupiny ventilů), což by vedlo ke ztrátě 1500 MW nebo více energie a ohrozilo stabilitu sítě. Kromě toho poskytuje lehký plyn okno pro odezvu na menší poruchy (např. mírné ohřívání jádra/izolace) před aktivací těžkého plynu, což zlepšuje dostupnost zařízení. Proto stanovují 18 hlavních opatření proti haváriím v síti a Směrnice pro provoz elektrických transformátorů (DL/T572-2010), že lehký plyn musí být nastaven pouze na varování.

Případy falešných akcí:

• 2003: Vniknutí vody do plynového relé vyhlazovacího reaktoru převodného transformátoru způsobilo blokování bipolárního systému, což vedlo ke ztrátě 1281 MW.

• 2019: Dočasné vypnutí způsobeno poruchou v obvodu kontaktu plynového relé převodného transformátoru.

4.3 Návrh na změnu nastavení lehkého plynu na výpadek pro transformátory UHV

S ohledem na riziko náhlých poruch v transformátorech UHV, které ohrožují bezpečnost osob, je navrženo změnit nastavení lehkého plynu z varování na výpadek pro transformátory UHV, a to z následujících důvodů:

• Ranní akce při vážných poruchách: Lehký plyn může být aktivován před těžkým plynem při náhlých vážných poruchách. Výpadek na základě lehkého plynu může rychle izolovat vadný transformátor, což zabrání velkému poškození zařízení nebo zranění lidí. (např. 2016: UHV paralelní reaktor explodoval po několika varováních lehkého plynu; 2017: Lehký plyn byl aktivován 32 sekund před těžkým plynem při poruše izolační trubky převodného transformátoru.)

• Odpověď sítě: Posílená síť může tolerovat ztrátu jedné skupiny ventilů nebo transformátoru bez problémů se stabilitou.

• Snížení rizika falešných akcí: Zlepšená správa neelektrických relé (např. instalace deštníků, pravidelné vzorkové prohlídky, kontrola izolace obvodů) výrazně snížila falešná varování. Statistiky ukazují, že nebyly zaznamenány žádné falešné akce lehkého plynu v převodných stanicích (za 3 roky) a v rozvodných stanicích (za 5 let); 6 zaznamenaných akcí bylo způsobeno nevypuštěním plynu během výstavby (ne vlivem poruchy zařízení).

Dočasné opatření: Během nestabilního chodu UHV transformátorů nastavte všechny lehké plynové kontakty (vývodnice, přepínače stupňů, tělo) konverzních transformátorů, hlavních transformátorů a napěťových regulátorů do režimu vypnutí pro zajištění bezpečnosti osob a zařízení.

4.4 Plán implementace úpravy lehkého plynu na vypnutí

• Konverzní transformátory: Úprava softwaru prostřednictvím jednosystémového stažení DC řízení pro změnu signálů lehkého plynu na vypnutí. Po úpravě není potřeba provádět test vypnutí (obvody signálů jsou každoročně ověřeny); implementujte během plánovaných výpadků (1 den).

• AC transformátory: Úprava spojů na ochranných panelech a provedení přenosových testů (1 den).