Основные аварии трансформаторов и проблемы в работе при легком газе

1. Запись о происшествии (19 марта 2019 года)

19 марта 2019 года в 16:13 на панели мониторинга было зарегистрировано действие легкого газа на третьем основном трансформаторе. В соответствии с Правилами эксплуатации силовых трансформаторов (DL/T572-2010), персонал по оперативному и техническому обслуживанию (ОТиТО) проверил состояние третьего основного трансформатора на месте.

Подтверждено на месте: Панель неэлектрической защиты WBH третьего основного трансформатора сообщила о действии легкого газа фазы B корпуса трансформатора, повторное срабатывание не дало результата. Персонал ОТиТО проверил газовый реле и бокс для отбора проб газа фазы B третьего основного трансформатора, а также провел испытания тока заземления сердечника и обоймы корпуса трансформатора.

В 16:36 на панели мониторинга подстанции было зарегистрировано действие тяжелого газа и срабатывание выключения третьего основного трансформатора, с возгоранием корпуса фазы B. Система пожаротушения с пеной постоянного давления трансформатора сработала правильно (имеются сигналы).

Меры по данному происшествию:

• Разработка плана трансформации легкого газа в срабатывание: организация составления технических планов трансформации, планирование последующих отключений питания и уточнение мер ОТиТО до трансформации.

• Специальная проверка и трансформация работающих трансформаторов: проведение целевых проверок работающих трансформаторов на основе причины неисправности и разработка мер трансформации.

2. Процесс обработки сигнала легкого газа

Правила эксплуатации силовых трансформаторов (DL/T572-2010) предписывают, чтобы газовые реле трансформаторов были оборудованы двумя наборами контактов: легкий газ и тяжелый газ. В нормальном режиме работы легкий газ установлен в режим оповещения, а тяжелый газ - в режим срабатывания. Типичный процесс обработки сигналов легкого газа трансформатора следующий:

• При активации сигнала газовой защиты немедленно осмотрите трансформатор, чтобы определить, вызвано ли это накоплением воздуха, снижением уровня масла, неисправностью вторичной цепи или внутренними неисправностями трансформатора.

• Если в газовом реле присутствует газ, зафиксируйте объем газа, наблюдайте за цветом и горючестью газа, и соберите пробы газа и масла для хроматографического анализа.

• Если газ в реле бесцветный, без запаха, негорючий, и хроматографический анализ идентифицирует его как воздух, трансформатор может продолжать работу, и дефект проникновения воздуха должен быть устранен в кратчайшие сроки.

• Если газ горючий или результат анализа растворенных газов (DGA) аномален, необходимо комплексно оценить, следует ли отключить трансформатор.

Новые меры по предотвращению аварий (9.2.3.6) предписывают: "Если трансформатор два раза подряд в течение одного дня регистрирует сигналы легкого газа, немедленно запросите отключение питания для проверки; для трансформаторов (реакторов) с конструкцией без принудительной циркуляции масла и без устройства для слива масла и подачи азота, немедленно запросите отключение питания при сигнале легкого газа корпуса."

Новые трансформаторы или те, которые проходят обработку масла, склонны к сигналам легкого газа во время первоначальной эксплуатации. Трансформаторы с принудительной циркуляцией масла подвержены проникновению воздуха из-за утечки масла в зонах отрицательного давления; трансформаторы с устройством для слива масла и подачи азота могут иметь газ, застрявший в трубопроводе для слива масла - оба этих случая могут вызвать сигналы легкого газа. Небольшое количество газа обычно выделяется во время работы трансформатора, но два последовательных сигнала легкого газа в течение 24 часов указывают на возможные серьезные неисправности.

3. Статистический анализ сигналов легкого газа трансформаторов

Случай 1: Сигнал легкого газа на подстанции (7 июля 2015 года)

Феномен неисправности: На панели мониторинга подстанции отображались сообщения "Неелектрическая защита корпуса третьего основного трансформатора" и "Сигнал легкого газа фазы C корпуса". Причина: При осмотре на месте было обнаружено, что уровень масла в газовом реле фазы C третьего основного трансформатора был низким (объем газа превышал 300 мл; установка сигнала легкого газа: 270±10 мл) (фазы A и B были полными). На основании результатов осмотра и специальных совещаний, неисправность была вызвана металлическими посторонними предметами, которые, как предполагается, попали во время транспортировки/установки (не от производственного процесса), так как мониторинг не мог охватить весь производственный процесс. Меры: Неисправный трансформатор был отключен и заменен резервной фазой. На подстанции был построен ремонтный цех для проведения ремонта на месте производителем; отремонтированный трансформатор хранился в качестве резервной фазы.

Случай 2: Сигнал легкого газа на подстанции (30 сентября 2015 года)

Феномен неисправности: На панели мониторинга было зарегистрировано "Сигнал давления всплеска фазы C второго основного трансформатора", "сигнал срабатывания тяжелого газа" и "сигнал легкого газа"; действия электрической защиты не произошли. Причина: Разрыв коммуникаций между проектным институтом и производителем привел к чрезмерному напряжению на верхнем терминале изолятора; изолятор имел слабую герметизацию; зона отрицательного давления на верхней части токопроводящего канала изолятора привела к проникновению воздуха/воды после отказа герметизации. Максимальное горизонтальное смещение между соединителем T-образного типа и высоковольтным изолятором достигло 5,61 м, что привело к длительному боковому натяжению, деформации терминала и крышки, отказу герметизации и внутреннему разряду в высоковольтной обмотке из-за проникновения воздуха/воды. Меры: Неисправный трансформатор был отключен и заменен резервной фазой. Ремонт на месте был завершен в 2016 году после строительства ремонтного цеха, и трансформатор хранился в качестве резервной фазы.

Случай 3: Сигнал легкого газа на подстанции (18 июня 2018 года)

Феномен неисправности: Сигнал легкого газа фазы A первого основного трансформатора на подстанции. Причина: Пробы масла и газа показали негорючий газ и нормальные данные масла. В тот же день газовый реле был продут, и сигнал был немедленно сброшен. Долгосрочное отслеживание накопления газа в реле не выявило нового газа, что подтвердило, что сигнал был вызван длительным накоплением воздуха.

Случай 4: Срабатывание сигнала легкого газа во время ввода в эксплуатацию

Феномен неисправности: срабатывание сигнала легкого газа фазы C третьего основного трансформатора во время ввода в эксплуатацию. Причина: утечка масла из реле потока масла трансформатора; подрядная организация не полностью вывела газ после замены. Ацетилен в трансформаторе не обнаружен. Действия по устранению: вывод газа из трансформатора.

Случай 5: Срабатывание сигнала легкого газа на конверторной станции (20 ноября 2018 года)

Феномен неисправности: в 06:24:55 система управления конверторной станции сообщила о "срабатывании сигнала легкого газа фазы B конверторного трансформатора на одной стороне"; в 06:40:57 было сообщено о "действии защиты от тяжелого газа фазы B конверторного трансформатора на одной стороне", и автоматические выключатели 01B/02B конверторного трансформатора отключились на трех фазах. Причина: разрыв мембраны бака расширения. Масло попало в мембрану, и внезапное понижение температуры привело к тому, что заполненная маслом мембрана опустилась, перекрыв трубопровод масла и удерживая газ, что вызвало действие реле газа. Разрыв мембраны произошел из-за длительного простоя и ускоренного старения при низких температурах. Действия по устранению: на месте проверили и подтвердили разрыв мембраны (большая часть масла в баке расширения попала в мембрану). Мембрану заменили, и конверторный трансформатор возобновил работу.

Случай 6: Срабатывание сигнала легкого газа в энергетической компании (2 января 2017 года)

Феномен неисправности: двухполярная DC-система находилась в холодном резерве в энергетической компании; в 20:37 было сообщено о срабатывании сигнала легкого газа конверторного трансформатора YYC полюса 1, а затем в 20:42 произошло отключение по тяжелому газу. Причина: на месте обнаружили утечку масла из насоса масла четвертого цикла охлаждения конверторного трансформатора Y/Y фазы C полюса 1. Утечка прекратилась после отключения питания насоса и закрытия клапанов на обоих концах. Корневая причина — низкое качество материала болтов и фланцев насоса, что привело к сильной коррозии, разрушению болтов, смещению корпуса насоса и значительной утечке масла. Действия по устранению: заменили 4 погружных насоса масла конверторного трансформатора YYC полюса 1, долили масло и провели испытания. Одновременно заменили или модифицировали структуру болтов 52 погружных насосов в 13 других конверторных трансформаторах (включая 2 резервных).

4. Объяснение установки легкого газа на сигнал тревоги или отключение

4.1 Введение в реле газа

Реле газа работают, обнаруживая газ, образующийся при разложении масла или скачках масла, вызванных внутренними неисправностями трансформатора, что приводит к срабатыванию контактов легкого газа (сигнал тревоги) или тяжелого газа (отключение).

• Легкий газ: отражает незначительные неисправности (например, перегрев от перегрузки, локальное нагревание сердечника, нагрев бака от магнитных утечек). Разложенный газ поднимается в камеру сбора газа реле, снижая уровень масла и активируя контакт легкого газа для отправки сигнала тревоги. Дальнейшее снижение уровня масла приводит к срабатыванию тяжелого газа.

• Тяжелый газ: отражает серьезные неисправности (например, заземление изолятора, межвитковое короткое замыкание). Быстрое образование газа толкает масло, ударяя по барьеру, что приводит к активации контакта тяжелого газа через магнит и отключение трансформатора.

4.2 Причины установки легкого газа на сигнал тревоги

• УВН-трансформаторы: каждый основной и регулирующий трансформатор имеет только одно реле газа; соединительные трубки изоляторов подключаются к реле корпуса через трубы сбора газа. Только один контакт сигнала легкого газа доступен, установленный в режим сигнала тревоги при нормальной работе (тяжелый газ для отключения).

• Конверторные трансформаторы: оснащены 1 реле газа (технология Siemens) или 7+ реле газа (технология ABB). Легкий газ установлен в режим сигнала тревоги (тяжелый газ для отключения) при нормальной работе.

Реле газа конверторных трансформаторов имеют только 1 или 2 контакта сигнала легкого газа, склонные к ложным срабатываниям из-за попадания воды в коробки соединений реле, проникновения газообразного носителя из хроматографического анализа масла в бак или всасывания воздуха из-за плохой герметизации корпуса. Нет мер против ложных срабатываний типа "два из трех". Если легкий газ установлен на отключение, ложные срабатывания могут вызвать отключение однофазного DC-полюса (одной группы вентилей), потерю мощности более 1500 МВт и угрозу стабильности сети. Кроме того, легкий газ предоставляет окно реакции на незначительные неисправности (например, слабое нагревание сердечника/изоляции) перед срабатыванием тяжелого газа, повышая доступность оборудования. Таким образом, "18 главных мер по предотвращению аварий в сетях" и "Правила эксплуатации силовых трансформаторов" (DL/T572-2010) предписывают устанавливать легкий газ только на сигнал тревоги.

Примеры ложных срабатываний:

• 2003 год: попадание воды в реле газа сглаживающего реактора конверторного трансформатора вызвало блокировку двухполюсной системы, потеря мощности составила 1281 МВт.

• 2019 год: временная остановка произошла из-за неисправности в цепи контактов реле газа конверторного трансформатора.

4.3 Предложение изменить легкий газ на отключение для УВН-трансформаторов

Учитывая риск внезапных неисправностей в УВН-трансформаторах, угрожающих безопасности персонала, предлагается изменить действие легкого газа с сигнала тревоги на отключение для УВН-трансформаторов по следующим причинам:

• Раннее действие при серьезных неисправностях: легкий газ может сработать до тяжелого газа при внезапных серьезных неисправностях. Отключение по легкому газу позволяет быстро изолировать неисправный трансформатор, предотвращая серьезные повреждения оборудования или жертвы. (например, 2016 год: взрыв УВН-реактора после нескольких срабатываний легкого газа; 2017 год: легкий газ сработал за 32 секунды до тяжелого газа при неисправности изолятора конверторного трансформатора.)

• Стабильность сети: укрепленная энергетическая сеть может выдержать потерю одной группы вентилей или трансформатора без проблем со стабильностью.

• Снижение риска ложных срабатываний: усиленное управление неэлектрическими реле (например, установка дождевых колпаков, регулярные выборочные проверки, проверки изоляции цепей) значительно снизило ложные срабатывания. Статистика показывает, что за последние 3 года на конверторных станциях и 5 лет на подстанциях не было ложных срабатываний легкого газа; 6 зарегистрированных срабатываний были вызваны невыведенным газом во время строительства (не оборудование).

Временная мера: во время нестабильной работы трансформаторов сверхвысокого напряжения установите все контакты легкого газа (вводы изоляторов, переключатели под нагрузкой, корпус) преобразовательных трансформаторов, основных трансформаторов и регулирующих трансформаторов в режим срабатывания для обеспечения безопасности персонала и оборудования.

4.4 План реализации модификации легкого газа на срабатывание

• Преобразовательные трансформаторы: измените программное обеспечение через одиночную систему отключения постоянного тока, чтобы изменить сигналы легкого газа на срабатывание. После изменения проверка срабатывания не требуется (цепи сигналов проверяются ежегодно); внедрите во время запланированных простоев (1 день).

• Трансформаторы переменного тока: измените проводку на панелях защиты и проведите испытания передачи (1 день).