Incidenti del Trasformatore Principale e Problemi di Funzionamento del Gas Leggero

1. Registro dell'incidente (19 marzo 2019)

Alle 16:13 del 19 marzo 2019, il sistema di monitoraggio ha segnalato un'azione di gas leggero sul trasformatore principale n. 3. In conformità con il Regolamento per l'operazione dei trasformatori elettrici (DL/T572-2010), il personale di manutenzione e operazioni (O&M) ha ispezionato la condizione sul posto del trasformatore principale n. 3.

Conferma sul posto: Il pannello di protezione non elettrica WBH del trasformatore principale n. 3 ha segnalato un'azione di gas leggero sulla fase B del corpo del trasformatore, e il reset non è stato efficace. Il personale O&M ha ispezionato il relè di gas della fase B e la scatola di prelievo di gas del trasformatore principale n. 3, e ha effettuato test sulla corrente di terra del nucleo e della morsa del corpo del trasformatore.

Alle 16:36, il sistema di monitoraggio della sottostazione ha segnalato un'azione di gas pesante e lo spegnimento del trasformatore principale n. 3, con il corpo della fase B in fiamme. Il sistema di estinzione antincendio a schiuma spray fisso del trasformatore si è attivato correttamente (foto dei segnali disponibili).

Misure per questo incidente:

• Elaborare un piano di trasformazione da gas leggero a trip: organizzare la stesura di schemi di trasformazione tecnologica, pianificare le successive interruzioni di energia e chiarire le misure di O&M prima della trasformazione.

• Ispettori speciali e trasformazioni per i trasformatori in servizio: eseguire ispezioni mirate sui trasformatori in funzione in base alla causa del guasto e formulare misure di trasformazione.

2. Processo di gestione degli allarmi di gas leggero

Il Regolamento per l'operazione dei trasformatori elettrici (DL/T572-2010) stabilisce che i relè di gas dei trasformatori devono essere dotati di due set di contatti: gas leggero e gas pesante. Nelle condizioni normali, il gas leggero è impostato su modalità di allarme, mentre il gas pesante su modalità di trip. Il processo tipico per la gestione degli allarmi di gas leggero dei trasformatori è il seguente:

• Quando viene attivato il segnale di protezione a gas, ispezionare immediatamente il trasformatore per determinare se l'allarme è causato dall'accumulo di aria, dalla diminuzione del livello d'olio, da un guasto nel circuito secondario o da guasti interni al trasformatore.

• Se c'è gas nel relè di gas, registrare il volume di gas, osservarne il colore e la infiammabilità, e raccogliere campioni di gas e olio per l'analisi cromatografica.

• Se il gas nel relè è incolore, inodore, non infiammabile e l'analisi cromatografica lo identifica come aria, il trasformatore può continuare a funzionare, e il difetto di ingresso d'aria deve essere eliminato prontamente.

• Se il gas è infiammabile o l'analisi del gas disciolto (DGA) risulta anomala, giudicare complessivamente se spegnere il trasformatore.

Le nuove misure anti-incidenti (9.2.3.6) stabiliscono: "Se un trasformatore subisce due allarmi consecutivi di gas leggero entro un giorno, richiedere immediatamente un'interruzione di energia per l'ispezione; per i trasformatori (reattori) con struttura a circolazione forzata d'olio e senza dispositivi di scarico d'olio e iniezione di azoto, richiedere immediatamente un'interruzione di energia per l'ispezione in caso di allarme di gas leggero del corpo."

I trasformatori appena commissionati o quelli sottoposti a trattamenti d'olio sono soggetti a allarmi di gas leggero durante l'iniziale operazione. I trasformatori a circolazione forzata d'olio sono suscettibili all'ingresso d'aria a causa di perdite d'olio nelle aree a pressione negativa; i trasformatori con dispositivi di scarico d'olio e iniezione di azoto possono avere gas intrappolato nei tubi di scarico d'olio—entrambi questi scenari possono causare allarmi di gas leggero. Una piccola quantità di gas viene normalmente rilasciata durante l'operazione del trasformatore, ma due allarmi consecutivi di gas leggero entro 24 ore indicano potenziali guasti gravi.

3. Analisi statistica degli allarmi di gas leggero nei trasformatori

Caso 1: Allarme di gas leggero in una sottostazione (7 luglio 2015)

Fenomeno del guasto: Il sistema di monitoraggio della sottostazione ha visualizzato "allarme di protezione non elettrica del corpo del trasformatore principale n. 3" e "allarme di gas leggero della fase C del corpo". Causa: L'ispezione sul posto ha rilevato che il livello d'olio nel relè di gas della fase C del trasformatore principale n. 3 era basso (volume di gas superiore a 300ml; impostazione dell'allarme di gas leggero: 270±10ml) (le fasi A e B erano piene). In base ai risultati dell'ispezione e alle riunioni speciali, il guasto è stato causato da oggetti estranei metallici, giudicati introdotti durante il trasporto/installazione (non dalla fabbricazione), poiché il monitoraggio non poteva coprire l'intero processo di fabbricazione. Disposizione: Il trasformatore difettoso è stato ritirato e sostituito con una fase di riserva. È stata costruita un'officina di manutenzione nella sottostazione per la riparazione sul posto da parte del produttore; il trasformatore riparato è stato immagazzinato come fase di riserva.

Caso 2: Allarme di gas leggero in una sottostazione (30 settembre 2015)

Fenomeno del guasto: Il sistema di monitoraggio ha segnalato "allarme di aumento di pressione della fase C del trasformatore principale n. 2", "segnale di trip di gas pesante" e "segnale di allarme di gas leggero"; non sono avvenute azioni di protezione elettrica. Causa: Le lacune di comunicazione tra l'istituto di progettazione e il produttore hanno portato a uno stress eccessivo sulla terminazione superiore del bushing; il bushing aveva un design di sigillatura debole; una zona a pressione negativa in cima al condotto portacorrente del bushing ha causato l'ingresso di aria/acqua dopo il fallimento del sigillo. Lo spostamento orizzontale massimo tra il connettore T del conduttore e il bushing ad alta tensione ha raggiunto 5,61m, portando a una tensione laterale prolungata, deformazione della terminazione e del coperchio, fallimento del sigillo e scariche interne nell'avvolgimento ad alta tensione a causa dell'ingresso di aria/acqua. Disposizione: Il trasformatore difettoso è stato ritirato e sostituito con una fase di riserva. La riparazione sul posto è stata completata nel 2016 dopo la costruzione di un'officina di manutenzione, e il trasformatore è stato immagazzinato come fase di riserva.

Caso 3: Allarme di gas leggero in una sottostazione (18 giugno 2018)

Fenomeno del guasto: Allarme di gas leggero della fase A del trasformatore principale n. 1 in una sottostazione. Causa: I test di campionamento di olio e gas hanno mostrato un gas non infiammabile e dati d'olio normali. Il relè di gas è stato svuotato lo stesso giorno, e il segnale è stato resettato immediatamente. Il monitoraggio a lungo termine dell'accumulo di gas nel relè non ha mostrato gas nuovo, confermando che l'allarme era causato da un accumulo di aria a lungo termine.

Caso 4: Allarme Gas Leggero Durante la Messa in Servizio

Fenomeno del Guasto: Allarme gas leggero della Fase C del trasformatore principale n. 3 durante la messa in servizio. Causa: Perdita d'olio dal relè di flusso d'olio del trasformatore; l'unità di costruzione non ha rilasciato completamente il gas dopo il rimpiazzo. Non è stato rilevato acetilene nel trasformatore. Soluzione: Rilasciare il gas dal trasformatore.

Caso 5: Allarme Gas Leggero in una Stazione Convertitrice (20 Novembre 2018)

Fenomeno del Guasto: Alle 06:24:55, lo sfondo OWS di una stazione convertitrice ha segnalato "Allarme gas leggero della Fase B di un trasformatore convertitore su un certo lato"; alle 06:40:57, è stato segnalato "Protezione gas pesante della Fase B di un trasformatore convertitore su un certo lato", e gli interruttori trifase del trasformatore convertitore 01B/02B sono saltati. Causa: Rottura della vescica del serbatoio di conservazione dell'olio. L'olio è entrato nella vescica, e un brusco calo di temperatura ha causato la sua immersione, ostruendo il condotto dell'olio e intrappolando il gas, portando all'azione del relè di gas. La vescica si è rotta a causa di un lungo periodo di stand-by e invecchiamento accelerato a basse temperature. Soluzione: L'ispezione sul posto ha confermato una rottura della vescica (la maggior parte dell'olio nel serbatoio era entrata nella vescica). La vescica è stata sostituita, e il trasformatore convertitore è tornato in funzione.

Caso 6: Allarme Gas Leggero in una Società Energetica (2 Gennaio 2017)

Fenomeno del Guasto: Il bipolare DC era in standby freddo in una società energetica; alle 20:37, è stato segnalato un allarme gas leggero del trasformatore convertitore YYC del Polo 1, seguito da un trip gas pesante alle 20:42. Causa: L'ispezione sul posto ha rilevato una perdita d'olio dalla pompa d'olio del ciclo di raffreddamento n. 4 del trasformatore convertitore Y/Y Fase C del Polo 1. La perdita si è arrestata dopo aver disconnesso l'alimentazione della pompa e chiuso le valvole ai due estremi. La causa radicale era la cattiva qualità dei materiali dei bulloni e delle flange della pompa, che ha portato a una grave corrosione, rottura dei bulloni, scivolamento del corpo della pompa e perdita massiccia d'olio. Soluzione: Sostituiti 4 pompe d'olio sommergibili del trasformatore convertitore YYC del Polo 1, riempito l'olio e svolte prove di manutenzione. Sincronamente sostituita o modificata la struttura dei bulloni di 52 pompe d'olio sommergibili in altri 13 trasformatori convertitori (inclusi 2 di riserva).

4. Spiegazione del Settaggio dell'Allarme o del Trip per il Gas Leggero

4.1 Introduzione ai Relè di Gas

I relè di gas operano rilevando il gas generato dalla decomposizione dell'olio o dalle ondate d'olio causate dai guasti interni del trasformatore, attivando i contatti di gas leggero (allarme) o di gas pesante (trip).

• Gas Leggero: Riflette guasti minori (ad esempio, surriscaldamento per sovraccarico, riscaldamento locale del nucleo, riscaldamento del serbatoio da dispersione magnetica). Il gas decomposto sale nella camera di raccolta del relè, abbassando il livello d'olio e attivando l'interruttore a reed del gas leggero per inviare un allarme. Un ulteriore calo del livello d'olio attiva il gas pesante.

• Gas Pesante: Riflette guasti gravi (ad esempio, terra alla presa, cortocircuito tra spire). La rapida generazione di gas spinge l'olio ad impattare contro un deflettore, attirando l'interruttore a reed del gas pesante tramite un magnete per far saltare il trasformatore.

4.2 Motivi per il Settaggio dell'Allarme Gas Leggero

• Trasformatori AC UHV: Ogni trasformatore principale e regolatore di tensione ha solo un relè di gas; i risaliti delle prese sono collegati al relè del corpo tramite tubi di raccolta del gas. È disponibile solo un contatto di allarme gas leggero, impostato in modalità allarme durante l'operazione normale (gas pesante per il trip).

• Trasformatori Convertitori: Dotati di 1 relè di gas (tecnologia Siemens) o 7+ relè di gas (tecnologia ABB). Il gas leggero è impostato in modalità allarme (gas pesante per il trip) durante l'operazione normale.

I relè di gas dei trasformatori convertitori hanno solo 1 o 2 contatti di allarme gas leggero, soggetti a falsi allarmi causati dall'ingresso d'acqua nelle scatole di connessione dei relè, dall'ingresso di gas carrier dalla cromatografia dell'olio nel serbatoio, o dall'ingresso d'aria a causa di una cattiva sigillatura del corpo. Non sono disponibili misure anti-malfunzionamento "due su tre". Se il gas leggero fosse impostato per il trip, i falsi allarmi potrebbero causare il trip di un polo monopolare (gruppo di valvole singolo), con la perdita di 1500MW o più di potenza, minacciando la stabilità della rete. Inoltre, il gas leggero fornisce una finestra di risposta per i guasti minori (ad esempio, lieve riscaldamento del nucleo o dell'isolamento) prima dell'attivazione del gas pesante, migliorando la disponibilità dell'equipaggiamento. Pertanto, le 18 Misure Antiguarco Maggiori della Rete e il Codice per l'Operatività dei Trasformatori Elettrici (DL/T572-2010) stabiliscono che il gas leggero deve essere impostato solo per l'allarme.

Casi di Malfunzionamento:

• 2003: L'ingresso d'acqua nel relè di gas del reattore di smoothing di un trasformatore convertitore ha causato un blocco bipolare, con la perdita di 1281MW.

• 2019: Si è verificata un'interruzione temporanea a causa di un guasto nel circuito di contatto del relè di gas di un trasformatore convertitore.

4.3 Proposta per Modificare il Gas Leggero da Allarme a Trip nei Trasformatori UHV

Data la minaccia per la sicurezza personale rappresentata da guasti improvvisi nei trasformatori UHV, si propone di cambiare l'azione del gas leggero da allarme a trip per i trasformatori UHV, per le seguenti ragioni:

• Azione Precoce in Guasti Gravi: Il gas leggero può attivarsi prima del gas pesante durante guasti improvvisi e gravi. Il trip del gas leggero può isolare rapidamente il trasformatore difettoso, prevenendo danni gravi all'equipaggiamento o ferimenti. (ad esempio, 2016: Un reattore shunt UHV è esploso dopo diversi allarmi gas leggero; 2017: Il gas leggero si è attivato 32 secondi prima del gas pesante durante un guasto alla presa di un trasformatore convertitore.)

• Robustezza della Rete: La rete elettrica rinforzata può tollerare la perdita di un gruppo di valvole o di un trasformatore senza problemi di stabilità.

• Riduzione del Rischio di Malfunzionamento: La gestione migliorata dei relè non elettrici (ad esempio, installazione di coperture antipioggia, ispezioni campionarie regolari, controlli sull'isolamento dei circuiti) ha ridotto significativamente i falsi allarmi. Le statistiche mostrano che non ci sono stati falsi allarmi di gas leggero nelle stazioni convertitrici (negli ultimi 3 anni) e nelle sottostazioni (negli ultimi 5 anni); 6 azioni registrate erano dovute a gas non rilasciato durante la costruzione (non guasti all'equipaggiamento).

Misure temporanee: Durante il funzionamento instabile dei trasformatori UHV, impostare tutti i contatti di gas leggero (risalitori di bocchette, cambiator di rapporto, corpo) dei trasformatori convertitori, trasformatori principali e trasformatori regolatori di tensione in modalità di trip per garantire la sicurezza del personale e dell'equipaggiamento.

4.4 Piano di implementazione per la modifica da gas leggero a trip

• Trasformatori convertitori: Modificare il software tramite l'uscita monosistema del controllo CC per cambiare i segnali di gas leggero in trip. Non è richiesto un test di trip dopo la modifica (i circuiti di segnalazione vengono verificati annualmente); implementare durante le interruzioni pianificate (1 giorno).

• Trasformatori AC: Modificare il cablaggio sui pannelli di protezione e condurre test di trasmissione (1 giorno).