Isolierfehler und Spannungsprüfverfahren für UHV-Ölgetränkte Reaktoren

1 Untersuchung von Isolationsdefekten in UHV-Ölgetränkten Drosseln

Hauptprobleme bei hochspannungsölgefüllten Drosseln während des Betriebs umfassen Isolationsfehler, magnetische Leckwärme im Eisenkern, Vibration/Geräusch und Ölverluste.

1.1 Isolationsfehler

Parallelgeschaltete Drosseln, die an die Primärspule des Hauptnetzes angeschlossen und in Betrieb genommen werden, arbeiten langfristig mit voller Leistung. Eine dauerhafte hohe Spannung führt zu erhöhten Betriebstemperaturen, was das Altern der Spulenisoliermaterialien und des Öls beschleunigt. Mögliche Fehler sind: Isolationsdurchschlag zwischen Spule und Erde, Kurzschlüsse zwischen den Lagen. Dreiphasige Drosseln haben auch das Risiko eines Phasen-zu-Phasen-Isolationsdurchschlags.

1.2 Magnetische Leckwärme im Eisenkern

Luftspalten machen die magnetische Leckdichte von Drosseln viel höher als die von Transformatoren. In der Nähe des Eisenkerns, des Joches und der Spulenträger ist die Leckintensität mehrere Male so hoch wie bei Transformatoren. Die Leckage durch Siliziumstahl verursacht zusätzliche Energieverluste und lokale Überhitzungen, insbesondere an Stellen, wo die Leckage senkrecht durch das Eisenjoch läuft (z.B. Klemmeisen, Stahlbleche). Dies stellt eine große Herausforderung für ölgetränkte Drosseln in UHV-Netzen dar.

1.3 Vibration und Geräusch

Luftspalten teilen den magnetischen Pfad der Drossel in Bereiche mit unabhängigen magnetischen Polen. Änderungen der Polanziehung verursachen Vibrationen. Der Eisenkern, Dichtungen und das Jochgestell können mechanische Resonanzen auslösen, wodurch die Vibrationen und Geräusche von Drosseln über denen von Transformatoren liegen. Langfristige Vibrationen führen zu Fehlern wie Fehlfunktionen des Gasrelais, Risse in Aluminiumblechen, Verschleiß der Isolation, Lockerung von Kernblechen und Entladungen an Kernbegrenzungseinrichtungen. Das Geräusch hängt eng mit der Kernevibration zusammen.

1.4 Ölverluste

Ölverluste stören den stabilen Betrieb, verschmutzen die Umwelt und bergen Sicherheitsrisiken. Sowohl inländische als auch importierte ölgetränkte Drosseln leiden häufig unter Ölverlusten, was auf mangelnde Prozesskontrolle der Hersteller und verstärkte Verluste durch Vibrationen während des Transports und des Betriebs zurückzuführen ist.

2 Prinzipien und Merkmale zweier Spannungsstandfestigkeitstestmethoden
2.1 Serienresonanz-Spannungsstandfestigkeitstestmethode

Die Serienresonanz-Spannungsstandfestigkeitstestmethode ist eine sehr effektive Strategie zur Isolierungsdetektion von Hochspannungselektrikgeräten. Sie zeigt eine unersetzliche Nützlichkeit, insbesondere bei der ortsfremden Isolierprüfung von Drosseln in UHV-Umspannwerken. Diese Technologie erreicht hauptsächlich den Effekt, selbst mit geringer Stromversorgungskapazität eine relativ hohe Prüfspannung zu erzeugen, durch die Resonanzkooperation zwischen dem induktiven Widerstand der Drossel und dem kapazitiven Widerstand des Ausgleichskondensators bei einer bestimmten Frequenz. Ihr Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Hauptmerkmale dieser Methode sind wie folgt:

• Geringe Prüfkapazität. Im Resonanzzustand fällt der Schleifimpedanz auf ein Minimum. Daher ist die tatsächlich benötigte Prüfstromversorgungskapazität nur ein kleiner Teil, weit niedriger als die volle Leistung, die erforderlich wäre, um die Prüfspannung zu erzeugen. Es eignet sich besonders für den Einsatz am Standort, insbesondere in Umgebungen mit begrenzter Stromversorgungskapazität.

• Hohe Ausgangsspannung. Unter Resonanzbedingungen kann die Stromquelle selbst bei relativ niedriger Frequenz eine Spannung erzeugen, die den Anforderungen an hohe Prüfungen entspricht. Dies schafft die Voraussetzungen für die ortsfremde Isolierprüfung von UHV-Drosseln.

• Gute Wellenformqualität. Der Serienresonanztest kann sicherstellen, dass eine stabile Sinuswellenform bei einer festen Netzfrequenz ausgegeben wird, was den Einfluss von Oberschwingungen auf die Testergebnisse wirksam reduziert und die Genauigkeit des Tests gewährleistet.

• Einfache Prüfausrüstung. Die für diesen Test erforderlichen Geräte sind relativ einfach, bestehen hauptsächlich aus einer frequenzvariablen Stromquelle, einem Anregungstransformer und einem Abstimmungskondensator usw., was den Transport und die schnelle Installation am Standort erleichtert.

• Hohe Sicherheit. Wenn das Prüfobjekt beim Serienresonanztest durchschlägt, verliert die Schleife sofort den Resonanzzustand und der Ausgangsstrom der Stromquelle bricht stark ab, was die Schäden am Prüfobjekt und der Prüfausrüstung wirksam begrenzt.

Zusammenfassend liefern Isolationsdefekterkennungen wichtige Daten für die ortsfremde Isolierbewertung von Umspannwerk-Drosseln, die die Auswahl der Testmethode leiten. Zukünftige Forschungen werden die ortsfremde Bewertungstechnologien optimieren, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Isolierzustandsbewertungen für hochspannungsölgefüllte Drosseln zu steigern.

2.2 Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstestmethode

Die Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstestmethode ist ein häufig verwendetes Mittel in der Isolierungsdetektion von Energiesystemen. Sie zeigt eine einzigartige Bedeutung, insbesondere bei der Wicklung-zu-Wicklung-Spannungsstandfestigkeitserkennung von trockenen Luftkern-Drosseln. Diese Technologie wendet hochofengenerierte Schwingungsspannungsformen auf das Prüfobjekt an, um Spannung anzuwenden, um damit Isoliersystemdefekte wie partielle Entladungen zu induzieren und zu identifizieren. Ihr Prinzip ist in Abbildung 2 dargestellt. Die wesentlichen Merkmale des Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstests und die zu berücksichtigenden Schlüsselfaktoren sind wie folgt:

• Erkennungsprinzip: Dieser Test basiert auf den Eigenschaften von hochofenschwingenden Formen. Indem die Stromformen des Prüfobjekts unter Referenzspannung und Prüfspannung verglichen werden, wird beurteilt, ob der Isolationszustand ideal ist. Die Wellenformabschwächungsrate und die Veränderung der Nullübergänge sind wichtige Parameter zur Messung der Isolationsqualität.

• Prüfform: Die durch diese Methode erzeugte Schwingungsform enthält zahlreiche hochofene Komponenten. Ihre Wellenfrontzeit ist viel kürzer als die einer Blitzimpuls-Wellenfront, was es ermöglicht, partielle Entladungssignale, die durch Gerätefehler verursacht werden, effizient zu aktivieren.

• Prüfausrüstung: Die für den Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstest erforderliche Ausrüstung umfasst eine Gleichstromquelle, Ladungskondensatoren, einen Hochspannungssiliziumhalbleiter, einen Auslöschlitz, einen Wellenfrontwiderstand usw. Die Struktur ist relativ komplex und stellt hohe Anforderungen an die Prüfumgebung am Standort.

• Umweltfaktoren: Der Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstest ist extrem empfindlich gegenüber Umweltfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit. Er muss unter streng kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden, um die Genauigkeit der Testergebnisse zu gewährleisten.

• Störfestigkeit: Angesichts der hohen Spannung und der Schwingungsfrequenz, die durch den Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstest erzeugt werden, sind die Anforderungen an die Erdung und Abschirmung der Prüfausrüstung sowie die Umgebungsbedingungen des Prüfsystems äußerst streng. Effektive Störungsunterdrückungsmaßnahmen müssen implementiert werden.

• Einschränkungen: Der Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstest hat bestimmte Einschränkungen bei der Anwendung am Standort für UHV-Drosseln. Insbesondere bei der Prüfung von Drosseln auf 1000kV-Niveau sind die vorhandenen technischen Mittel schwer in der Lage, die Anforderungen an hohe Spannung und große Kapazität zu erfüllen.

3 Vergleich der beiden Spannungsstandfestigkeitstestmethoden

Bei der ortsfremden Isolierleistungsbewertung von hochspannungsölgefüllten Drosseln in Umspannwerken werden häufig Serienresonanz- und Schwingungsspannungs-Spannungsstandfestigkeitstests verwendet. Diese Studie führt eine tiefgehende vergleichende Analyse dieser beiden Methoden durch, um eine Lösung zu finden, die besser für die ortsfremde Bewertung von UHV-Umspannwerk-Drosseln geeignet ist.

• Ausrüstungsanforderungen: Der Serienresonanztest setzt auf frequenzvariablen Stromquellen, Anregungstransformern und Abstimmungskondensatoren. Der Schwingungsspannungstest erfordert Gleichstromquellen, Ladungskondensatoren und Hochspannungssiliziumhalbleiter. Letzterer hat einfacheres und kleineres Gerät, was den Standortbetrieb erleichtert.

• Prüfbedingungen: Der Serienresonanztest passt sich gut an standortnahe Umgebungen an, mit geringer Abhängigkeit von Faktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Im Gegensatz dazu stellt der Schwingungsspannungstest strengere Umweltanforderungen, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.

• Prüfabläufe: Der Serienresonanztest ist relativ einfach, indem durch die Anpassung der Frequenz der frequenzvariablen Stromquelle Resonanz erreicht wird. Der Schwingungsspannungstest erfordert jedoch eine präzise Kontrolle über die Erzeugung und Abschwächung der Spannungsform.

• Ergebnisbestimmung: (Hinweis: Redundante Inhalte wurden zur Kürze entfernt, da im Original hier wiederholende Beschreibungen enthalten waren.) Der Serienresonanztest vereinfacht den Prozess durch Frequenzanpassung für Resonanz. Der Schwingungsspannungstest erfordert eine präzise Wellenformkontrolle.

• Sicherheit: Beide Methoden stellen eine hohe Sicherheit sicher. Allerdings kann der Serienresonanztest bei Durchschlag des Prüfobjekts die Spannung schnell reduzieren, um Schäden an Ausrüstung und Prüfaufbauten zu minimieren.

Durch eine tiefgehende Vergleichsstudie der experimentellen Aufbauten, der standortnahen Umgebungsanpassungen, der Prüfabläufe und der Ergebnisbestimmungsstandards hat sich der Serienresonanz-Spannungsstandfestigkeitstest als besser geeignet für die ortsfremde Isolierbewertung von hochspannungsölgefüllten Drosseln erwiesen. Er zeichnet sich durch eine einfache Aufbau, starke Anpassungsfähigkeit, klare Prüfschritte, leicht identifizierbare Ergebnisse und hohe Sicherheit aus. Im Gegensatz dazu stellt der Schwingungsspannungstest strengere Umweltanforderungen, einen komplexeren Aufbau und Einschränkungen in praktischen Reaktoranwendungen dar. Daher empfiehlt diese Studie, den Serienresonanz-Spannungsstandfestigkeitstest für die ortsfremde Isolierbewertung von hochspannungsölgefüllten Drosseln in Umspannwerken zu bevorzugen.

4 Schlussfolgerung

In diesem Artikel werden zunächst typische Isolationsdefekte von Drosseln und ortsfremde Isolierbewertungstechnologien untersucht. Dann werden für zwei Drossel-Isolierbewertungsmethoden die grundlegenden Prinzipien und Gerätearten des Serienresonanz-Spannungsstandfestigkeitstests sowie relevante Standards, Prinzipien und Detektionslogik des Schwingungsspannungstests vorgestellt. Durch den Vergleich von Vor- und Nachteilen aus vier Aspekten (Prüfausrüstung, standortnahe Umgebungsanpassungen, Prüfabläufe und Ergebnisbestimmungsverfahren) kommt man zu dem Schluss, dass die Serienresonanzmethode besser geeignet ist für die ortsfremde Isolierbewertung von hochspannungsölgefüllten Drosseln in Umspannwerken.