Accidentes do Transformador Principal e Problemas de Operación con Gas Liño

1. Rexistro do accidente (19 de marzo de 2019)

Ao 16:13 do 19 de marzo de 2019, o fondo de monitorización informou dunha acción de gas leve no transformador principal número 3. De acordo co Código para a Operación de Transformadores Eléctricos (DL/T572-2010), o persoal de operación e mantemento (O&M) inspeccionou a condición no terreo do transformador principal número 3.

Confirmación no terreo: O panel de protección non eléctrica WBH do transformador principal número 3 informou dunha acción de gas leve na fase B do corpo do transformador, e a reposición foi ineficaz. O persoal de O&M inspeccionou o relé de gas da fase B e a caixa de muestreo de gas do transformador principal número 3, e realizou probas na corrente de terra do núcleo e do cunxete do corpo do transformador.

Ao 16:36, o fondo de monitorización da subestación informou dunha acción de salto de gas pesado no transformador principal número 3, con incendio na fase B do corpo. O sistema de extinción de incendios de espuma fija do transformador activouse correctamente (dispoñibles imaxes do sinal).

Medidas para este accidente:

• Desenvolver un plan de transformación de gas leve a salto: Organizar a compilación de esquemas de transformación técnica, programar planes posteriores de interrupción de enerxía, e clarificar as medidas de O&M antes da transformación.

• Inspección especial e transformación para transformadores en servizo: Realizar inspeccións específicas en transformadores en funcionamento baseándose na causa do fallo, e formular medidas de transformación.

2. Proceso de manexo das alarmas de gas leve

O Código para a Operación de Transformadores Eléctricos (DL/T572-2010) estipula que os relés de gas dos transformadores deben estar equipados con dous conxuntos de contactos: gas leve e gas pesado. En condicións normais, o gas leve está configurado para modo de alarma, e o gas pesado para modo de salto. O proceso típico de manexo das alarmas de gas leve nos transformadores é o seguinte:

• Cando se activa o sinal de protección de gas, inspeccionar inmediatamente o transformador para determinar se o fallo está causado por acumulación de aire, diminución do nivel de aceite, fallo no circuito secundario ou fallos internos do transformador.

• Se hai gas no relé de gas, rexistrar o volume de gas, observar a cor e a inflamabilidade do gas, e recoller mostras de gas e aceite para análise cromatográfica.

• Se o gas no relé é incolor, inodoro, non inflamable, e a análise cromatográfica identifícao como aire, o transformador pode continuar a funcionar, e o defecto de entrada de aire debe eliminarse de forma rápida.

• Se o gas é inflamable ou o resultado da análise de gases disueltos (DGA) é anormal, xudicar comprehensivamente se é necesario parar o transformador.

As Novas Medidas Anti-Accidentes (9.2.3.6) estipulan: "Se un transformador experimenta dúas alarmas consecutivas de gas leve nun día, solicitar inmediatamente unha interrupción de enerxía para inspección; para transformadores (reactores) con estrutura sen circulación forzada de aceite e sen dispositivo de vaciado de aceite e inxestión de nitróxeno, solicitar inmediatamente unha interrupción de enerxía para inspección ao detectar unha alarma de gas leve no corpo."

Os transformadores novos ou aqueles que están sometidos a tratamentos de aceite son propensos a alarmas de gas leve durante a súa operación inicial. Os transformadores de circulación forzada de aceite son susceptibles a entrada de aire debido a fugas de aceite en zonas de presión negativa; os transformadores con dispositivos de vaciado de aceite e inxestión de nitróxeno poden ter gas atrapado nas liñas de descarga de aceite—ambas as situacións poden causar alarmas de gas leve. Durante a operación do transformador, libérase unha cantidade pequena de gas, pero dúas alarmas consecutivas de gas leve en 24 horas indican posibles fallos graves.

3. Análise estatística das alarmas de gas leve nos transformadores

Caso 1: Alarma de gas leve nunha subestación (7 de xuño de 2015)

Fenómeno do fallo: O fondo de monitorización da subestación mostrou "Alarma de protección non eléctrica do corpo do transformador principal número 3" e "Alarma de gas leve na fase C do corpo". Causa: A inspección no terreo atopou un nivel baixo de aceite no relé de gas da fase C do transformador principal número 3 (o volume de gas superou 300ml; axuste de alarma de gas leve: 270±10ml) (as fases A e B estaban completas). Baseándose nos resultados da inspección e nas reunións especiais, o fallo foi causado por obxectos metálicos estranhos, que se considerou que foron introducidos durante o transporte/instalación (non na fabricación), xa que a monitorización non cubría todo o proceso de fabricación. Disposición: O transformador defectuoso foi retirado e substituído por unha fase de reserva. Construíuse un taller de mantemento na subestación para a reparación no terreo polo fabricante; o transformador reparado foi almacenado como fase de reserva.

Caso 2: Alarma de gas leve nunha subestación (30 de setembro de 2015)

Fenómeno do fallo: O fondo de monitorización informou de "Alarma de sobrepresión na fase C do transformador principal número 2", "sinal de salto de gas pesado" e "sinal de alarma de gas leve"; non se produciron accións de protección eléctrica. Causa: As brechas de comunicación entre o instituto de deseño e o fabricante levaram a un estrés excesivo no terminal superior da manga; a manga tiña un deseño débil de selado; unha zona de presión negativa no tope da tubería portadora de corrente da manga provocou a entrada de aire/ auga tras o fallo do selo. O desprazamento horizontal máximo entre o conector T e a manga de alta tensión alcanzou 5,61m, levando a unha tensión lateral de longa duración, deformación do terminal e a tapa, fallo do selo, e descarga interna na bobina de alta tensión debido á entrada de aire/auga. Disposición: O transformador defectuoso foi retirado e substituído por unha fase de reserva. A reparación no terreo completouse en 2016 após construír un taller de mantemento, e o transformador foi almacenado como fase de reserva.

Caso 3: Alarma de gas leve nunha subestación (18 de xuño de 2018)

Fenómeno do fallo: Alarma de gas leve na fase A do transformador principal número 1 nunha subestación. Causa: As probas de muestreo de aceite e gas mostraron gas non inflamable e datos de aceite normais. O relé de gas foi ventileido no mesmo día, e o sinal reiniciouse inmediatamente. O seguimento a longo prazo da acumulación de gas no relé non mostrou novo gas, confirmando que a alarma foi causada pola acumulación de aire a longo prazo.

Caso 4: Alarma de gas leve durante a comisión

Fenómeno da falla: Alarma de gas leve na fase C do transformador principal número 3 durante a comisión. Causa: Fuga de aceite do relé de fluxo de aceite do transformador; a unidade de construción non ventilei completamente o gas despois da substitución. Non se detectou acetileno no transformador. Disposición: Ventilar o gas do transformador.

Caso 5: Alarma de gas leve nunha estación conversora (20 de novembro de 2018)

Fenómeno da falla: Aos 06:24:55, o fondo OWS dunha estación conversora informou "Alarma de gas leve na fase B dun transformador conversor dun lado determinado"; aos 06:40:57, "Protección de gas pesado na fase B dun transformador conversor dun lado determinado" foi informada, e os interruptores de circuito do transformador conversor 01B/02B saltaron en tres fases. Causa: Ruptura da bexiga do conservador de aceite. O aceite entró na bexiga, e unha diminución súbita da temperatura fez que a bexiga chea de aceite afundise, obstruindo a tubería de aceite e atrapando gas, provocando a acción do relé de gas. A bexiga rachouse debido ao estado de espera prolongado e ao envellecemento acelerado a baixas temperaturas. Disposición: A inspección no lugar confirmou unha rotura da bexiga (a maior parte do aceite do conservador había entrado na bexiga). A bexiga foi substituída, e o transformador conversor volviu ao funcionamento.

Caso 6: Alarma de gas leve nunha compañía eléctrica (2 de xaneiro de 2017)

Fenómeno da falla: O bipolar DC estaba en espera fría nunha compañía eléctrica; ás 20:37, foi informada unha alarma de gas leve do transformador conversor YYC do Polo 1, seguida dun salto de gas pesado ás 20:42. Causa: A inspección no lugar atopou unha fuga de aceite na bomba de aceite do ciclo de refrigeración número 4 do transformador conversor Y/Y da fase C do Polo 1. A fuga parou despois de desconectar o poder da bomba e pechar as válvulas nos dous extremos. A causa raíz foi a mala calidade do material dos parafusos e das flanges da cuberta final da bomba, levando a unha corrosión severa, a ruptura dos parafusos, o deslizamento do corpo da bomba e unha fuga masiva de aceite. Disposición: Substituíronse 4 bombas de aceite sumergibles do transformador conversor YYC do Polo 1, reencheuse o aceite e realizáronse probas de manutención. Sincronicamente, substituíuse ou modificouse a estrutura dos parafusos de 52 bombas de aceite sumergibles en 13 outros transformadores conversores (incluíndo 2 de espera).

4. Explicación do ajuste de gas leve para alarma ou salto

4.1 Introdución aos relés de gas

Os relés de gas funcionan detectando o gas xerado pola descomposición do aceite ou polas ondas de aceite causadas por fallos internos do transformador, activando os contactos de gas leve (alarma) ou gas pesado (salto).

• Gas leve: Reflete fallos menores (por exemplo, sobrecarga térmica, aquecemento local do núcleo, aquecemento do tanque debido a fugas magnéticas). O gas descomposto asciende ao compartimento de recolección de gas do relé, baixando o nivel de aceite e activando o conmutador de gas leve para enviar unha alarma. Unha caída adicional do nivel de aceite activa o gas pesado.

• Gas pesado: Reflete fallos graves (por exemplo, aterramento do bornante, curto-circuito entre espiras). A xeración rápida de gas empuxa o aceite para impactar unha chapa, atraindo o conmutador de gas pesado mediante un imán para saltar o transformador.

4.2 Razóns para axustar o gas leve a alarma

• Transformadores AC UHV: Cada transformador principal e de regulación de tensión ten só un relé de gas; os elevadores de bornantes están conectados ao relé do corpo a través de tubos colectores de gas. Só hai un contacto de alarma de gas leve dispoñible, axustado ao modo de alarma en condicións normais (gas pesado para salto).

• Transformadores conversores: Equipados con 1 relé de gas (tecnoloxía Siemens) ou 7+ relés de gas (tecnoloxía ABB). O gas leve está axustado ao modo de alarma (gas pesado para salto) en condicións normais.

Os relés de gas dos transformadores conversores teñen só 1 ou 2 contactos de alarma de gas leve, propensos a falsas alarmas causadas pola entrada de auga nas caxas de conexión dos relés, a entrada de gas portador desde a cromatografía de aceites no tanque, ou a entrada de aire debido a un mal sellado do corpo. Non hai medidas anti-falsas operacións "dois de tres". Se o gas leve está axustado para salto, as falsas alarmas poden causar saltos de polo monopolar (grupo de válvulas único), perdendo 1500MW ou máis de potencia e ameazando a estabilidade da rede. Ademais, o gas leve proporciona unha xanela de resposta para fallos menores (por exemplo, leve aquecemento do núcleo/aillamento) antes da activación do gas pesado, mellorando a disponibilidade do equipo. Así, as 18 Medidas Anti-Accidentes Principais da Rede e o Código para a Operación de Transformadores Eléctricos (DL/T572-2010) establecen que o gas leve debe axustarse só a alarma.

Casos de Falsa Operación:

• 2003: A entrada de auga no relé de gas do reactor liso dun transformador conversor causou un bloqueo bipolar, perdenso 1281MW.

• 2019: Ocorreu un corte temporal debido a un fallo no circuito de contacto dun relé de gas dun transformador conversor.

4.3 Proposta para modificar o gas leve a salto para transformadores UHV

Dado o risco de fallos súbitos en transformadores UHV que ameazan a seguridade persoal, propónse cambiar a acción de gas leve de alarma a salto para transformadores UHV, polas seguintes razóns:

• Acción temprana en fallos graves: O gas leve pode activarse antes do gas pesado durante fallos súbitos graves. Saltar no gas leve pode aislar rapidamente o transformador defectuoso, evitando danos importantes no equipo ou bajas. (por exemplo, 2016: Un reactor paralelo UHV explotou despois de múltiples alarmas de gas leve; 2017: O gas leve activouse 32 segundos antes do gas pesado durante un fallo no bornante dun transformador conversor.)

• Robustez da rede: A rede fortalecida pode tolerar a perda dun grupo de válvulas ou transformador sen problemas de estabilidade.

• Redución do risco de falsa operación: A mellor xestión dos relés non eléctricos (por exemplo, instalación de coberturas contra a auga, inspeccións de mostraxe regular, comprobacións de aislamento do circuito) reduciu significativamente as falsas alarmas. As estatísticas mostran que non houbo accións de gas leve falso en estacións conversoras (3 anos) e subestacións (5 anos); 6 accións rexistradas foron causadas por gas non ventilado durante a construción (non son fallos de equipo).

Medida temporal: Durante o funcionamento inestable dos transformadores UHV, estabeleza todos os contactos de gas ligeiro (isoladores, interruptores de derivación, corpo) dos transformadores conversores, transformadores principais e transformadores reguladores de tensión en modo de disparo para asegurar a seguridade do persoal e do equipo.

4.4 Plan de implementación para a modificación de gas ligeiro a disparo

• Transformadores conversores: Modifica o software mediante a retirada dun sistema de control DC para cambiar as señales de gas ligeiro a disparo. Non é necesario unha proba de disparo despois da modificación (as circuitos de sinal son verificadas anualmente); impleméntase durante paradas planeadas (1 día).

• Transformadores AC: Modifica o cableado nos paneis de protección e realiza probas de transmisión (1 día).