Tai nạn máy biến áp chính và vấn đề hoạt động khí nhẹ

1. Hồ sơ tai nạn (Ngày 19 tháng 3 năm 2019)

Vào lúc 16:13 ngày 19 tháng 3 năm 2019, hệ thống giám sát báo cáo có tín hiệu khí nhẹ từ biến áp chính số 3. Theo Quy chuẩn vận hành biến áp điện (DL/T572-2010), nhân viên vận hành và bảo dưỡng (O&M) đã kiểm tra tình trạng hiện trường của biến áp chính số 3.

Xác nhận tại hiện trường: Bảng điều khiển bảo vệ không điện WBH của biến áp chính số 3 báo tín hiệu khí nhẹ ở pha B, và việc đặt lại không hiệu quả. Nhân viên O&M đã kiểm tra rơ-le khí và hộp lấy mẫu khí của pha B của biến áp chính số 3, và tiến hành các thử nghiệm về dòng điện tiếp đất lõi và kẹp của thân biến áp.

Vào lúc 16:36, hệ thống giám sát trạm biến áp báo tín hiệu khí nặng và nhảy mạch của biến áp chính số 3, với thân biến áp pha B đang cháy. Hệ thống dập lửa bọt cố định của biến áp hoạt động đúng (có hình ảnh tín hiệu).

Các biện pháp đối với tai nạn này:

• Lập kế hoạch chuyển đổi từ khí nhẹ sang nhảy mạch: Tổ chức soạn thảo các phương án cải tạo kỹ thuật, sắp xếp kế hoạch cắt điện sau đó, và làm rõ các biện pháp O&M trước khi cải tạo.

• Kiểm tra đặc biệt và cải tạo cho các biến áp đang hoạt động: Thực hiện các cuộc kiểm tra có mục tiêu trên các biến áp đang hoạt động dựa trên nguyên nhân sự cố, và lập các biện pháp cải tạo.

2. Quy trình xử lý cảnh báo khí nhẹ

Quy chuẩn vận hành biến áp điện (DL/T572-2010) quy định rằng rơ-le khí của biến áp phải được trang bị hai bộ tiếp điểm: khí nhẹ và khí nặng. Trong quá trình vận hành bình thường, khí nhẹ được đặt ở chế độ báo động, và khí nặng ở chế độ nhảy mạch. Quy trình xử lý thông thường cho cảnh báo khí nhẹ của biến áp như sau:

• Khi tín hiệu bảo vệ khí được kích hoạt, ngay lập tức kiểm tra biến áp để xác định nguyên nhân là do tích tụ không khí, giảm mực dầu, hỏng hóc đường dây thứ cấp, hoặc sự cố nội bộ của biến áp.

• Nếu có khí trong rơ-le khí, ghi lại thể tích khí, quan sát màu sắc và khả năng cháy, và thu thập mẫu khí và dầu để phân tích sắc ký.

• Nếu khí trong rơ-le là vô sắc, không mùi, không cháy, và phân tích sắc ký xác định là không khí, biến áp có thể tiếp tục hoạt động, và cần loại bỏ ngay lỗi hở không khí.

• Nếu khí dễ cháy hoặc kết quả phân tích khí hòa tan (DGA) bất thường, đánh giá toàn diện xem có nên ngừng hoạt động biến áp hay không.

Các biện pháp chống tai nạn mới (9.2.3.6) quy định: "Nếu biến áp có hai lần cảnh báo khí nhẹ liên tiếp trong một ngày, ngay lập tức yêu cầu dừng nguồn để kiểm tra; đối với biến áp (điện kháng) có cấu trúc không tuần hoàn ép dầu và không có thiết bị tháo dầu và nạp nitơ, ngay lập tức yêu cầu dừng nguồn để kiểm tra khi có cảnh báo khí nhẹ."

Biến áp mới đưa vào sử dụng hoặc biến áp đang xử lý dầu dễ gặp cảnh báo khí nhẹ trong giai đoạn hoạt động ban đầu. Biến áp tuần hoàn ép dầu dễ bị hở không khí do rò rỉ dầu ở khu vực áp suất âm; biến áp có thiết bị tháo dầu và nạp nitơ có thể có khí bị kẹt trong đường ống tháo dầu—cả hai trường hợp đều có thể gây ra cảnh báo khí nhẹ. Một lượng nhỏ khí thường được giải phóng trong quá trình hoạt động của biến áp, nhưng hai lần cảnh báo khí nhẹ liên tiếp trong 24 giờ chỉ ra khả năng có sự cố nghiêm trọng.

3. Phân tích thống kê cảnh báo khí nhẹ của biến áp

Trường hợp 1: Cảnh báo khí nhẹ tại một trạm biến áp (Ngày 7 tháng 7 năm 2015)

Hiện tượng sự cố: Hệ thống giám sát trạm biến áp hiển thị "Bảo vệ không điện của thân biến áp chính số 3" và "Cảnh báo khí nhẹ pha C của thân biến áp".Nguyên nhân: Kiểm tra tại hiện trường phát hiện mực dầu trong rơ-le khí của pha C của biến áp chính số 3 thấp (thể tích khí vượt quá 300ml; cài đặt cảnh báo khí nhẹ: 270±10ml) (Pha A và B đầy). Dựa trên kết quả kiểm tra và các cuộc họp đặc biệt, sự cố được xác định do vật lạ kim loại, được phán đoán là do vận chuyển/lắp đặt (không phải từ sản xuất), vì giám sát không thể bao phủ toàn bộ quá trình sản xuất.Xử lý: Biến áp bị lỗi đã được rút và thay thế bằng pha dự phòng. Một xưởng bảo dưỡng đã được xây dựng tại trạm biến áp để sửa chữa tại chỗ bởi nhà sản xuất; biến áp đã sửa chữa được lưu trữ như pha dự phòng.

Trường hợp 2: Cảnh báo khí nhẹ tại một trạm biến áp (Ngày 30 tháng 9 năm 2015)

Hiện tượng sự cố: Hệ thống giám sát báo cáo "Cảnh báo tăng áp lực pha C của biến áp chính số 2", "tín hiệu nhảy mạch khí nặng", và "tín hiệu cảnh báo khí nhẹ"; không có hành động bảo vệ điện nào xảy ra.Nguyên nhân: Sự thiếu giao tiếp giữa viện thiết kế và nhà sản xuất dẫn đến ứng suất quá mức trên đầu cuối đỉnh của sứ cách điện; sứ cách điện có thiết kế niêm phong yếu; khu vực áp suất âm ở đỉnh ống dẫn điện của sứ cách điện gây ra hở không khí/nước sau khi niêm phong hỏng. Độ lệch ngang tối đa giữa nối T và sứ cách điện cao áp đạt 5,61m, dẫn đến căng thẳng ngang kéo dài, biến dạng đầu cuối và nắp, niêm phong hỏng, và phóng điện bên trong cuộn dây cao áp do hở không khí/nước.Xử lý: Biến áp bị lỗi đã được rút và thay thế bằng pha dự phòng. Sửa chữa tại chỗ đã hoàn thành vào năm 2016 sau khi xây dựng xưởng bảo dưỡng, và biến áp được lưu trữ như pha dự phòng.

Trường hợp 3: Cảnh báo khí nhẹ tại một trạm biến áp (Ngày 18 tháng 6 năm 2018)

Hiện tượng sự cố: Cảnh báo khí nhẹ pha A của biến áp chính số 1 tại một trạm biến áp.Nguyên nhân: Các thử nghiệm lấy mẫu dầu và khí cho thấy khí không cháy và dữ liệu dầu bình thường. Rơ-le khí đã được xả khí cùng ngày, và tín hiệu được đặt lại ngay lập tức. Theo dõi lâu dài việc tích tụ khí trong rơ-le không có khí mới, xác nhận cảnh báo là do tích tụ không khí lâu dài.

Trường hợp 4: Báo động khí nhẹ trong quá trình đưa vào sử dụng

Hiện tượng lỗi: Báo động khí nhẹ pha C của máy biến áp chính số 3 trong quá trình đưa vào sử dụng. Nguyên nhân: Rò rỉ dầu từ rơ-le dòng chảy của máy biến áp; đơn vị thi công không xả khí đầy đủ sau khi thay thế. Không phát hiện acetylene trong máy biến áp. Xử lý: Xả khí từ máy biến áp.

Trường hợp 5: Báo động khí nhẹ tại trạm chuyển đổi (ngày 20 tháng 11 năm 2018)

Hiện tượng lỗi: Vào lúc 06:24:55, nền OWS của một trạm chuyển đổi báo "Báo động khí nhẹ pha B của máy biến áp chuyển đổi phía nào đó"; vào lúc 06:40:57, "Bảo vệ khí nặng pha B của máy biến áp chuyển đổi phía nào đó" được báo, và các cầu chì 01B/02B của máy biến áp chuyển đổi bị nhảy ba pha. Nguyên nhân: Bể bàng quang chứa dầu. Dầu vào bàng quang, và nhiệt độ đột ngột giảm khiến bàng quang chứa dầu chìm xuống, chặn đường ống dầu và giữ khí, dẫn đến hành động của rơ-le khí. Bàng quang bị rách do để lâu và lão hóa nhanh ở nhiệt độ thấp. Xử lý: Kiểm tra tại chỗ xác nhận vết rách bàng quang (hầu hết dầu trong bồn chứa đã vào bàng quang). Thay thế bàng quang, và máy biến áp chuyển đổi tiếp tục hoạt động.

Trường hợp 6: Báo động khí nhẹ tại một công ty điện lực (ngày 2 cực 2 tháng 1 năm 2017)

Hiện tượng lỗi: Hai cực DC đang ở chế độ chờ lạnh tại một công ty điện lực; vào lúc 20:37, báo động khí nhẹ của máy biến áp chuyển đổi YYC cực 1 được báo, theo sau là sự cố nhảy cầu chì khí nặng vào lúc 20:42. Nguyên nhân: Kiểm tra tại chỗ phát hiện rò rỉ dầu từ bơm dầu vòng làm mát số 4 của máy biến áp chuyển đổi pha C Y/Y cực 1. Rò rỉ dừng lại sau khi ngắt nguồn điện bơm và đóng van ở cả hai đầu. Nguyên nhân gốc rễ là chất lượng vật liệu của bu lông và mặt bích cuối bơm kém, dẫn đến ăn mòn nghiêm trọng, gãy bu lông, trượt thân bơm, và rò rỉ dầu lớn. Xử lý: Thay thế 4 bơm dầu ngập của máy biến áp chuyển đổi YYC cực 1, bơm dầu, và tiến hành kiểm tra bảo dưỡng. Đồng thời thay thế hoặc sửa đổi cấu trúc bu lông của 52 bơm dầu ngập trong 13 máy biến áp chuyển đổi khác (bao gồm 2 dự phòng).

4. Giải thích về việc đặt báo động hoặc nhảy cầu chì khí nhẹ

4.1 Giới thiệu về rơ-le khí

Rơ-le khí hoạt động bằng cách phát hiện khí sinh ra từ sự phân hủy dầu hoặc sóng dầu do lỗi nội bộ của máy biến áp, kích hoạt tiếp điểm khí nhẹ (báo động) hoặc khí nặng (nhảy cầu chì).

• Khí nhẹ: Phản ánh lỗi nhỏ (ví dụ: quá tải gây nóng, nóng cục bộ lõi, nóng bình chứa do rò rỉ từ trường). Khí phân hủy nổi lên khoang tập khí của rơ-le, làm giảm mức dầu và kích hoạt công tắc reed khí nhẹ để gửi báo động. Giảm thêm mức dầu sẽ kích hoạt khí nặng.

• Khí nặng: Phản ánh lỗi nghiêm trọng (ví dụ: nối đất vỏ, ngắn mạch giữa cuộn dây). Sự sinh khí nhanh chóng đẩy dầu va vào vách ngăn, thu hút công tắc reed khí nặng qua nam châm để nhảy cầu chì máy biến áp.

4.2 Lý do đặt báo động khí nhẹ

• Máy biến áp AC UHV: Mỗi máy biến áp chính và điều chỉnh điện áp chỉ có một rơ-le khí; các cổng nâng vỏ kết nối với rơ-le thân máy thông qua ống tập khí. Chỉ có một tiếp điểm báo động khí nhẹ, được đặt ở chế độ báo động dưới điều kiện hoạt động bình thường (khí nặng để nhảy cầu chì).

• Máy biến áp chuyển đổi: Được trang bị 1 rơ-le khí (công nghệ Siemens) hoặc 7+ rơ-le khí (công nghệ ABB). Khí nhẹ được đặt ở chế độ báo động (khí nặng để nhảy cầu chì) dưới điều kiện hoạt động bình thường.

Rơ-le khí của máy biến áp chuyển đổi chỉ có 1 hoặc 2 tiếp điểm báo động khí nhẹ, dễ bị báo động giả do nước vào hộp đấu nối rơ-le, khí mang từ sắc ký dầu vào bình, hoặc không khí vào do niêm kín thân máy kém. Không có biện pháp chống nhầm lẫn "hai trong ba". Nếu khí nhẹ được đặt để nhảy cầu chì, báo động giả có thể gây nhảy cầu chì cực DC (nhóm van đơn), mất 1500MW hoặc nhiều hơn, và đe dọa sự ổn định của lưới điện. Ngoài ra, khí nhẹ cung cấp cửa sổ phản hồi cho lỗi nhỏ (ví dụ: nóng nhẹ lõi/cách điện) trước khi khí nặng kích hoạt, cải thiện khả năng sẵn sàng của thiết bị. Do đó, 18 Biện pháp chống tai nạn lưới điện chính và Quy chuẩn vận hành máy biến áp điện (DL/T572-2010) quy định khí nhẹ chỉ được đặt để báo động.

Các trường hợp nhầm lẫn:

• 2003: Nước vào rơ-le khí của máy biến áp chuyển đổi của máy lọc sóng gây chặn hai cực, mất 1281MW.

• 2019: Sự cố tạm thời xảy ra do lỗi trong mạch tiếp xúc của rơ-le khí của máy biến áp chuyển đổi.

4.3 Đề xuất thay đổi khí nhẹ từ báo động sang nhảy cầu chì cho máy biến áp UHV

Do rủi ro của lỗi đột ngột trong máy biến áp UHV đe dọa an toàn con người, đề xuất thay đổi hành động khí nhẹ từ báo động sang nhảy cầu chì cho máy biến áp UHV, vì các lý do sau:

• Hành động sớm trong lỗi nghiêm trọng: Khí nhẹ có thể kích hoạt trước khí nặng trong các lỗi đột ngột nghiêm trọng. Nhảy cầu chì khi có khí nhẹ có thể nhanh chóng cách ly máy biến áp hỏng, ngăn ngừa thiệt hại thiết bị lớn hoặc thương vong. (ví dụ: 2016: Máy biến áp shunt UHV nổ sau nhiều báo động khí nhẹ; 2017: Khí nhẹ kích hoạt 32 giây trước khí nặng trong lỗi vỏ máy biến áp chuyển đổi.)

• Độ bền lưới điện: Lưới điện được tăng cường có thể chịu đựng mất một nhóm van hoặc máy biến áp mà không gặp vấn đề về ổn định.

• Giảm rủi ro nhầm lẫn: Quản lý tốt hơn các rơ-le phi điện (ví dụ: lắp đặt nắp mưa, kiểm tra mẫu định kỳ, kiểm tra cách điện mạch) đã giảm đáng kể báo động giả. Thống kê cho thấy không có hành động khí nhẹ giả trong các trạm chuyển đổi (3 năm) và trạm biến áp (5 năm); 6 hành động được ghi nhận do khí không xả trong quá trình xây dựng (không phải lỗi thiết bị).

Biện pháp tạm thời: Trong quá trình vận hành không ổn định của biến áp UHV, hãy đặt tất cả các tiếp điểm khí nhẹ (cụm đầu nối, bộ chuyển mạch, thân máy) của biến áp chuyển đổi, biến áp chính và biến áp điều chỉnh điện áp sang chế độ ngắt để đảm bảo an toàn cho nhân viên và thiết bị.

4.4 Kế hoạch thực hiện việc sửa đổi từ khí nhẹ sang ngắt

• Biến áp chuyển đổi: Sửa đổi phần mềm thông qua việc rút hệ thống điều khiển DC đơn để thay đổi tín hiệu khí nhẹ thành ngắt. Không cần kiểm tra ngắt sau khi sửa đổi (đường dây tín hiệu được xác minh hàng năm); triển khai trong thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch (1 ngày).

• Biến áp AC: Sửa đổi đường dây trên bảng bảo vệ và tiến hành các bài kiểm tra truyền tải (1 ngày).