Główny transformator Wypadki i problemy z lekkim gazem

1. Zapis wypadku (19 marca 2019)

O godzinie 16:13 19 marca 2019 system monitorowania zgłosił akcję gazu lekkiego na trzecim głównym transformatorze. W zgodzie z Normą dla eksploatacji transformatorów mocy (DL/T572-2010), personel operacyjny i konserwacyjny (O&M) przeprowadził inspekcję stanu na miejscu trzeciego głównego transformatora.

Potwierdzenie na miejscu: Panel nieelektrycznej ochrony WBH trzeciego głównego transformatora zgłosił akcję gazu lekkiego w fazie B korpusu transformatora, a reset był nieskuteczny. Personel O&M sprawdził relé gazowe fazy B i skrzynkę do pobierania próbek gazu trzeciego głównego transformatora, oraz przeprowadził pomiary prądów ziemnych rdzenia i obciążenia korpusu transformatora.

O godzinie 16:36 system monitorowania podstacji zgłosił akcję gazu ciężkiego i wyłączanie trzeciego głównego transformatora, z pożarem korpusu fazy B. System gaśniczy stały pianowy transformatora działał poprawnie (dostępne zdjęcia sygnałów).

Zarządzanie tym wypadkiem:

• Rozwój planu transformacji gazu lekkiego: Organizacja tworzenia schematów technologicznych, ustalenie kolejnych planów wyłączeń, oraz określenie środków O&M przed transformacją.

• Specjalna inspekcja i transformacja transformatorów w eksploatacji: Przeprowadzenie celowych kontroli działających transformatorów na podstawie przyczyny awarii, oraz opracowanie środków transformacji.

2. Procedura obsługi alarmu gazu lekkiego

Norma dla eksploatacji transformatorów mocy (DL/T572-2010) określa, że relé gazowe transformatorów powinno być wyposażone w dwa zestawy kontaktów: gaz lekki i gaz ciężki. W normalnym trybie pracy, gaz lekki jest ustawiony w tryb alarmowy, a gaz ciężki w tryb wyłączający. Typowa procedura obsługi alarmów gazu lekkiego transformatora jest następująca:

• Gdy sygnał ochrony gazowej jest aktywowany, natychmiast przeprowadź inspekcję transformatora, aby określić, czy jest to spowodowane przez nagromadzenie powietrza, spadek poziomu oleju, awarię obwodu wtórnego, czy wewnętrzne uszkodzenie transformatora.

• Jeśli w relé gazowym istnieje gaz, zarejestruj objętość gazu, obserwuj kolor i zapalność, oraz zebrze próbki gazu i oleju do analizy chromatograficznej.

• Jeśli gaz w relé jest bezbarwny, bezwonny, niezapalny, a analiza chromatograficzna identyfikuje go jako powietrze, transformator może kontynuować pracę, a wada wprowadzania powietrza powinna być usunięta jak najszybciej.

• Jeśli gaz jest zapalny lub wyniki analizy gazów rozpuszczonych (DGA) są nietypowe, należy kompleksowo ocenić, czy należy wyłączyć transformator.

Nowe środki antywypadkowe (9.2.3.6) określają: "Jeśli transformator doświadczy dwóch kolejnych alarmów gazu lekkiego w ciągu jednego dnia, natychmiast zastosuj się do wniosku o wyłączenie zasilania; dla transformatorów (reaktorów) z konstrukcją bez wymuszonego cyrkulacji oleju i bez urządzenia do odprowadzania oleju i wtryskiwania azotu, natychmiast zastosuj się do wniosku o wyłączenie zasilania przy alarmie gazu lekkiego korpusu."

Nowo uruchomione transformatory lub te poddane obróbce oleju są podatne na alarmy gazu lekkiego w początkowej fazie eksploatacji. Transformatory z wymuszoną cyrkulacją oleju są podatne na wprowadzanie powietrza z powodu przecieków oleju w obszarach o ujemnym ciśnieniu; transformatory z urządzeniami do odprowadzania oleju i wtryskiwania azotu mogą mieć gaz uwięziony w rurociągach odprowadzających olej - obie sytuacje mogą prowadzić do alarmów gazu lekkiego. Mała ilość gazu jest normalnie uwalniana podczas pracy transformatora, ale dwa kolejne alarmy gazu lekkiego w ciągu 24 godzin wskazują na potencjalne poważne uszkodzenia.

3. Analiza statystyczna alarmów gazu lekkiego transformatorów

Przypadek 1: Alarm gazu lekkiego w podstacji (7 lipca 2015)

Zjawisko awaryjne: System monitorowania podstacji wyświetlił "Alarm nieelektrycznej ochrony korpusu trzeciego głównego transformatora" i "Alarm gazu lekkiego fazy C korpusu". Przyczyna: Inspekcja na miejscu wykazała, że poziom oleju w relé gazowym fazy C trzeciego głównego transformatora był niski (objętość gazu przekroczyła 300ml; ustawienie alarmu gazu lekkiego: 270±10ml) (fazy A i B były pełne). Na podstawie wyników inspekcji i specjalnych spotkań, awaria była spowodowana metalowymi obcymi ciałami, które prawdopodobnie zostały wprowadzone podczas transportu/instalacji (nie z produkcji), ponieważ monitoring nie obejmował całego procesu produkcyjnego. Rozwiązanie: Awaryjny transformator został wycofany i zastąpiony rezerwową fazą. Przy podstacji zbudowano warsztat serwisowy, gdzie producent przeprowadził naprawę na miejscu; naprawiony transformator został przechowany jako rezerwowa faza.

Przypadek 2: Alarm gazu lekkiego w podstacji (30 września 2015)

Zjawisko awaryjne: System monitorowania zgłosił "Alarm przepięcia ciśnienia fazy C drugiego głównego transformatora", "sygnał wyłącznika gazu ciężkiego" i "sygnał alarmu gazu lekkiego"; nie wystąpiły żadne działania ochrony elektrycznej. Przyczyna: Brak komunikacji między instytutem projektowym a producentem doprowadził do nadmiernego obciążenia końcówki szczytowej izolatora; izolator miał słabe zaprojektowanie szczelności; strefa ujemnego ciśnienia na szczycie przewodnika prądotwórczego izolatora powodowała wciąganie powietrza/wody po uszkodzeniu szczelności. Maksymalne poziome przesunięcie między T-konktorem przewodnika a wysokonapięciowym izolatorem wyniosło 5,61m, co prowadziło do długotrwałego naprężenia bocznego, deformacji końcówki i pokrywy, uszkodzenia szczelności i wewnętrznej iskrzenia w cewce wysokiego napięcia z powodu wciągania powietrza/wody. Rozwiązanie: Awaryjny transformator został wycofany i zastąpiony rezerwową fazą. Naprawa na miejscu została zakończona w 2016 roku po zbudowaniu warsztatu serwisowego, a transformator został przechowany jako rezerwowa faza.

Przypadek 3: Alarm gazu lekkiego w podstacji (18 czerwca 2018)

Zjawisko awaryjne: Alarm gazu lekkiego fazy A pierwszego głównego transformatora w podstacji. Przyczyna: Badania próbek oleju i gazu wykazały, że gaz jest niezapalny, a dane oleju były normalne. Relé gazowe zostało wentylowane tego samego dnia, a sygnał został od razu zresetowany. Długotrwałe śledzenie gromadzenia gazu w relé nie wykazało nowego gazu, co potwierdziło, że alarm był spowodowany długotrwałym nagromadzeniem powietrza.

Przypadek 4: Alarm gazowy lekki podczas wdrożenia

Zjawisko awarii: Alarm gazowy lekki fazy C trzeciego głównego transformatora podczas wdrożenia. Przyczyna: Wyciecie oleju z przepływowego relé transformatora; jednostka wykonawcza nie wyekspediowała gazu po wymianie. Nie wykryto acetylenu w transformatorze. Rozwiązanie: Wyekspediowanie gazu z transformatora.

Przypadek 5: Alarm gazowy lekki na stacji konwertera (20 listopada 2018)

Zjawisko awarii: O godzinie 06:24:55 tło OWS stacji konwertera zgłosiło "Alarm gazowy lekki fazy B transformatora konwertera na pewnej stronie"; o godzinie 06:40:57 zgłoszono "Ochronę ciężkiego gazu fazy B transformatora konwertera na pewnej stronie", a przełączniki obwodu transformatora konwertera 01B/02B odłączyły się trójfazowo. Przyczyna: Pęknięcie pęcherza zbiornika oleju. Olej wleciał do pęcherza, a nagłe obniżenie temperatury spowodowało, że pęcherz napełniony olejem opadł, zablokował rurociąg olejowy i uwięził gaz, prowadząc do działania relé gazu. Pęcherz pękł ze względu na długotrwały stan gotowości i przyspieszone starzenie w niskich temperaturach. Rozwiązanie: Lokalna inspekcja potwierdziła pęknięcie pęcherza (większość oleju w zbiorniku weszła do pęcherza). Pęcherz został wymieniony, a transformator konwertera wznowił pracę.

Przypadek 6: Alarm gazowy lekki w firmie energetycznej (2 stycznia 2017)

Zjawisko awarii: Dwubiegunowy system DC był w stanie zimnego rezerwu w firmie energetycznej; o godzinie 20:37 zgłoszono alarm gazowy lekki transformatora konwertera bieguna 1 YYC, a o godzinie 20:42 nastąpił skok ciężkiego gazu. Przyczyna: Lokalna inspekcja wykazała wyciecie oleju z czwartego pompy chłodzenia cyrkulacyjnej fazy C transformatora konwertera Y/Y bieguna 1. Wyciecie zatrzymano po odłączeniu zasilania pompy i zamknięciu zaworów na obu końcach. Podstawową przyczyną była niska jakość materiału śrub i flanszu pompy, co doprowadziło do poważnej korozji, pękania śrub, przesunięcia korpusu pompy i masowego wycieku oleju. Rozwiązanie: Zastąpiono 4 pompy zanurzane transformatora konwertera bieguna 1 YYC, uzupełniono olej i przeprowadzono testy konserwacyjne. Synchronicznie zastąpiono lub zmodyfikowano strukturę śrub 52 pomp zanurzanych w 13 innych transformatorach konwerterowych (w tym 2 rezerwowe).

4. Wyjaśnienie ustawienia alarmu lub skoku dla lekkiego gazu

4.1 Wprowadzenie do relé gazu

Relé gazu działają poprzez wykrywanie gazu wytworzonych z rozkładu oleju lub fal oleju spowodowanych wewnętrznymi uszkodzeniami transformatora, wyzwalając kontakty lekkiego gazu (alarm) lub ciężkiego gazu (skok).

• Lekki gaz: Odbija drobne uszkodzenia (np. przegrzewanie przez przeciążenie, lokalne grzanie rdzenia, grzanie zbiornika przez przecieki magnetyczne). Wydzielony gaz wznosi się do komory zbierającej gazu, obniżając poziom oleju i aktywując przełącznik reed lekkiego gazu, wysyłając alarm. Dalsze obniżanie poziomu oleju wyzwala ciężki gaz.

• Ciężki gaz: Odbija poważne uszkodzenia (np. ziemniaczenie izolatora, krótkie połączenie między zwitkami). Szybkie generowanie gazu popycha olej, który uderza w przegrodę, przyciągając przełącznik reed ciężkiego gazu za pomocą magnesu, co powoduje skok transformatora.

4.2 Powody ustawienia lekkiego gazu na alarm

• Transformatory UHV AC: Każdy główny i regulujący transformator ma tylko jedno relé gazu; zbiorniki izolatorów są połączone z relé gazu korpusu poprzez rury zbierające gaz. Jest dostępny tylko jeden kontakt alarmu lekkiego gazu, ustawiony w trybie alarmu w normalnym działaniu (ciężki gaz do skoku).

• Transformatory konwerterowe: Wyposażone w 1 relé gazu (technologia Siemens) lub 7+ relé gazu (technologia ABB). Lekki gaz jest ustawiony w trybie alarmu (ciężki gaz do skoku) w normalnym działaniu.

Relé gazu transformatorów konwerterowych mają tylko 1 lub 2 kontakty alarmu lekkiego gazu, które są narażone na fałszywe alarmy spowodowane wprowadzeniem wody do skrzynek relé, wprowadzeniem nośnika gazu z chromatografii gazowej do zbiornika lub wprowadzeniem powietrza z powodu złej szczelności korpusu. Brak środków zapobiegających fałszywym operacjom typu "dwie z trzech". Jeśli lekki gaz jest ustawiony na skok, fałszywe alarmy mogą spowodować skoki monopola DC (jednej grupy walw), utracić 1500MW lub więcej mocy, grożąc stabilnością sieci. Ponadto, lekki gaz dostarcza okna reakcji na drobne uszkodzenia (np. łagodne grzanie rdzenia/izolacji) przed aktywacją ciężkiego gazu, poprawiając dostępność sprzętu. Dlatego 18 Głównych Mierniczych środków zapobiegających wypadkom w sieci i Normy ds. Eksploatacji Transformatorów Energetycznych (DL/T572-2010) przewidują, że lekki gaz powinien być ustawiony tylko na alarm.

Przypadki fałszywych operacji:

• 2003: Wprowadzenie wody do relé gazu wygładzającego transformatora konwertera spowodowało blokadę bipolarną, utracając 1281MW.

• 2019: Wystąpiła tymczasowa przerwa z powodu uszkodzenia obwodu kontaktowego relé gazu transformatora konwertera.

4.3 Propozycja modyfikacji lekkiego gazu na skok dla transformatorów UHV

Z uwagi na ryzyko nagłych uszkodzeń w transformatorach UHV, które zagrażają bezpieczeństwu personelu, proponuje się zmianę działania lekkiego gazu z alarmu na skok dla transformatorów UHV, z następujących powodów:

• Wczesna akcja przy poważnych uszkodzeniach: Lekki gaz może aktywować się przed ciężkim gazem podczas nagłych poważnych uszkodzeń. Skok na lekki gaz może szybko izolować uszkodzony transformator, zapobiegając poważnym uszkodzeniom sprzętu lub ofiarom śmiertelnym. (np. 2016: Reaktor szeregowy UHV eksplodował po wielokrotnych alarmach lekkiego gazu; 2017: Lekki gaz aktywował się 32 sekundy przed ciężkim gazem podczas uszkodzenia izolatora transformatora konwertera.)

• Wytrzymałość sieci: Wzmocniona sieć energetyczna może tolerować utratę jednej grupy walw lub transformatora bez problemów ze stabilnością.

• Zmniejszenie ryzyka fałszywych operacji: Poprawione zarządzanie niestandardowymi relé (np. montaż osłon deszczowych, regularne próbkowanie, kontrole izolacji obwodów) znacznie zmniejszyło fałszywe alarmy. Statystyki pokazują, że nie było fałszywych działań lekkiego gazu w stacjach konwerterowych (3 lata) i stacjach przesyłowych (5 lat); 6 zarejestrowanych działań było spowodowanych nieekspediowanym gazem podczas budowy (nie uszkodzenia sprzętu).

Tymczasowe środki: W okresie niestabilnej pracy transformatorów UHV, ustaw wszystkie kontakty lekkiego gazu (wyprowadzenia izolatorów, przełącznik wstępu, korpus) transformatorów przekształcających, głównych transformatorów i transformatorów regulujących napięcie w tryb wyzwalania, aby zapewnić bezpieczeństwo personelu i sprzętu.

4.4 Plan realizacji modyfikacji lekkiego gazu do trybu wyzwalania

• Transformatory przekształcające: Zmodyfikuj oprogramowanie poprzez jednosystemowy wycof z systemu sterowania prądem stałym, aby zmienić sygnały lekkiego gazu na tryb wyzwalania. Po modyfikacji nie wymagane są testy wyzwalania (obwody sygnałowe są corocznie weryfikowane); wprowadź podczas planowanych awarii (1 dzień).

• Transformatory AC: Zmodyfikuj przewodzenie na panelach ochronnych i przeprowadź testy transmisji (1 dzień).