Acidentes de Transformador Principal e Problemas de Operação com Gás Leve

1. Registro de Acidente (19 de março de 2019)

Às 16:13 do dia 19 de março de 2019, o sistema de monitoramento reportou uma ação de gás leve no transformador principal número 3. Conforme o Código para Operação de Transformadores de Potência (DL/T572-2010), os funcionários de operação e manutenção (O&M) inspecionaram a condição local do transformador principal número 3.

Confirmação no local: O painel de proteção não-elétrica WBH do transformador principal número 3 reportou uma ação de gás leve na fase B do corpo do transformador, e a reinicialização foi ineficaz. Os funcionários de O&M inspecionaram o relé de gás da fase B e a caixa de amostragem de gás do transformador principal número 3, e realizaram testes na corrente de aterramento do núcleo e do estribo do corpo do transformador.

Às 16:36, o sistema de monitoramento da subestação reportou uma ação de gás pesado com desligamento do transformador principal número 3, com o corpo da fase B em chamas. O sistema de extinção de incêndio por espuma fixa do transformador ativou-se corretamente (fotos do sinal disponíveis).

Medidas para Este Acidente:

• Desenvolver um plano de transformação de gás leve para desligamento: Organizar a compilação de esquemas de transformação técnica, programar planos de interrupção de energia subsequentes e esclarecer as medidas de O&M antes da transformação.

• Inspecção especial e transformação de transformadores em serviço: Realizar inspeções direcionadas em transformadores em operação com base na causa do defeito, e formular medidas de transformação.

2. Processo de Tratamento de Alarme de Gás Leve

O Código para Operação de Transformadores de Potência (DL/T572-2010) estipula que os relés de gás dos transformadores devem ser equipados com dois conjuntos de contatos: gás leve e gás pesado. Em operação normal, o gás leve é configurado para modo de alarme, e o gás pesado para modo de desligamento. O processo típico de tratamento de alarmes de gás leve nos transformadores é o seguinte:

• Quando o sinal de proteção de gás é acionado, inspecione imediatamente o transformador para determinar se é causado por acumulação de ar, queda do nível de óleo, falha no circuito secundário ou falhas internas do transformador.

• Se houver gás no relé de gás, registre o volume de gás, observe a cor e a inflamabilidade do gás, e colete amostras de gás e óleo para análise cromatográfica.

• Se o gás no relé for incolor, inodoro, não-inflamável, e a análise cromatográfica identificar como ar, o transformador pode continuar em operação, e o defeito de entrada de ar deve ser eliminado prontamente.

• Se o gás for inflamável ou o resultado da análise de gases dissolvidos (DGA) for anormal, julgue de forma abrangente se deve desligar o transformador.

As Novas Medidas Anti-Acidentes (9.2.3.6) estipulam: "Se um transformador experimentar dois alarmes consecutivos de gás leve em um dia, solicite imediatamente uma inspeção de interrupção de energia; para transformadores (reatores) com estrutura sem circulação forçada de óleo e sem dispositivo de drenagem de óleo e injeção de nitrogênio, solicite imediatamente uma inspeção de interrupção de energia em caso de alarme de gás leve no corpo."

Transformadores recém-comissionados ou aqueles em tratamento de óleo são propensos a alarmes de gás leve durante a operação inicial. Transformadores com circulação forçada de óleo são suscetíveis à entrada de ar devido a vazamentos de óleo em áreas de pressão negativa; transformadores com dispositivos de drenagem de óleo e injeção de nitrogênio podem ter gás preso nas linhas de drenagem de óleo - ambas as situações podem causar alarmes de gás leve. Uma pequena quantidade de gás é liberada normalmente durante a operação do transformador, mas dois alarmes consecutivos de gás leve em 24 horas indicam potenciais falhas graves.

3. Análise Estatística de Alarmes de Gás Leve em Transformadores

Caso 1: Alarme de Gás Leve em uma Subestação (7 de julho de 2015)

Fenômeno do Defeito: O sistema de monitoramento da subestação exibiu "Alarme de proteção não-elétrica do corpo do transformador principal número 3" e "Alarme de gás leve na fase C do corpo". Causa: A inspeção no local constatou que o nível de óleo no relé de gás da fase C do transformador principal número 3 estava baixo (volume de gás excedeu 300ml; configuração de alarme de gás leve: 270±10ml) (as fases A e B estavam cheias). Com base nos resultados da inspeção e reuniões especiais, o defeito foi causado por objetos estranhos metálicos, que foram julgados ter sido introduzidos durante o transporte/instalação (não provenientes da fabricação), pois o monitoramento não cobria todo o processo de fabricação. Disposição: O transformador defeituoso foi retirado e substituído por uma fase reserva. Foi construída uma oficina de manutenção na subestação para reparo no local pelo fabricante; o transformador reparado foi armazenado como fase reserva.

Caso 2: Alarme de Gás Leve em uma Subestação (30 de setembro de 2015)

Fenômeno do Defeito: O sistema de monitoramento reportou "Alarme de surto de pressão na fase C do transformador principal número 2", "sinal de desligamento de gás pesado" e "sinal de alarme de gás leve"; nenhuma ação de proteção elétrica ocorreu. Causa: Falhas de comunicação entre o instituto de design e o fabricante resultaram em estresse excessivo no terminal superior da mangueira; a mangueira tinha um design de vedação fraco; uma zona de pressão negativa no topo do conduto de condução de corrente da mangueira causou a entrada de ar/água após a falha da vedação. O deslocamento horizontal máximo entre o conector T do condutor e a mangueira de alta tensão atingiu 5,61m, levando a uma tensão lateral de longo prazo, deformação do terminal e da tampa, falha da vedação e descarga interna no enrolamento de alta tensão devido à entrada de ar/água. Disposição: O transformador defeituoso foi retirado e substituído por uma fase reserva. O reparo no local foi concluído em 2016 após a construção de uma oficina de manutenção, e o transformador foi armazenado como fase reserva.

Caso 3: Alarme de Gás Leve em uma Subestação (18 de junho de 2018)

Fenômeno do Defeito: Alarme de gás leve na fase A do transformador principal número 1 em uma subestação. Causa: Testes de amostragem de óleo e gás mostraram gás não-inflamável e dados de óleo normais. O relé de gás foi ventiado no mesmo dia, e o sinal foi reiniciado imediatamente. O acompanhamento de longo prazo da acumulação de gás no relé não mostrou gás novo, confirmando que o alarme foi causado pela acumulação de ar de longo prazo.

Caso 4: Alarme de Gás Leve Durante a Comissionamento

Fenômeno da Falha: Alarme de gás leve na fase C do transformador principal número 3 durante o comissionamento. Causa: Vazamento de óleo no relé de fluxo de óleo do transformador; a unidade de construção não conseguiu ventilar completamente o gás após a substituição. Não foi detectado acetileno no transformador. Disposição: Ventilar o gás do transformador.

Caso 5: Alarme de Gás Leve em uma Estação Conversora (20 de Novembro de 2018)

Fenômeno da Falha: Às 06:24:55, o OWS de fundo de uma estação conversora relatou "Alarme de gás leve na fase B de um transformador conversor de um determinado lado"; às 06:40:57, foi relatado "Proteção de gás pesado na fase B de um transformador conversor de um determinado lado", e os disjuntores do circuito do transformador conversor 01B/02B triparam em três fases. Causa: Ruptura da bexiga do conservador de óleo. O óleo entrou na bexiga, e uma queda súbita de temperatura fez com que a bexiga cheia de óleo afundasse, bloqueando o oleoduto e aprisionando o gás, levando à atuação do relé de gás. A bexiga rompeu-se devido ao longo período de espera e envelhecimento acelerado em baixas temperaturas. Disposição: A inspeção no local confirmou um rasgo na bexiga (a maioria do óleo no conservador havia entrado na bexiga). A bexiga foi substituída, e o transformador conversor retomou a operação.

Caso 6: Alarme de Gás Leve em uma Empresa de Energia (2 de Janeiro de 2017)

Fenômeno da Falha: O bipolar DC estava em espera fria em uma empresa de energia; às 20:37, foi relatado um alarme de gás leve do transformador conversor YYC do Pólo 1, seguido por um disparo de gás pesado às 20:42. Causa: A inspeção no local encontrou vazamento de óleo na bomba de óleo do ciclo de resfriamento número 4 do transformador conversor Y/Y Fase C do Pólo 1. O vazamento parou após desligar a energia da bomba e fechar as válvulas nas duas extremidades. A causa raiz foi a má qualidade do material dos parafusos e das flanges da tampa da bomba, levando a corrosão severa, quebra de parafusos, deslizamento do corpo da bomba e vazamento maciço de óleo. Disposição: Substituir 4 bombas de óleo submersíveis do transformador conversor YYC do Pólo 1, reabastecer o óleo e realizar testes de manutenção. Sincronizar a substituição ou modificação da estrutura de parafusos de 52 bombas de óleo submersíveis em 13 outros transformadores conversores (incluindo 2 de reserva).

4. Explicação do Gás Leve Configurado para Alarme ou Disparo

4.1 Introdução aos Relés de Gás

Os relés de gás funcionam detectando gás gerado pela decomposição do óleo ou surtos de óleo causados por falhas internas do transformador, acionando contatos de gás leve (alarme) ou gás pesado (disparo).

• Gás Leve: Reflete falhas menores (por exemplo, aquecimento por sobrecarga, aquecimento local do núcleo, aquecimento do tanque devido a vazamento magnético). O gás decomposto sobe para a câmara de coleta de gás do relé, reduzindo o nível de óleo e ativando o interruptor de lâmina de gás leve para enviar um alarme. Uma queda adicional no nível de óleo aciona o gás pesado.

• Gás Pesado: Reflete falhas graves (por exemplo, aterramento de bornes, curto-circuito entre espiras). A geração rápida de gás empurra o óleo para impactar um defletor, atraindo o interruptor de lâmina de gás pesado através de um ímã para disparar o transformador.

4.2 Razões para Configurar o Gás Leve para Alarme

• Transformadores AC UHV: Cada transformador principal e regulador de tensão tem apenas um relé de gás; os elevadores de bornes conectam-se ao relé do corpo através de tubos de coleta de gás. Apenas um contato de alarme de gás leve está disponível, configurado para modo de alarme em operação normal (gás pesado para disparo).

• Transformadores Conversores: Equipados com 1 relé de gás (tecnologia Siemens) ou 7+ relés de gás (tecnologia ABB). O gás leve é configurado para modo de alarme (gás pesado para disparo) em operação normal.

Os relés de gás dos transformadores conversores têm apenas 1 ou 2 contatos de alarme de gás leve, propensos a falsos alarmes causados pela entrada de água nas caixas de junção dos relés, gás portador da cromatografia de óleo entrando no tanque ou entrada de ar devido a vedação inadequada do corpo. Medidas anti-falso "dois de três" não estão disponíveis. Se o gás leve for configurado para disparo, falsos alarmes podem causar disparos de monopolo DC (grupo de válvulas único), perdendo 1500MW ou mais de potência e ameaçando a estabilidade da rede. Além disso, o gás leve fornece uma janela de resposta para falhas menores (por exemplo, aquecimento suave do núcleo/isolamento) antes da ativação do gás pesado, melhorando a disponibilidade do equipamento. Assim, as 18 Principais Medidas Antiacidente da Rede e o Código de Operação de Transformadores de Energia (DL/T572-2010) estipulam que o gás leve deve ser configurado apenas para alarme.

Casos de Falsa Operação:

• 2003: Entrada de água no relé de gás do reator de suavização do transformador conversor causou bloqueio bipolar, perdendo 1281MW.

• 2019: Ocorreu uma interrupção temporária devido a uma falha no circuito de contato do relé de gás do transformador conversor.

4.3 Proposta para Modificar o Gás Leve para Disparo nos Transformadores UHV

Dada a ameaça de falhas repentinas nos transformadores UHV à segurança das pessoas, propõe-se alterar a ação do gás leve de alarme para disparo nos transformadores UHV, pelos seguintes motivos:

• Ação Precoce em Falhas Graves: O gás leve pode ativar antes do gás pesado durante falhas graves repentinas. O disparo pelo gás leve pode isolar rapidamente o transformador com falha, evitando danos graves ao equipamento ou vítimas. (por exemplo, 2016: Um reator de derivação UHV explodiu após múltiplos alarmes de gás leve; 2017: O gás leve ativou 32 segundos antes do gás pesado durante uma falha no bornal do transformador conversor.)

• Robustez da Rede: A rede de energia fortalecida pode tolerar a perda de um grupo de válvulas ou transformador sem problemas de estabilidade.

• Redução do Risco de Falsa Operação: A gestão aprimorada dos relés não-elétricos (por exemplo, instalação de capas contra chuva, inspeções periódicas de amostragem, verificação de isolamento de circuito) reduziu significativamente os falsos alarmes. As estatísticas mostram que não houve ações de gás leve falso em estações conversoras (3 anos) e subestações (5 anos); 6 ações registradas foram causadas por gás não ventilado durante a construção (não falhas de equipamento).

Medida Temporária: Durante a operação instável de transformadores UHV, configure todos os contatos de gás leve (elevadores de mangotes, regulador de tensão, corpo) dos transformadores conversores, transformadores principais e transformadores reguladores de tensão para o modo de disparo para garantir a segurança das pessoas e do equipamento.

4.4 Plano de Implementação para Modificação de Gás Leve para Disparo

• Transformadores Conversores: Modifique o software por meio da retirada de um único sistema de controle DC para alterar os sinais de gás leve para disparo. Não é necessário um teste de disparo após a modificação (os circuitos de sinal são verificados anualmente); implemente durante paradas programadas (1 dia).

• Transformadores AC: Modifique a fiação nos painéis de proteção e realize testes de transmissão (1 dia).