Головні аварії трансформаторів та проблеми з роботою легкого газу

1. Запис про аварію (19 березня 2019 року)

О 16:13 19 березня 2019 року система моніторингу повідомила про дію легкого газу на третьому основному трансформаторі. Відповідно до Правил експлуатації силових трансформаторів (DL/T572-2010), персонал обслуговування і технічного обслуговування (O&M) перевірив стан третього основного трансформатора на місці.

Підтвердження на місці: Панель навігаційної захисти WBH третього основного трансформатора повідомила про дію легкого газу в фазі B корпусу трансформатора, а скидання не було ефективним. Персонал O&M перевірив реле газу фази B та коробку для збору проб газу третього основного трансформатора, а також провів випробування струму заземлення серцевини та зажиму корпусу трансформатора.

О 16:36 система моніторингу підстанції повідомила про дію важкого газу та відключення третього основного трансформатора, з пошкодженням фази B корпусу. Система гасіння піни, що активується автоматично, працювала правильно (зображення сигналів доступні).

Захопи для цієї аварії:

• Розробка плану перетворення легкого газу на відключення: організація складання технічних планів модернізації, планування подальших відключень електроенергії, та уточнення заходів O&M перед модернізацією.

• Спеціальна перевірка та модернізація експлуатуючихся трансформаторів: проведення цілями перевірок діючих трансформаторів на основі причини виникнення дефекту, та формулювання заходів модернізації.

2. Процедура обробки сигналу легкого газу

Правила експлуатації силових трансформаторів (DL/T572-2010) встановлюють, що реле газу трансформаторів мають бути оснащені двома комплектами контактів: легкий газ та важкий газ. При нормальній роботі легкий газ встановлюється в режимі сигналізації, а важкий газ - в режимі відключення. Типова процедура обробки сигналу легкого газу трансформатора така:

• При активізації сигналу захисту газу немедля перевіряється трансформатор, щоб визначити, чи спричинено це накопиченням повітря, зниженням рівня масла, дефектом вторинного контуру, або внутрішніми дефектами трансформатора.

• Якщо в релє газу є газ, записується об'єм газу, спостерігається його колір та горючість, збираються проби газу та масла для хроматографічного аналізу.

• Якщо газ у релє безбарвний, беззапахий, не горить, а хроматографічний аналіз визначає його як повітря, трансформатор може продовжувати роботу, а дефект поступлення повітря слід швидко усунути.

• Якщо газ горючий або результат аналізу розчинених газів (DGA) є аномальним, комплексно вирішується питання про зупинку трансформатора.

Нові протиаварійні заходи (9.2.3.6) встановлюють: "Якщо трансформатор отримує два послідовні сигнали легкого газу протягом одного дня, негайно подається заявка на відключення електроенергії для перевірки; для трансформаторів (реакторів) з невимушеним циркуляційним маслом та без системи відведення масла та заповнення азотом, при сигнальному легкому газі корпусу подається негайна заявка на відключення електроенергії."

Нові введені в експлуатацію трансформатори або трансформатори, які пройшли обробку масла, під час початкової роботи часто викликають сигнали легкого газу. Трансформатори з вимушеним циркуляційним маслом вразливі до поступлення повітря через витікання масла в областях з від'ємним тиском; трансформатори з системами відведення масла та заповнення азотом можуть мати газ, затриманий в трубопроводах відведення масла — обидва варіанти можуть викликати сигнали легкого газу. Під час роботи трансформатора випускається невелика кількість газу, але два послідовні сигнали легкого газу протягом 24 годин свідчать про потенційну серйозну аварію.

3. Статистичний аналіз сигналів легкого газу трансформаторів

Випадок 1: Сигнал легкого газу на підстанції (7 липня 2015 року)

Феномен дефекту: система моніторингу підстанції показала "Сигнал навігаційної захисти третього основного трансформатора" та "Сигнал легкого газу фази C корпусу". Причина: На місці було виявлено низький рівень масла в релє газу фази C третього основного трансформатора (об'єм газу перевищив 300 мл; налаштування сигналу легкого газу: 270±10 мл) (фази A та B були повні). На основі результатів перевірки та спеціальних засідань, дефект був спричинений металевими сторонніми предметами, які, ймовірно, були занесені під час транспортування/встановлення (не від виробництва), оскільки моніторинг не може охопити весь процес виробництва. Розпорядження: пошкоджений трансформатор був виведений з експлуатації та замінений резервною фазою. Було побудовано відділ ремонту на підстанції для на місці ремонту виробником; відремонтований трансформатор був зберіганий як резервна фаза.

Випадок 2: Сигнал легкого газу на підстанції (30 вересня 2015 року)

Феномен дефекту: система моніторингу повідомила про "Сигнал підвищення тиску фази C другого основного трансформатора", "Сигнал відключення важкого газу" та "Сигнал легкого газу"; не відбулося жодних дій електрозахисту. Причина: Непорозуміння між проектним інститутом та виробником призвело до надмірного напруження на верхньому терміналі вводу; ввод имав слабку конструкцію герметизації; область з від'ємним тиском на верху каналу залізнодорожного вводу призвела до поступлення повітря/води після втрати герметизації. Максимальне горизонтальне зміщення між T-конектором та високовольтним вводом досягло 5,61 м, що призвело до довготривалого бічного напруження, деформації терміналу та кришки, втрати герметизації та внутрішнього розряду високовольтного обмотки через поступлення повітря/води. Розпорядження: пошкоджений трансформатор був виведений з експлуатації та замінений резервною фазою. На місці ремонту було завершено в 2016 році після будівництва відділу ремонту, та трансформатор був зберіганий як резервна фаза.

Випадок 3: Сигнал легкого газу на підстанції (18 червня 2018 року)

Феномен дефекту: Сигнал легкого газу фази A першого основного трансформатора на підстанції. Причина: Проби масла та газу показали, що газ не горить, а дані масла нормальні. У цей же день релє газу було вентильовано, а сигнал було скинуто. Довготривале відстеження накопичення газу в релє не показало нових газів, що підтвердило, що сигнал був спричинений довготривалим накопиченням повітря.

Випадок 4: Світло-газова тривога під час введення в експлуатацію

Феномен несправності: світло-газова тривога фази C третього головного трансформатора під час введення в експлуатацію. Причина: витікання масла з реле потоку масла трансформатора; будівельна установа не повністю вивітрювала газ після заміни. У трансформаторі не було виявлено ацетилену. Виключення: вивітрювання газу з трансформатора.

Випадок 5: Світло-газова тривога на конверторній станції (20 листопада 2018 року)

Феномен несправності: о 06:24:55, фоновий OWS конверторної станції повідомив про "світло-газову тривогу фази B конверторного трансформатора на певному боці"; о 06:40:57, було повідомлено про "захист важкої газової фази B конверторного трансформатора на певному боці", і трифазне відключення автоматичних вимикачів 01B/02B конверторного трансформатора. Причина: розрив мішки резервуара масла. Масло потрапило до мішки, і стрімкий спад температури призвів до того, що мішка, заповнена маслом, опустилася, заблокувавши трубопровід масла і затримавши газ, що призвело до дії газового реле. Мішка розрився через довготривале перебування в режимі очікування та прискорене старіння при низьких температурах. Виключення: на місці перевірка підтвердила розрив мішки (більшість масла у резервуарі потрапило до мішки). Мішка була замінена, і конверторний трансформатор відновив роботу.

Випадок 6: Світло-газова тривога у енергетичної компанії (2 січня 2017 року)

Феномен несправності: двополярна система DC була в режимі холодного очікування у енергетичної компанії; о 20:37, було повідомлено про світло-газову тривогу конверторного трансформатора YYC Полюси 1, а о 20:42 - про важку газову відмову. Причина: на місці перевірка виявила витікання масла з насоса масла четвертого циклу охолодження конверторного трансформатора фази C Y/Y Полюси 1. Витікання зупинилось після відключення живлення насоса та закриття кранів на обох кінцях. Головна причина - погана якість матеріалу болтів та фланців насоса, що призвело до сильного корозії, поламання болтів, зсуву корпуса насоса та масштабного витікання масла. Виключення: замінено 4 погружних насоси масла конверторного трансформатора YYC Полюси 1, поповнено масло та проведені ремонту та тестування. Синхронно замінено або модифіковано конструкцію болтів 52 погружних насосів масла в 13 інших конверторних трансформаторах (включаючи 2 резервних).

4. Пояснення щодо світло-газової тривоги або відключення

4.1 Вступ до газових релей

Газові реле працюють шляхом виявлення газу, що утворюється в результаті розкладу масла або струмів масла, викликаних внутрішніми несправностями трансформатора, що активує контакти світло-газової (тривога) або важкої газової (відключення) тривоги.

• Світло-газ: відображає невеликі несправності (наприклад, перегрівання через перенавантаження, локальне нагрівання сердцевини, нагрівання бака через магнітну витечку). Розкладений газ піднімається до камери збору газу реле, знижує рівень масла та активує контакт світло-газової тривоги для відправки сигналу тривоги. Додаткове зниження рівня масла викликає важку газову тривогу.

• Важка газ: відображає серйозні несправності (наприклад, заземлення изолятора, міжвиткове коротке замикання). Швидке утворення газу тисне масло на загороджувач, приваблюючи контакт важкої газової тривоги за допомогою магніта, що викликає відключення трансформатора.

4.2 Причини для світло-газової тривоги

• Трансформатори UHV AC: кожен головний та регульований трансформатор має лише одне газове реле; виходи изоляторів під'єднуються до реле тіла через труби збору газу. Доступний лише один контакт світло-газової тривоги, який встановлений у режимі тривоги при нормальній роботі (важка газова тривога для відключення).

• Конверторні трансформатори: оснащені 1 газовим реле (технологія Siemens) або 7+ газовими реле (технологія ABB). Світло-газова тривога встановлена в режимі тривоги при нормальній роботі (важка газова тривога для відключення).

Газові реле конверторних трансформаторів мають лише 1 або 2 контакти світло-газової тривоги, що підвержені хибним тривогам через проникнення води в коробки з'єднання реле, внесення носія газу з хроматографії масла в бак або поступання повітря через погане ущільнення тіла. Немає заходів проти помилкових дій "дві з трьох". Якщо світло-газова тривога встановлена для відключення, хибні тривоги можуть викликати відключення одної полярності DC (однієї групи клапанів), що призведе до втрати 1500 MW або більше електроенергії та загрозить стабільністю мережі. Крім того, світло-газова тривога надає вікно відповіді на невеликі несправності (наприклад, легке нагрівання сердцевини/ізоляції) перед активацією важкої газової тривоги, що покращує доступність обладнання. Тому "18 основних заходів проти аварій у мережах" та "Правила експлуатації електроперетворників" (DL/T572-2010) встановлюють, що світло-газова тривога має бути встановлена лише для тривоги.

Приклади хибних дій:

• 2003: проникнення води в газове реле гладильного реактора конверторного трансформатора призвело до блокування двополярної системи, що призвело до втрати 1281 MW.

• 2019: тимчасовий зупин відбувся через несправність контурів з'єднання газового реле конверторного трансформатора.

4.3 Пропозиція змінити світло-газову тривогу на відключення для трансформаторів UHV

З урахуванням ризику виникнення раптових несправностей у трансформаторах UHV, що загрожують безпеці людей, пропонується змінити дію світло-газової тривоги з тривоги на відключення для трансформаторів UHV, з наступних причин:

• Ранні дії при серйозних несправностях: світло-газова тривога може активуватися перед важкою газовою тривогою при раптових серйозних несправностях. Відключення за світло-газовою тривогою може швидко ізольувати несправний трансформатор, запобігаючи серйозним пошкодженням обладнання або жертвам серед людей. (наприклад, 2016: UHV шунтівський реактор вибухнув після кількох світло-газових тривог; 2017: світло-газова тривога активувалася за 32 секунди до важкої газової тривоги під час несправності изолятора конверторного трансформатора).

• Стійкість мережі: посилені мережі можуть терпіти втрату одного групи клапанів або трансформатора без проблем стабільності.

• Зменшення ризику хибних дій: покращення управління неелектричними реле (наприклад, встановлення дахів від дощу, регулярні проби, перевірки ізоляції контуру) значно знизило кількість хибних тривог. Статистика показує, що немає хибних дій світло-газової тривоги на конверторних станціях (за 3 роки) та підстанціях (за 5 років); 6 зареєстрованих дій були викликані невивітренням газу під час будівництва (не через несправності обладнання).

Тимчасова міра: під час нестабільної роботи УВН-трансформаторів, встановіть всі контакти легкого газу (вирізки, переключач напруги, корпус) конверторних трансформаторів, основних трансформаторів та регулювальних трансформаторів у режим відключення для забезпечення безпеки персоналу та обладнання.

4.4 План реалізації модифікації легкого газу на відключення

• Конверторні трансформатори: змініть програмне забезпечення через виведення односистемного контролю СПЕ для зміни сигналів легкого газу на відключення. Після зміни тестування на відключення не потрібно (схеми сигналів перевіряються щорічно); реалізуйте під час планових простоїв (1 день).

• AC-трансформатори: змініть проводку на панелях захисту та проведіть передавальні випробування (1 день).