Isolationsdefekter og spændingsprøvemetoder for UHV oliebærende reaktorer

1 Undersøgelse af isolationsdefekter i UHV oliebaserede reaktorer

Nøgleudfordringer for højspændings oliefyldte reaktorer under drift inkluderer isolationsfejl, jernkern magnetisk leckagevarme, vibration/støj og olieleckage.

1.1 Isolationsfejl

Parallelforbundne reaktorer, når de er forbundet til hovednetværkets primære spole og tages i brug, fungerer på fuld effekt over lang tid. En vedvarende høj spænding øger driftstemperaturen, hvilket forhaster aldringen af spoleisoleringmateriale og olie. Potentielle fejl: isoleringsnedbrydning mellem spole og jord, kortslutninger mellem lag. Tre-fasede reaktorer står også over for risikoen for fase-til-fase isoleringsnedbrydning.

1.2 Jernkern magnetisk leckagevarme

Luftmellemrum gør reaktorers magnetiske leckagedensitet meget højere end transformer. Nært jernkernen, yoke og spolestøtter er leckageintensiteten flere gange så stor som for transformer. Leckage gennem siliciumstål forårsager ekstra energitab og lokal overophedning, især hvor leckage krydser jernyoken vertikalt (f.eks. klamper, stålskiver). En vigtig udfordring for oliefyldte reaktorer i UHV-netværk.

1.3 Vibration og støj

Luftmellemrum opdele reaktorens magnetiske vej i områder med uafhængige magnetiske poler. Ændringer i poleattraktion forårsager vibration. Jernkernen, pakningsringen og yoke rammen kan udløse mekanisk resonans, hvilket gør at reaktorvibration/støj overstiger transformer. Fejl som forkert funktion hos gasrelæ, brud i aluminiumsblade, isoleringsslid, løsning af kernede blad og udslip fra kernegrænsedevicer skyldes langvarig vibration. Støj er tæt forbundet med kernerens vibration.

1.4 Olieleckage

Olieleckage forstyrrer stabil drift, forurener miljøet og indebærer sikkerhedsrisici. Både indenlandske og importerede oliefyldte reaktorer lækkere ofte olie, grundet dårlig proceskontrol fra producenter og vibration under transport/operation, der forværres leckage.

2 Principper og karakteristika af to spændingsprøvemetoder
2.1 Serie-resonans spændingsprøvemetode

Serie-resonans spændingsprøvemetoden er en højst effektiv strategi til isoleringsdetektion af højspændings elektrisk udstyr. Den viser uerstattelig nytte, især i stedlige isoleringsvurderinger af reaktorer i ultra-højspændings anlæg. Denne teknologi opnår hovedsageligt effekten af at generere en relativt høj prøvespænding selv med en lille strømforsyningskapacitet, gennem resonans samarbejde mellem reaktorens induktive impedans og kompensationskondensatorens kapacitive impedans ved en bestemt frekvens. Dens princip er vist i figur 1. Metodens hovedkarakteristika er følgende:

• Lille prøvekapacitet. I resonanstilstanden falder kredssløjfeimpedancen til det mindste. Derfor er den faktiske nødvendige prøvestrømforsyningskapacitet kun en lille del, langt lavere end den fulde effekt, der kræves for at generere prøvespændingen. Det er særligt velegnet til stedlig brug, især i miljøer, hvor strømforsyningskapaciteten er begrænset.

• Høj udgangsspænding. Under resonanstilstand kan strømforsyningen generere en spænding, der opfylder høje prøvekrav, selv ved en relativt lav frekvens. Dette skaber betingelser for stedlig isoleringsvurdering af ultra-højspændingsreaktorer.

• God bølgeformskvalitet. Serieresonanstesten kan sikre udgang af en stabil sinus bølgeform ved en fast strømforsyningsfrekvens, hvilket effektivt reducerer harmonikers indflydelse på prøveresultater og sikrer prøvens præcision.

• Enkel prøveudstyr. De enheder, der kræves til denne prøve, er relativt simple, hovedsageligt sammensat af en variabelfrekvensstrømforsyning, en opbyggelses-transformator og en justeringskondensator osv., hvilket gør det let at transportere og hurtigt installere på stedet.

• Høj sikkerhed. Hvis prøveobjektet går ned under serieresonanstesten, vil kredssløjfen umiddelbart miste resonanstilstanden, og strømforsyningens udgangsstrøm vil falde drastisk, hvilket effektivt begrænser skade på prøveobjekt og prøveudstyr.

I alt, undersøgelser af isolationsdefekter giver nøgledata til stedlige isoleringsvurderinger af anlægsreaktorer, og guider valget af prøvemetoder. Fremtidig forskning vil optimere stedlige vurderingsteknikker for at forbedre præcision og pålidelighed af isoleringsstatusvurderinger for højspændings oliefyldte reaktorer.

2.2 Oscillerende spændingsprøvemetode

Oscillerende spændingsprøvemetoden er en ofte anvendt metode i isoleringsdetektion for kraftsystemer. Den viser en unik vigtighed, især i turn-to-turn spændingsprøvning af torre luftkernede reaktorer. Denne teknologi anvender højfrekvente oscillerende spændingsbølgeformer til prøveobjektet for at anvende spænding, hvilket inducerer og identificerer isoleringsystemdefekter som partielle udløsninger. Dens princip er vist i figur 2. Kernen karakteristika af spændingsoscillationsprøven og de vigtigste faktorer, der skal tages i betragtning, er følgende:

• Detektionsprincip: Denne prøve bygger på egenskaberne af højfrekvente oscillationsbølgeformer. Ved at sammenligne prøveobjektets strømbølgeformer under referencespændingen og prøvespændingen vurderes, om isoleringsforholdene er ideelle. Bølgeformens dæmpningsrate og variation i nulpunktskryds er nøgleparametre for at måle isoleringskvaliteten.

• Prøvebølgeform: Den oscillationsbølgeform, der genereres af denne metode, indeholder mange højfrekvente komponenter. Dens bølgefronttid er langt kortere end en lynnedslagsbølgefront, hvilket effektivt aktiverer partielle udløsnings signaler, der er forårsaget af udstyrdefekter.

• Prøveudstyr: Udstyret, der kræves til spændingsoscillationsprøven, inkluderer en DC-strømforsyning, opladningskondensatorer, en højspændings thyristor, en udløsningsspalte, en bølgefrontmodstand osv. Strukturen er relativt kompleks, og den stiller relativt høje krav til stedlige prøveomgivelser.

• Miljøfaktorer: Spændingsoscillationsprøven er yderst følsom over for miljøfaktorer som temperatur og fugt. Den skal udføres under strengt kontrollerede forhold for at sikre prøveresultaternes præcision.

• Anti-støjegenskaber: Givet den høje spænding og oscillationsfrekvens, der genereres af spændingsoscillationsprøven, er kravene til jordforbindelsen og skærmningseffekten af prøveudstyret samt prøvesystemets miljøforhold yderst strenge. Effektive forstyrrelsesundertrykkelsesforanstaltninger skal implementeres.

• Begrænsninger: Spændingsoscillationsprøven har visse begrænsninger i stedlige anvendelser for ultra-højspændingsreaktorer. Særligt i prøver af reaktorer på 1000kV-niveau, er de eksisterende tekniske midler svære at opfylde prøvekravene for høj spænding og stor kapacitet.

3 Sammenligning af de to spændingsprøvemetoder

I stedlige isoleringspræstationsvurderinger af højspændings oliefyldte reaktorer i anlæg, er almindelige teknikker serie-resonans og oscillations-spændingsprøver. Denne undersøgelse foretager en dybdegående sammenlignende analyse af disse to metoder, med henblik på at finde en løsning, der bedre passer til stedlige vurderinger af ultra-højspændings anlægsreaktorer.

• Udstyrskrav: Serieresonansprøven relaterer sig til variabelfrekvensstrømforsyninger, opbyggelses-transformatorer og justeringskondensatorer. Oscillations-spændingsprøven kræver DC-strømforsyninger, opladningskondensatorer og højspændings thyristorer. Den første har enklere, mindre udstyr, der gør det lettere at operere på stedet.

• Prøvebetingelser: Serieresonansprøven tilpasser sig godt til stedlige miljøer, med lav afhængighed af faktorer som temperatur og fugt. I modsætning hertil stiller oscillations-spændingsprøven strengere miljøkrav for at sikre resultats præcision.

• Prøveprocedurer: Serieresonansprøven er relativt enkel, ved at opnå resonans ved at justere variabelfrekvensstrømforsyningens frekvens. Oscillations-spændingsprøven kræver præcis kontrol over generering og dæmpning af spændingsbølgeformen.

• Resultatbestemmelse: (Notits: Fjernet redundant indhold for koncethed, da originalen havde gentagne beskrivelser her.) Serieresonansprøven forenkler processen via frekvensjustering for resonans. Oscillations-spændingsprøven kræver præcis bølgeformkontrol.

• Sikkerhed: Begge metoder sikrer høj sikkerhed. Dog kan serieresonansprøven hurtigt reducere spændingen under prøveobjektets nedbrydning, hvilket minimerer skader på udstyr og prøveopsætninger.

Gennem en dybdegående sammenligning af eksperimentelle opsætninger, stedlige miljøkonfigurationer, prøveprocedurer og resultatbestemmelsesstandarder, viser serieresonans spændingsprøven sig mere velegnet til stedlige isoleringsvurderinger af højspændings oliefyldte reaktorer. Den har et enkelt opsætning, stærk tilpasningsevne, klare prøvetruin, let identificerbare resultater og høj sikkerhed. I modsætning hertil stiller oscillations-spændingsprøven strengere miljøkrav, har et mere komplekst opsætning og viser begrænsninger i praktiske reaktoranvendelser. Derfor anbefales det i denne undersøgelse at prioritere serieresonans spændingsprøven til stedlige isoleringsvurderinger af højspændings oliefyldte reaktorer i anlæg.

4 Konklusion

Denne artikel undersøger først typiske isolationsdefekter af reaktorer og stedlige isoleringsvurderingsteknologier. Derefter introducerer den for to reaktorisoleringsvurderingsmetoder, grundlæggende principper og enhedstyper for serieresonans spændingsprøven, samt relevante standarder, principper og detektionslogik for oscillations-spændingsprøven. Ved at sammenligne fordele og ulemper fra fire aspekter (prøveudstyr, stedlige forholdskonfiguration, prøveprocedurer og resultatbestemmelsesmetoder), konkluderer den, at serieresonansmetoden er mere velegnet til stedlige isoleringsvurderinger af højspændings oliefyldte reaktorer i anlæg.