Hovedtransformatorulykker og problemer med lettgassdrift

1. Ulykkesjournal (19. mars 2019)

Klokken 16:13 den 19. mars 2019 rapporterte overvåkningsbakgrunnen en lett gassaksjon for hovedtransformator nummer 3. I samsvar med Reglene for drift av krafttransformatorer (DL/T572-2010), inspiserte drifts- og vedlikeholds (O&M) personell tilstanden på stedet for hovedtransformator nummer 3.

Bekreftelse på stedet: WBH ikke-elektriske beskyttelsespanel for hovedtransformator nummer 3 rapporterte en lett gassaksjon for fase B av transformatorhvelvingen, og tilbakestilling var ineffektiv. O&M-personell inspiserte fase B gassrelé og gassprøveboks for hovedtransformator nummer 3, og utførte tester på kjernens og klemmenes jordstrøm for transformatorhvelvingen.

Klokken 16:36 rapporterte understasjonsovervåkingen en tung gassaksjon trip for hovedtransformator nummer 3, med fase B hvelving i brann. Transformatorens faste skumspøytemiddeleksinklingsystem aktiveres korrekt (signalkilder er tilgjengelige).

Tiltak for denne ulykken:

• Utvikle et ombygningsprogram for lett gass til trip: Organiser utarbeidelsen av tekniske ombygningsløsninger, planlegg senere strømningsavbrudd, og klargjør O&M-tiltak før ombygging.

• Spesiell inspeksjon og ombygging for i drift stående transformatorer: Før inn målrettede inspeksjoner av operativ transformator basert på feilårsak, og formuler ombygningsforanstaltninger.

2. Prosedyre for behandling av lettgassalarm

Reglene for drift av krafttransformatorer (DL/T572-2010) spesifiserer at transformatorgassreléer skal være utstyrt med to sett kontakter: lettgass og tunggass. Under normal drift er lettgass satt til alarmmodus, og tunggass til trippmodus. Den typiske prosedyren for å håndtere lettgassalarmer for transformatorer er som følger:

• Når gassbeskyttelsessignalet aktiveres, inspiser umiddelbart transformator for å bestemme om det skyldes luftakkumulering, oljenivånedgang, sekundærkretsfeil eller interne transformatorfeil.

• Hvis det finnes gass i gassreléet, noter gassvolum, observer gassfarge og brennbarhet, og ta prøver av gass og olje for kromatografisk analyse.

• Hvis gassen i reléet er farve- og lukt- og ubrennbar, og kromatografisk analyse identifiserer den som luft, kan transformator fortsette drift, og luftinnslippdefekten skal elimineres raskt.

• Hvis gassen er brennbart eller løste gasseranalyse (DGA) resultatet er uvanlig, vurder om transformator skal settes ned.

Ny Anti-Ulykkestiltak (9.2.3.6) spesifiserer: "Hvis en transformator opplever to consecutive lettgassalarmer innen én dag, søk umiddelbart etter strømningsavbruddinspeksjon; for transformatorer (reaktorer) uten tvungen oljecirkulasjonstruktur og uten oljeuttrekk og kvelfyllingseinrichtning, søk umiddelbart etter strømningsavbruddinspeksjon ved lettgassalarm for hvelvingen."

Nylig installerte transformatorer eller de som gjennomgår oljehåndtering, er utsatt for lettgassalarmer under initial drift. Tvungen oljecirkulasjonstransformatorer kan få luftinnslipp pga oljelækasje i negativt trykkområder; transformatorer med oljeuttrekk og kvelfyllingseinrichtninger kan ha gass fangst i oljeuttrekkledninger—begge situasjoner kan forårsake lettgassalarmer. En liten mengde gass frigjøres vanligvis under transformatordrift, men to consecutive lettgassalarmer innen 24 timer indikerer potensielle alvorlige feil.

3. Statistisk analyse av lettgassalarmer for transformatorer

Sak 1: Lettgassalarm ved en understasjon (7. juli 2015)

Feilmelding: Understasjonsmonitoringen viste "Ikke-elektrisk beskyttelsealarm for hovedtransformator nummer 3" og "Fase C lettgassalarm for hvelvingen". Årsak: På stedets inspeksjon fant man lavt oljenivå i fase C gassrelé for hovedtransformator nummer 3 (gassvolum over 300ml; lettgassalarminnstilling: 270±10ml) (fasene A og B var full). Basert på inspeksjonsresultater og spesialmøter, ble feilen forårsaket av metalliske fremmedlegemer, som ble ansett å være introdusert under transport/installasjon (ikke fra produksjon), da overvåking ikke dekker hele produksjonsprosessen. Behandling: Den defekte transformator ble trukket og erstattet med en reservefase. Et vedlikeholdsværksted ble bygget ved understasjonen for på stedet reparer av produsent; den reparerte transformator ble lagret som en reservefase.

Sak 2: Lettgassalarm ved en understasjon (30. september 2015)

Feilmelding: Overvåkingen rapporterte "Trykkstøtalarm for fase C av hovedtransformator nummer 2", "tunggastrip-signal" og "lettgassalarm-signal"; ingen elektrisk beskyttelsesaksjon forekom. Årsak: Kommunikasjonsmangler mellom designinstituttet og produsent førte til for høyt stress på bushing toppterminal; bushingen hadde svakt tettet design; et negativt trykkområde på toppen av bushing strømføringsrør førte til luft/vann innslipp etter tettefeil. Det maksimale horisontale forskyvningen mellom led T-forbindelse og høytrykk bushing nådde 5,61m, som førte til langvarig sidekraft, deformasjon av terminal og deksel, tettefeil, og intern utslipp i høytrykk vindinger pga luft/vann innslipp. Behandling: Den defekte transformator ble trukket og erstattet med en reservefase. På stedet reparasjon ble fullført i 2016 etter bygging av vedlikeholdsværksted, og transformator ble lagret som en reservefase.

Sak 3: Lettgassalarm ved en understasjon (18. juni 2018)

Feilmelding: Fase A lettgassalarm for hovedtransformator nummer 1 ved en understasjon. Årsak: Olje- og gassprøvetester viste ubrennbart gass og normal olje-data. Gassreléet ble ventet samme dag, og signalet resettet umiddelbart. Langvarig sporring av gassakkumulering i reléet viste ingen nytt gass, bekreftet at alarmen ble forårsaket av langvarig luftakkumulering.

Sak 4: Lys gassalarm under kommisjonering

Feilfenomen: Lys gassalarm for fase C av hovedtransformator nr. 3 under kommisjonering.Årsak: Oljelekkasje fra transformatorens oljestyringsrele; byggebedriften klarte ikke å fylle ut gass fullstendig etter bytte. Ingen acetylen ble oppdaget i transformatoren.Behandling: Fyll ut gass fra transformatoren.

Sak 5: Lys gassalarm ved en konverteringsstasjon (20. november 2018)

Feilfenomen: Kl. 06:24:55 rapporterte OWS-bakgrunnen ved en konverteringsstasjon "Lys gassalarm for fase B av en konverterings-transformator på en viss side"; kl. 06:40:57 ble det rapportert "Tung gassbeskyttelse for fase B av en konverterings-transformator på en viss side", og 01B/02B konverterings-transformator-sirkuitsbrytere strøk trefas.Cause: Blåsebaljebrytning. Olje gikk inn i blåsebaljen, og et plutselig temperaturfall førte til at den oljefylte blåsebaljen sank, blokkerte oljerørledningen og fangst gass, som førte til at gassrelet virket. Blåsebaljen brøt seg på grunn av langvarig beredskap og forøkt aldring ved lave temperaturer.Behandling: Stedlige inspeksjoner bekreftet en blåsebaljesprekk (de fleste av oljen i beholderen hadde gatt inn i blåsebaljen). Blåsebaljen ble byttet, og konverterings-transformatoren gjenopptok drift.

Sak 6: Lys gassalarm ved et energiselskap (2. januar 2017)

Feilfenomen: DC bipol var i kald beredskap ved et energiselskap; kl. 20:37 ble det rapportert lys gassalarm for Pol 1 YYC-konverterings-transformator, fulgt av tung gassstrøk kl. 20:42.Årsak: Stedlige inspeksjoner fant oljelekkasje fra oljepumpe nr. 4 i køylingen av fase C av Pol 1 Y/Y C-konverterings-transformator. Lekkasjen stoppet etter at pumpeelektriciteten ble skrudd av og ventilene på begge ender ble lukket. Grunnettersaken var dårlig materialkvalitet av boltene og pumpeende dekke flansjer, som førte til sterkt korrosjon, boltbrudd, pumpelegeme glipp, og massiv oljelekkasje.Behandling: Byttet 4 dypgående oljepumper for Pol 1 YYC-konverterings-transformator, fylte på olje, og gjennomførte vedlikeholdsprover. Synkroniserende bytt eller endret boltstrukturen av 52 dypgående oljepumper i 13 andre konverterings-transformatorer (inkludert 2 reserveter).

4. Forklaring av lys gass satt til alarm eller strøk

4.1 Introduksjon til gassreler

Gassreler fungerer ved å oppdage gass generert fra oljeoppdeling eller oljeimpulser forårsaket av interne transformatorfeil, som utløser lys gass (alarm) eller tung gass (strøk) kontakter.

• Lys Gass: Reflekterer mindre feil (f.eks. overbelastningsoppvarming, lokal kjerneproblemer, tankoppvarming fra magnetisk lekkasje). Dekomponert gass stiger inn i reléets gassamlingskammer, senker oljenivået og aktiverer lys gass reed switch for å sende alarm. Videre nedgang i oljenivå utløser tung gass.

• Tung Gass: Reflekterer alvorlige feil (f.eks. bussholder jordkontakt, spole kortslutning). Hurtig gassgenerering presser olje mot en baffle, trekker tung gass reed switch via en magnet for å strøk transformatoren.

4.2 Årsaker for lys gass satt til alarm

• UHVS AC-transformatorer: Hver hoved- og spenning-regulerende transformator har bare ett gassrele; bussholder risere forbinder kroppen rele via gassamlingsrør. Bare én lys gassalarmkontakt er tilgjengelig, satt til alarmmodus under normal drift (tung gass for å strøk).

• Konverterings-transformatorer: Utrüstet med 1 gassrele (Siemens teknologi) eller 7+ gassreler (ABB teknologi). Lys gass er satt til alarmmodus (tung gass for å strøk) under normal drift.

Konverterings-transformator gassreler har bare 1 eller 2 lys gassalarmkontakter, som er utsatt for falske alarmer forårsaket av vanninngang i relé junction boxes, carrier gass fra oljechromatografi som går inn i tanken, eller luftintak på grunn av dårlig kroppsselvending. Det er ingen "to av tre" anti-misoperativmegetiltak tilgjengelig. Hvis lys gass er satt til å strøk, kan falske alarmer føre til DC monopole (enkel valvegruppe) strøk, tap av 1500MW eller mer strøm og trussel mot nettstabilitet. I tillegg gir lys gass en responsperiode for mindre feil (f.eks. mild kjernekjøling/isolasjon) før tung gassaktivitet, som forbedrer utstyrs tilgjengelighet. Derfor står 18 store nett antiasidents tiltak og Kode for drift av krafttransformatorer (DL/T572-2010) fastslår at lys gass skal kun settes til alarm.

Falske operasjonsesaker:

• 2003: Vanninngang i en konverterings-transformators glatte reaktor gassrelé forårsaket bipolar blokk, tap av 1281MW.

• 2019: En midlertidig utestenging oppsto på grunn av en feil i kontaktkretsen til en konverterings-transformator gassrelé.

4.3 Forslag om å endre lys gass til strøk for UHVS-transformatorer

Ettersom risikoen for plutselige feil i UHVS-transformatorer truer personell sikkerhet, foreslås det å endre lys gassaksjon fra alarm til strøk for UHVS-transformatorer, av følgende grunner:

• Tidlig handling ved alvorlige feil: Lys gass kan aktiveres før tung gass under plutselige alvorlige feil. Strøking på lys gass kan raskt isolere den defekte transformator, unngå store utstyrsskader eller dødsfall. (f.eks. 2016: En UHVS parallellreaktor eksploderte etter flere lys gassalarmer; 2017: Lys gass aktiveres 32 sekunder før tung gass under en konverterings-transformator bussholderfeil.)

• Nett robusthet: Det forsterkede kraftnett kan tolerere tap av en valvegruppe eller transformator uten stabilitetsproblemer.

• Redusert risiko for falsk operasjon: Forbedret forvaltning av ikke-elektriske reléer (f.eks. installering av regndeksel, regelmessige prøvetaking, kretsisolering sjekker) har betydelig redusert falske alarmer. Statistikk viser ingen falske lys gassaksjoner i konverteringsstasjoner (3 år) og understasjoner (5 år); 6 registrerte aksjoner ble forårsaket av uventilert gass under anleggsarbeid (ikke utstyrfeil).

Midlertidig tiltak: Under ustabil drift av UHV-transformatorer, sett alle lettgasskontakter (busholder, spenningsveksler, kropp) for omdannertransformatorer, hovedtransformatorer og spenningsregulerende transformatorer til trippmodus for å sikre personell- og utstyrssikkerhet.

4.4 Implementeringsplan for endring av lettgass til tripp

• Omdannertransformatorer: Endre programvare via DC-kontrollens enkeltsystemtrekk for å endre lettgasssignaler til tripp. Det kreves ingen trippprøve etter endring (signalbaner verifiseres årlig); implementer under planlagte nedstillinger (1 dag).

• AC-transformatorer: Endre kablings på beskyttelsespaneler og utfør overføringsprøver (1 dag).