Nettanalyse i forbindelse med transformatorhavari i spolejordet nett

Abstract

Beskyttelse av sentrale komponenter i kraftsystemet er viktig for anleggseiere for å ivareta person- og forsyningssikkerhet, i tillegg til økonomiske hensyn. Når en transformator havarerer er det nyttig å undersøke bakenforliggende årsaker for å kunne forebygge lignende feil.

Hovedfokuset i denne bacheloroppgaven har vært å undersøke mulige årsaker til transformatorhavari i spolejordet nett. Transformatoren som har blitt analysert var tilkoblet et 132 kV-nett og havarerte under et uvær i 2017. Problemstillingen har blitt besvart ved hjelp av litteraturstudie, caseanalyse og simulering. Dokumenter som feilrapporter fra berørte aktører, hendelsesliste, samt strøm- og spenningsmålinger har blitt gjennomgått. For å simulere feil og overspenninger har programmet ATPDraw blitt benyttet.

Analysering av ovennevnte dokumenter viste at det oppsto fire etterfølgende jordfeil forskjellige steder i nettet. Første jordfeil skapte overspenninger og ubalanse, og førte trolig til flere jordfeil. Den fjerde jordfeilen oppsto inne i selve transformatoren. På dette tidspunktet var det allerede en stående jordfeil i nettet, noe som resulterte i en dobbel jordfeil. Transformatoren havarerte, og ble koblet fra nettet. Dette til tross for at alle spenningsmålinger viste lavere spenninger enn hva transformatoren skulle tåle av overspenninger. Simulering av feil i nettet med ATPDraw underbygger funnene i analysen.

Året før havariet i 2017 ble det utført en oppløst gass analyse, DGA, av transformatoroljen. Analyse av disse resultatene viste at papirisolasjonen allerede på dette tidspunktet var svekket, da forholdstallet mellom karbondioksid og karbonmonoksid indikerte sterk nedbrytning av papir. DGA utført etter havariet viste også sterk nedbrytning av papirisolasjon, samt dannelse av den oppløste gassen acetylen. Under inspeksjon av transformatoren ble det oppdaget synlige skader etter utladning og lysbue. Dannelse av acetylen underbygger at det hadde oppstått lysbue. Det ble også oppdaget sotdannelse og flytende isolasjonspapir i oljen.

Trolig var ikke svekkelsen av papirisolasjon eller overspenningene i transformatoren alene nok til å forårsake havariet. Transformatoren var dimensjonert for å tåle overspenningene som oppsto i forkant av havariet. Svekket isolasjon i transformatoren kan dermed anses som rotårsaken, og overspenningene var den utløsende årsaken til transformatorhavariet.

Protection of vital components in the power grid system is important to ensure safety for personell and reduce downtime, in addition to financial aspects. When a power transformer fails, it will be useful to inspect the underlying causes in order to prevent similar faults in the future.

The main purpose of this bachelor thesis was to find causes for power transformer failure in a power grid with compensated neutral. The power transformer being analyzed was connected to a 132 kV grid and failed during a storm in 2017. Methods used in this study was literature study, case analysis, and simulation. Failure reports from affected parties, sequence of events, current and voltage measurements have been reviewed. ATPDraw was used to simulate earth faults and overvoltages in the power grid.

The analysis of the events indicates that four following earth faults occurred in different places in the grid. The first earth fault created an imbalance in the power grid and resulted into several earth faults and overvoltages. The fourth earth fault occurred inside the power transformer. At this point, there was already an earth fault in the grid and a double earth fault occurred. The transformer failed and was disconnected from the grid, despite the fact that the measured voltages were within what the transformer was designed for. The conclusions from the analysis of events was supported by simulations done in this study. Simulations of the faults gave no voltages that where higher than the transformer should tolerate.

One year prior to the incident a dissolved gas analysis, DGA, where performed at the power transformer. Results shows that the paper insulation in the power transformer had reduced insulation capacity. The ratio of carbon dioxide to carbon monoxide indicates strong degradation of insulation paper. The DGA performed after the incident showed strong degradation of paper insulation. The analysis also showed that the level of dissolved acetylene gas was increased. Damages due to discharge and arc flash was discovered during the inspection of the power transformer. The high level of acetylene upholds the creation of an arc. Soot formation and floating insulation paper were also discovered in the oil.

The reduced insulation capacity of the paper insulation and the overvoltages alone were probably not enough to cause the incident. The power transformer was dimensioned to tolerate the overvoltages that occurred prior to the incident. Reduced insulation capacity in the power transformer is thus the root cause, and the overvoltages were the triggering cause of the failure of the power transformer.