Hovedtransformatorulykker og problemer med let gas operation

1. Ulykkesjournal (19. marts 2019)

Kl. 16:13 den 19. marts 2019 rapporterede overvågningssystemet en let gasalarm for hovedtransformator nr. 3. I overensstemmelse med Vejledning for drift af strømtransformatorer (DL/T572-2010) kontrollerede drifts- og vedligeholdelsespersonale (O&M) tilstanden på stedet for hovedtransformator nr. 3.

Konstateret på stedet: WBH ikke-elektriske beskyttelsespanel for hovedtransformator nr. 3 rapporterede en let gasalarm for fase B i transformatorhuse, og nulstilling var ineffektiv. O&M-personale undersøgte fase B's gasrelæ og gassprøveboks for hovedtransformator nr. 3, og foretog test af kernetraf og klampe jordstrøm for transformatorhuset.

Kl. 16:36 rapporterede understationens overvågningssystem en tung gasalarm trip for hovedtransformator nr. 3, med fase B i brand. Transformatorens faste skum-sprøjtebrandslukning aktiverede korrekt (signalmål er tilgængelige).

Foranstaltninger for dette uheld:

• Udvikle et plan for transformation fra let gas til trip: Organiser udarbejdelsen af tekniske transformationsplaner, arranger senere strømafbrydelsesplaner, og klarlæg O&M-foranstaltninger før transformation.

• Særlig inspektion og transformation for operativt anvendte transformatorer: Foretag målrettede inspektioner af operativt anvendte transformatorer baseret på fejlårsagen, og formulér transformationsforanstaltninger.

2. Behandlingsproces for let gasalarm

Vejledning for drift af strømtransformatorer (DL/T572-2010) fastsætter, at transformatorers gasrelæer skal være udstyret med to sæt kontakter: let gas og tung gas. Under normal drift er let gas indstillet til alarmtilstand, og tung gas til triptilstand. Den typiske behandlingsproces for let gasalarmer for transformatorer er som følger:

• Når gasbeskyttelsessignalet aktiveres, skal man umiddelbart inspicere transformatoren for at afgøre, om det skyldes luftakkumulering, oljeniveaufald, sekundærkredsløbsfejl eller interne transformatorfejl.

• Hvis der findes gas i gasrelæet, bør gasvolumen noteres, og gasfarven og brandbarhed observeres, og gass- og olieprøver indsamles til chromatografisk analyse.

• Hvis gas i relæet er farveløst, lugtfrit, ibrændeligt, og chromatografisk analyse identificerer det som luft, kan transformatoren fortsætte drift, og luftintakdefekten skal hurtigt rettes.

• Hvis gas er brandbart eller løste gasanalyse (DGA) resultater er anormale, skal det vurderes omhyggeligt, om transformatoren skal lukkes ned.

Ny Anti-Accident Foranstaltning (9.2.3.6) fastsætter: "Hvis en transformator oplever to sammenhængende let gasalarmer inden for en dag, ansøg umiddelbart om strømafbrydelse og inspektion; for transformatorer (reaktorer) uden tvunget oljecirkulationstrukturen og uden oljeaflednings- og kvælstofindsprøjtningssystem, ansøg umiddelbart om strømafbrydelse og inspektion ved let gasalarm for huset."

Nye tag i brug transformatorer eller dem, der gennemgår oljebehandling, er ofte udsat for let gasalarmer under den første drift. Transformatorer med tvunget oljecirkulation er sårbare over for luftintag pga oljelekkage i negativt tryk område; transformatorer med oljeaflednings- og kvælstofindsprøjtningssystem kan have gas fangnet i oljeafledningsrør – begge scenarier kan forårsage let gasalarmer. En lille mængde gas frigives normalt under transformatordrift, men to sammenhængende let gasalarmer inden for 24 timer indikerer potentielle alvorlige fejl.

3. Statistisk analyse af let gasalarmer for transformatorer

Tilfælde 1: Let gasalarm ved en understation (7. juli 2015)

Fejlæren: Overvågningssystemet bagved viste "Ikke-elektrisk beskyttelsesalarm for hovedtransformator nr. 3" og "Fase C let gasalarm for huset". Årsag: På stedet blev det konstateret, at oljeniveauet i fase C's gasrelæ for hovedtransformator nr. 3 var lavt (gasvolumen oversteg 300ml; let gasalarmindstilling: 270±10ml) (faserne A og B var fulde). Baseret på inspectionsresultater og specialmøder blev fejlen forårsaget af metaliske fremmedlegemer, som blev vurderet til at være introduceret under transport/installation (ikke fra produktion), da overvågning ikke kunne dække hele produktionsprocessen. Afhjælpning: Den defekte transformator blev trukket tilbage og erstattet med en reservefase. Et vedligeholdelsesværksted blev opbygget ved understationen for på stedet reparation af fabrikanten; den reparerede transformator blev lagret som en reservefase.

Tilfælde 2: Let gasalarm ved en understation (30. september 2015)

Fejlæren: Overvågningssystemet bagved rapporterede "Fase C trykstød alarm for hovedtransformator #2", "tung gas trip signal" og "let gasalarm signal"; ingen elektriske beskyttelsesaktioner forekom. Årsag: Kommunikationskløfter mellem designinstituttet og fabrikanten førte til for højt spænding på bushing top terminal; bushingen havde svagt tætningsdesign; et negativt tryk område øverst på bushing strømførende conduit forårsagede luft/vand indtag efter tætningsfejl. Maksimalt horisontalt forskydning mellem led T-forbindelse og højspændingsbushing nåede 5.61m, hvilket førte til langvarig lateralt spænding, deformation af terminalen og låg, tætningsfejl, og intern udladning i højspændingsvinding pga luft/vand indtag. Afhjælpning: Den defekte transformator blev trukket tilbage og erstattet med en reservefase. På stedet reparation blev gennemført i 2016 efter opbygning af et vedligeholdelsesværksted, og transformatoren blev lagret som en reservefase.

Tilfælde 3: Let gasalarm ved en understation (18. juni 2018)

Fejlæren: Fase A let gasalarm for hovedtransformator #1 ved en understation. Årsag: Olje- og gasprøvetest viste ibrændelig gas og normale olje data. Gasrelæet blev ventileret samme dag, og signalet nulstillede umiddelbart. Langvarig overvågning af gasakkumulering i relæet viste ingen ny gas, hvilket bekræftede, at alarmen blev forårsaget af langvarig luftakkumulering.

Tilfælde 4: Let gasalarm under indkørsel

Fejlærinde: Let gasalarm i fase C på hovedtransformator nr. 3 under indkørsel.Årsag: Olielekkage fra transformatorens olieflow-relæ; byggevirksomhed failed at fuldt ud ventilere gas efter udstyrsskifte. Der blev ikke fundet acetylen i transformatoren.Behandling: Ventiler gas fra transformator.

Tilfælde 5: Let gasalarm på en omdannerstation (20. november 2018)

Fejlærinde: Kl. 06:24:55 rapporterede OWS-baggrunden på en omdannerstation "Let gasalarm i fase B af en omdannertransformator på en bestemt side"; kl. 06:40:57 blev "Tung gasbeskyttelse i fase B af en omdannertransformator på en bestemt side" rapporteret, og kredsløbsbryderne 01B/02B på omdannertransformator sprang i tre faser.Årsag: Ruptur i blærebeholder. Olie kom ind i blæren, og en pludselig temperaturnedgang forårsagede, at den oliefyldte blære sank, blokerede olieledningen og fangede gas, hvilket førte til relæaktion. Blæren rupterede på grund af langvarig stand-by og forhastet aldring ved lave temperaturer.Behandling: Stedlige inspektion bekræftede en blæresplittering (det meste af olien i beholderen var kommet ind i blæren). Blæren blev erstattet, og omdannertransformator genoptog drift.

Tilfælde 6: Let gasalarm hos et energiselskab (2. januar 2017)

Fejlærinde: DC-bipolaren var i kold stand-by hos et energiselskab; kl. 20:37 blev der rapporteret let gasalarm på Pol 1 YYC omdannertransformator, efterfulgt af tung gas-sprængning kl. 20:42.Årsag: Stedlig inspektion fandt olielekkage fra oliepumpe nr. 4 i kølingssyklus for fase C på Pol 1 Y/Y omdannertransformator. Lejkagen stoppede, da pumpestrømmen blev afbrudt, og ventilerne på begge ender blev lukket. Den grundlæggende årsag var dårlig materialekvalitet af bolter og pumpeslutflange, hvilket førte til alvorlig korrosion, boltbrud, pumpeslip og massiv olielekkage.Behandling: Erstattede 4 dykkeoliepumper på Pol 1 YYC omdannertransformator, fyldte olie op og foretog vedligeholdelsestests. Synchroniserede erstatning eller ændring af boldstruktur på 52 dykkeoliepumper i 13 andre omdannertransformatorer (herunder 2 reserve).

4. Forklaring af let gas indstillet til alarm eller sprængning

4.1 Introduktion til gasrelæer

Gasrelæer fungerer ved at registrere gas, der dannes fra opløsning af olie eller olieflodbølger, som skyldes interne fejl i transformatorer, og aktiverer let gas (alarm) eller tung gas (sprængning) kontakter.

• Let Gas: Reflekterer mindre fejl (f.eks. overbelastningsopvarmning, lokal kerneopvarmning, tankopvarmning fra magnetisk leckage). Opdelte gasser stiger ind i relæets gasindsamlingskammer, nedsætter olieniveauet og aktiverer let gas-reed switch for at sende en alarm. Yderligere nedgang i olieniveau aktiverer tung gas.

• Tung Gas: Reflekterer alvorlige fejl (f.eks. busbar jordforbindelse, mellemvindingskortslutning). Hurtig gasdannelse skubber olie mod en baffle, der trækker tung gas-reed switch via en magnet for at sprænge transformator.

4.2 Årsager til, at let gas er indstillet til alarm

• UHV AC-transformatorer: Hver hoved- og spændingsregulerende transformator har kun ét gasrelæ; busbar risere forbinder kroprelæet via gasindsamlingsrør. Der er kun én let gasalarmkontakt tilgængelig, indstillet til alarmtilstand under normal drift (tung gas til sprængning).

• Omdannertransformatorer: Udstyret med 1 gasrelæ (Siemens teknologi) eller 7+ gasrelæer (ABB teknologi). Let gas er indstillet til alarmtilstand (tung gas til sprængning) under normal drift.

Omdannertransformator gasrelæer har kun 1 eller 2 let gasalarmkontakter, der er anføds for falske alarmer, forårsaget af vandindtrængen i relæforbindelseskasser, carrier gas fra oliechromatografi, der kommer ind i tanken, eller luftintag på grund af dårlig kropsegnethed. Der findes ingen "to ud af tre" anti-misoperation foranstaltninger. Hvis let gas er indstillet til sprængning, kan falske alarmer forårsage DC-monopol (enkeltpoler) sprængninger, miste 1500MW eller mere strøm og truede nettets stabilitet. Desuden giver let gas et svarvindue for mindre fejl (f.eks. mild kerne/isolation opvarmning) før tung gas aktivering, forbedrer udstyrstilgængelighed. Derfor fastsætter de 18 store netværksantiulykke foranstaltninger og kode for drift af strømtransformatorer (DL/T572-2010), at let gas kun skal være indstillet til alarm.

Falske driftsfejl:

• 2003: Vandindtrængen i en omdannertransformators glatningsreaktor gasrelæ forårsagede bipolar block, mistede 1281MW.

• 2019: En midlertidig stoppage opstod på grund af en fejl i kontaktkredsløbet af en omdannertransformators gasrelæ.

4.3 Forslag om at ændre let gas til sprængning for UHV-transformatorer

Med hensyn til risikoen for pludselige fejl i UHV-transformatorer, der truer personale sikkerhed, foreslås det at ændre let gas handling fra alarm til sprængning for UHV-transformatorer, af følgende grunde:

• Tidlig handling ved alvorlige fejl: Let gas kan aktiveres før tung gas under pludselige alvorlige fejl. Sprængning ved let gas kan hurtigt isolere den defekte transformator, forhindre alvorlige udstyrsbeskadigelser eller ofre. (f.eks. 2016: En UHV-parallelsvejse reaktor eksploderede efter flere let gasalarmer; 2017: Let gas aktiverede 32 sekunder før tung gas under en omdannertransformator busbar fejl.)

• Netrobusthed: Det forstærkede strømnet kan tåle tabet af en pol eller transformator uden stabilitetsproblemer.

• Nedsat risiko for falsk drift: Forbedret ledelse af ikke-elektriske relæer (f.eks. installation af regntæpper, regelmæssige prøvetagningsinspektioner, kredsløbsisolationskontroller) har betydeligt reduceret falske alarmer. Statistikker viser ingen falske let gasaktioner i omdannerstationer (3 år) og understations (5 år); 6 registrerede aktioner var forårsaget af uventilet gas under konstruktion (ikke udstyrsfejl).

Midlertidigt foranstaltning: Under ustabil drift af UHV-transformatorer skal alle lette gassamtak (isolatorstiger, spændingsregler, krop) på omsætningstransformatorer, hovedtransformatorer og spændingsregulerende transformatorer sættes til trip-tilstand for at sikre personale- og udstyrssikkerhed.

4.4 Implementeringsplan for ændring af let gas til trip

• Omsætningstransformatorer: Ændr softwaren via DC-kontrol enkelt-system trækning for at ændre lette gas signaler til trip. Der er ikke behov for nogen trip-test efter ændringen (signalveje verificeres årligt); implementer under planlagte nedbrud (1 dag).

• AC-transformatorer: Ændr ledning på beskyttelsespaneler og udfør overførselstests (1 dag).