Poruchy izolace a metody zkoušení výdrže napětí pro UHV olejové reaktory

1 Prozkoumání vad izolace v UHV olejových reaktorech

Klíčové problémy při provozu vysokonapěťových olejových reaktorů zahrnují poruchy izolace, magnetické úniky železného jádra, vibrovaní/hluk a únik oleje.

1.1 Poruchy izolace

Reaktory s paralelním zapojením, jakmile jsou připojeny k hlavní síti přes primární cívku a jsou uvedeny do provozu, pracují dlouhodobě na plné výkon. Trvalé vysoké napětí zvyšuje provozní teploty, což urychluje stárnutí materiálů izolace cívek a oleje. Možné poruchy: průraz izolace cívky ke zemi, mezivrstvé krátké spojení. Trojfázové reaktory čelí také riziku průrazu izolace mezi fázemi.

1.2 Magnetické úniky železného jádra

Vzduchové mezery způsobují, že hustota magnetických úniků u reaktorů je mnohem vyšší než u transformátorů. V blízkosti železného jádra, klínového nosníku a podpěrek cívek je intenzita úniku několikrát vyšší než u transformátorů. Úniky skrz siliciové ocel způsobují dodatečnou ztrátu energie a lokální přetopení, zejména tam, kde úniky procházejí železným klínovým nosníkem vertikálně (např. stlačovací železo, plechy). Toto je hlavní výzva pro olejové reaktory v UHV sítích.

1.3 Vibrovaní a hluk

Vzduchové mezery rozdělují magnetickou cestu reaktoru na oblasti s nezávislými magnetickými póly. Změny poutí mezi póly způsobují vibrovaní. Železné jádro, těsnicí prstenec a nosná konstrukce klínového nosníku mohou vyvolat mechanickou rezonanci, což způsobí, že vibrovaní a hluk reaktoru přesahují ty u transformátorů. Dlouhodobé vibrovaní může vést k poruchám jako je špatné fungování plynného relé, trhliny hliníkových plechů, opotřebení izolace, uvolnění plechů jádra a výboje zařízení pro omezení jádra. Hluk je úzce spojen s vibrováním jádra.

1.4 Únik oleje

Únik oleje ruší stabilní provoz, znečišťuje prostředí a ohrožuje bezpečnost. Oba domácí i importované olejové reaktory často utíkají olejem, což je způsobeno nedostatečnou kontrolou procesu výrobců a vibrováním během přepravy a provozu, které zhoršují úniky.

2 Principy a charakteristiky dvou metod zkoušky odolnosti proti napětí
2.1 Sériová rezonanční metoda zkoušky odolnosti proti napětí

Sériová rezonanční metoda zkoušky odolnosti proti napětí je velmi efektivní strategií pro detekci izolace vysokonapěťové elektrické techniky. Ukazuje nepostradatelnou užitečnost, zejména při místní detekci izolace reaktorů v nadnadvoltových podstanicích. Tato technologie dosahuje efektu generování relativně vysoké zkouškové napětí i při malé kapacitě zdroje napětí, díky rezonanci mezi induktivní impedancí reaktoru a kapacitní impedancí kompenzačního kondenzátoru na specifické frekvenci. Její princip je znázorněn na obrázku 1. Hlavní charakteristiky této metody jsou následující:

• Malá zkoušková kapacita. V rezonančním stavu klesne impedance smyčky na minimum. Proto je skutečná potřebná kapacita zdroje napětí pouze malá část, mnohem nižší než celková kapacita potřebná k generování zkouškového napětí. Je to zejména vhodné pro místní použití, zejména v prostředích s omezenou kapacitou zdroje napětí.

• Vysoké výstupní napětí. V rezonančním stavu může zdroj napětí generovat napětí splňující vysoké požadavky na zkoušku i při relativně nízké frekvenci. To vytváří podmínky pro místní detekci izolace nadnadvoltových reaktorů.

• Dobrá kvalita vlnového tvaru. Sériová rezonanční zkouška může zajistit výstup stabilní sinusové vlny na pevné frekvenci zdroje napětí, což efektivně snižuje dopad harmonických složek na výsledky zkoušky a zajišťuje přesnost zkoušky.

• Jednoduché zkouškové zařízení. Zařízení potřebná pro tuto zkoušku jsou relativně jednoduchá, skládají se převážně z proměnnofrekvenčního zdroje napětí, excitačního transformátoru a ladícího kondenzátoru atd., což usnadňuje jejich přepravu a rychlé instalaci na místě.

• Vysoká bezpečnost. Pokud dochází k průrazu zkoušené vzorky během série rezonanční zkoušky, smyčka okamžitě ztratí rezonanční stav a výstupní proud zdroje napětí dramaticky poklesne, což efektivně omezí poškození zkoušené vzorky a zkouškového zařízení.

Zhruba řečeno poskytují průzkumy vad izolace klíčová data pro místní hodnocení izolace reaktorů v podstanicích, což vede k volbě metody zkoušky. Budoucí výzkum optimalizuje místní metody hodnocení, aby zlepšil přesnost a spolehlivost hodnocení stavu izolace vysokonapěťových olejových reaktorů.

2.2 Metoda zkoušky odolnosti proti oscilujícímu napětí

Metoda zkoušky odolnosti proti oscilujícímu napětí je často používaným způsobem detekce izolace v elektrických systémech. Ukazuje unikátní význam, zejména při zkoušce odolnosti proti napětí mezi vrstvami suchých vzduchových reaktorů. Tato technologie aplikuje vysokofrekvenční oscilující vlnové tvary na zkoušený objekt, aby aplikovala napětí a tím vyvolala a identifikovala vadu izolačního systému, jako je částečný výboj. Její princip je znázorněn na obrázku 2. Klíčové charakteristiky zkoušky odolnosti proti oscilujícímu napětí a klíčové faktory, které je třeba zohlednit, jsou následující:

• Princip detekce: Tato zkouška se spoléhá na vlastnosti vysokofrekvenčních oscilujících vlnových tvarů. Porovnáním vlnových tvarů proudu zkoušené vzorky pod referenčním napětím a zkouškovým napětím posuzuje, zda je stav izolace ideální. Rychlost zeslabení vlnového tvaru a změny bodů průsečíků s osou jsou klíčovými parametry pro měření kvality izolace.

• Vlnový tvar zkoušky: Oscilující vlnový tvar generovaný touto metodou obsahuje mnoho vysokofrekvenčních složek. Jeho čas fronty vlny je mnohem kratší než čas fronty vlny bleskového impulzu, což umožňuje efektivně aktivovat signály částečných výbojů způsobené vadami zařízení.

• Zkouškové zařízení: Zařízení potřebná pro zkoušku odolnosti proti oscilujícímu napětí zahrnují stejnosměrný zdroj napětí, nabíjecí kondenzátory, vysokonapěťový thyristor, spouštěcí mezera, odporník fronty vlny atd. Struktura je relativně komplexní a klade vysoké nároky na místní prostředí zkoušky.

• Environmentální faktory: Zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí je extrémně citlivá na environmentální faktory, jako jsou teplota a vlhkost. Musí být prováděna za striktně kontrolovaných podmínek, aby byla zajištěna přesnost výsledků zkoušky.

• Odpornost vůči rušení: Vzhledem k vysokému napětí a frekvenci oscilace generované zkouškou odolnosti proti oscilujícímu napětí jsou požadavky na zemlení a štítění zkouškového zařízení a na podmínky prostředí zkouškového systému extrémně přísné. Je třeba implementovat efektivní opatření k potlačení rušení.

• Omezení: Zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí má určité omezení v místních aplikacích pro nadnadvoltové reaktory. Zejména při zkoušce reaktorů na úrovni 1000 kV jsou stávající technické prostředky obtížné splnit požadavky na vysoké napětí a velkou kapacitu.

3 Srovnání dvou metod zkoušky odolnosti proti napětí

Při místním hodnocení vlastností izolace vysokonapěťových olejových reaktorů v podstanicích se běžně používají sériová rezonanční a oscilující metody zkoušky odolnosti proti napětí. Tento studie provede hlubokou srovnávací analýzu těchto dvou metod s cílem najít řešení lépe vhodné pro místní hodnocení nadnadvoltových reaktorů v podstanicích.

• Požadavky na zařízení: Sériová rezonanční zkouška se spoléhá na proměnnofrekvenční zdroje napětí, excitační transformátory a ladící kondenzátory. Zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí vyžaduje stejnosměrné zdroje napětí, nabíjecí kondenzátory a vysokonapěťové thyristory. První má jednodušší a menší zařízení, což umožňuje snadnější místní operaci.

• Podmínky zkoušky: Sériová rezonanční zkouška dobře vyhovuje místním podmínkám s nízkou závislostí na faktorech jako jsou teplota a vlhkost. Naopak zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí klade přísnější environmentální požadavky, aby byla zajištěna přesnost výsledků.

• Postupy zkoušky: Sériová rezonanční zkouška je relativně jednoduchá, dosahuje rezonance přizpůsobením frekvence proměnnofrekvenčního zdroje napětí. Zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí vyžaduje přesnou kontrolu generování a zeslabení vlnového tvaru napětí.

• Určení výsledků: (Poznámka: Redundantní obsah byl odebrán pro stručnost, protože původní text obsahoval opakující se popisy.) Sériová rezonanční zkouška zjednodušuje postup přizpůsobením frekvence pro rezonanci. Zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí vyžaduje přesnou kontrolu vlnového tvaru.

• Bezpečnost: Obě metody zajišťují vysokou bezpečnost. Nicméně, sériová rezonanční zkouška může rychle snížit napětí při průrazu vzorky, minimalizuje tak poškození zařízení a zkouškových sestav.

Prohloubeným srovnáním experimentálních sestav, místních podmínek, postupů zkoušky a standardů pro určení výsledků, sériová rezonanční zkouška odolnosti proti napětí ukazuje větší vhodnost pro místní hodnocení izolace vysokonapěťových olejových reaktorů. Má jednoduchou sestavu, silnou adaptabilitu, jasné kroky zkoušky, snadno identifikovatelné výsledky a vysokou bezpečnost. Na druhou stranu, zkouška odolnosti proti oscilujícímu napětí má přísnější environmentální požadavky, složitější sestavu a ukazuje omezení v praktických aplikacích reaktorů. Proto tento studie doporučuje upřednostnit sériovou rezonanční zkoušku odolnosti proti napětí pro místní hodnocení izolace vysokonapěťových olejových reaktorů v podstanicích.

4 Závěr

Tento článek nejprve zkoumá typické vadiny izolace reaktorů a technologie místního hodnocení izolace. Poté pro dvě metody hodnocení izolace reaktorů představuje základní principy a typy zařízení sériové rezonanční zkoušky odolnosti proti napětí, spolu s relevantními normami, principy a logikou detekce oscilující zkoušky napětí. Srovnáním výhod a nevýhod z čtyř aspektů (zkouškové zařízení, místní konfigurace podmínek, postupy zkoušky a metody určení výsledků) dospívá k závěru, že sériová rezonanční metoda je vhodnější pro místní hodnocení izolace vysokonapěťových olejových reaktorů v podstanicích.