Defectos de Aislamiento y Métodos de Prueba de Tensión de Resistencia para Reactores de Ultra Alta Tensión Sumergidos en Aceite

1 Investigación de Defectos de Aislamiento en Reactores Sumergidos en Aceite UHV

Los desafíos clave en los reactores sumergidos en aceite de alta tensión durante la operación incluyen fallos de aislamiento, calentamiento por fuga magnética del núcleo, vibración/ruido y fugas de aceite.

1.1 Fallos de Aislamiento

Los reactores conectados en paralelo, una vez conectados al devanado primario de la red principal y puestos en uso, operan a plena potencia a largo plazo. La tensión elevada sostenida aumenta las temperaturas de operación, acelerando el envejecimiento de los materiales de aislamiento del bobinado y del aceite. Posibles fallos: ruptura del aislamiento entre el bobinado y tierra, cortocircuitos entre capas. Los reactores trifásicos también enfrentan riesgos de ruptura de aislamiento entre fases.

1.2 Calentamiento por Fuga Magnética del Núcleo

Las holguras hacen que la densidad de fuga magnética de los reactores sea mucho mayor que la de los transformadores. Cerca del núcleo de hierro, el yugo y los soportes de los bobinados, la intensidad de la fuga es varias veces mayor que en los transformadores. La fuga a través del acero silicio causa una pérdida de energía adicional y un sobrecalentamiento local, especialmente donde la fuga cruza verticalmente el yugo de hierro (por ejemplo, hierros de sujeción, láminas de acero). Un desafío importante para los reactores sumergidos en aceite en redes UHV.

1.3 Vibración y Ruido

Las holguras dividen la ruta magnética del reactor en regiones con polos magnéticos independientes. Los cambios en la atracción de los polos causan vibraciones. El núcleo de hierro, el empaquetadura y el marco del yugo pueden desencadenar resonancia mecánica, haciendo que la vibración y el ruido del reactor superen a los de los transformadores. Fallos como la mala operación del relé de gas, fracturas de láminas de aluminio, desgaste del aislamiento, aflojamiento de las láminas del núcleo y descargas del dispositivo de límite del núcleo resultan de la vibración a largo plazo. El ruido está estrechamente relacionado con la vibración del núcleo.

1.4 Fugas de Aceite

Las fugas de aceite interrumpen la operación estable, contaminan el medio ambiente y representan un riesgo de seguridad. Tanto los reactores sumergidos en aceite nacionales como importados presentan comúnmente fugas de aceite, debido a un control de proceso deficiente por parte de los fabricantes y a la vibración durante el transporte/operación que agrava las fugas.

2 Principios y Características de Dos Métodos de Prueba de Resistencia a Voltaje
2.1 Método de Prueba de Resistencia a Voltaje por Resonancia en Serie

El método de prueba de resistencia a voltaje por resonancia en serie es una estrategia altamente efectiva para la detección de aislamiento en equipos eléctricos de alta tensión. Demuestra una utilidad insustituible, especialmente en la evaluación de aislamiento en sitio de reactores en subestaciones de ultra-alta tensión. Esta tecnología logra principalmente el efecto de generar un voltaje de prueba relativamente alto incluso con una capacidad de alimentación pequeña, a través de la cooperación de resonancia entre la impedancia inductiva del reactor y la impedancia capacitiva del capacitor de compensación a una frecuencia específica. Su principio se muestra en la Figura 1. Las principales características de este método son las siguientes:

• Capacidad de prueba pequeña. En el estado de resonancia, la impedancia del circuito disminuye al mínimo. Por lo tanto, la capacidad real requerida de la fuente de alimentación de prueba es solo una pequeña parte, mucho menor que la potencia total necesaria para generar el voltaje de prueba. Es particularmente adecuado para uso en sitio, especialmente en entornos donde la capacidad de alimentación es limitada.

• Alto voltaje de salida. Bajo condiciones de resonancia, la fuente de alimentación puede generar un voltaje que cumple con los requisitos de alta prueba incluso a una frecuencia relativamente baja. Esto crea condiciones para la evaluación de aislamiento en sitio de reactores de ultra-alta tensión.

• Buena calidad de onda. La prueba de resonancia en serie puede garantizar la salida de una onda sinusoidal estable a una frecuencia de alimentación fija, reduciendo eficazmente el impacto de armónicos en los resultados de la prueba y asegurando la precisión de la prueba.

• Equipo de prueba simple. Los dispositivos requeridos para esta prueba son relativamente simples, compuestos principalmente por una fuente de alimentación de frecuencia variable, un transformador de excitación y un capacitor de sintonía, etc., facilitando el transporte en sitio y la instalación rápida.

• Alta seguridad. Si el elemento de prueba se rompe durante la prueba de resonancia en serie, el circuito perderá inmediatamente el estado de resonancia y la corriente de salida de la fuente de alimentación disminuirá drásticamente, limitando así eficazmente el daño al elemento de prueba y al equipo de prueba.

En resumen, las investigaciones de defectos de aislamiento proporcionan datos clave para las evaluaciones de aislamiento en sitio de reactores de subestación, guiando la selección de métodos de prueba. Las futuras investigaciones optimizarán la tecnología de evaluación en sitio para mejorar la precisión y confiabilidad de las evaluaciones del estado de aislamiento de los reactores sumergidos en aceite de alta tensión.

2.2 Método de Prueba de Resistencia a Voltaje por Oscilación de Voltaje

El método de prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje es un medio frecuentemente utilizado en la detección de aislamiento en sistemas de energía. Demuestra una importancia única, especialmente en la detección de resistencia a voltaje entre vueltas de reactores de aire seco sin núcleo. Esta tecnología aplica ondas de voltaje de oscilación de alta frecuencia al objeto de prueba para aplicar voltaje, induciendo e identificando defectos en el sistema de aislamiento, como descargas parciales. Su principio se muestra en la Figura 2. Las características principales de la prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje y los factores clave a considerar son los siguientes:

• Principio de detección: Esta prueba se basa en las características de las ondas de oscilación de alta frecuencia. Al comparar las ondas de corriente del elemento de prueba bajo el voltaje de referencia y el voltaje de prueba, evalúa si la condición de aislamiento es ideal. La tasa de atenuación de la onda y la variación de los puntos de cruce cero son parámetros clave para medir la calidad del aislamiento.

• Onda de prueba: La onda de oscilación generada por este método contiene numerosos componentes de alta frecuencia. Su tiempo de frente de onda es mucho más corto que el de un frente de onda de impulso de rayo, lo que puede activar eficientemente las señales de descarga parcial causadas por defectos en el equipo.

• Dispositivo de prueba: El equipo requerido para la prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje incluye una fuente de alimentación de corriente directa, capacitores de carga, un rectificador de silicio de alta tensión, un espacio de disparo, un resistor de frente de onda, etc. La estructura es relativamente compleja y exige bastante al entorno de prueba en sitio.

• Factores ambientales: La prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje es extremadamente sensible a factores ambientales como la temperatura y la humedad. Debe realizarse en condiciones estrictamente controladas para garantizar la precisión de los resultados de la prueba.

• Rendimiento anti-interferencia: Dado el alto voltaje y la frecuencia de oscilación generados por la prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje, los requisitos de aterrizaje y blindaje del dispositivo de prueba y las condiciones ambientales del sistema de prueba son extremadamente estrictos. Se deben implementar medidas de supresión de interferencias efectivas.

• Limitaciones: La prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje tiene ciertas limitaciones en aplicaciones en sitio para reactores de ultra-alta tensión. Especialmente en la prueba de reactores a nivel de 1000 kV, los medios técnicos existentes son difíciles de cumplir con los requisitos de prueba para alta tensión y gran capacidad.

3 Comparación de los Dos Métodos de Prueba de Resistencia a Voltaje

En la evaluación de rendimiento de aislamiento en sitio de reactores sumergidos en aceite de alta tensión en subestaciones, las técnicas comunes incluyen pruebas de resonancia en serie y pruebas de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje. Este estudio realiza un análisis comparativo profundo de estos dos métodos, con el objetivo de encontrar una solución mejor adaptada a la evaluación en sitio de reactores de subestaciones de ultra-alta tensión.

• Requisitos de equipo: La prueba de resonancia en serie se basa en fuentes de alimentación de frecuencia variable, transformadores de excitación y capacitores de sintonía. La prueba de oscilación de voltaje requiere fuentes de alimentación de corriente directa, capacitores de carga y rectificadores de silicio de alta tensión. El primero tiene un equipo más simple y pequeño, permitiendo una operación en sitio más fácil.

• Condiciones de prueba: La prueba de resonancia en serie se adapta bien a los entornos en sitio, con una dependencia baja de factores como la temperatura y la humedad. En contraste, la prueba de oscilación de voltaje impone demandas ambientales más estrictas para garantizar la precisión de los resultados.

• Procedimientos de prueba: La prueba de resonancia en serie es relativamente sencilla, logrando la resonancia ajustando la frecuencia de la fuente de alimentación de frecuencia variable. Sin embargo, la prueba de oscilación de voltaje requiere un control preciso de la generación y atenuación de la onda de voltaje.

• Determinación de resultados: La prueba de resonancia en serie simplifica el proceso mediante el ajuste de la frecuencia para la resonancia. La prueba de oscilación de voltaje requiere un control preciso de la onda.

• Seguridad: Ambos métodos garantizan una alta seguridad. Sin embargo, la prueba de resonancia en serie puede reducir rápidamente el voltaje durante la ruptura del elemento de prueba, minimizando el daño al equipo y a las configuraciones de prueba.

A través de una comparación profunda de las configuraciones experimentales, las configuraciones de entorno en sitio, los procedimientos de prueba y los estándares de determinación de resultados, la prueba de resistencia a voltaje por resonancia en serie se demuestra más adecuada para la evaluación de aislamiento en sitio de reactores sumergidos en aceite de alta tensión. Presenta una configuración simple, una fuerte adaptabilidad, pasos de prueba claros, resultados fácilmente identificables y una alta seguridad. En contraste, la prueba de oscilación de voltaje tiene demandas ambientales más estrictas, una configuración más compleja y muestra limitaciones en aplicaciones prácticas de reactores. Por lo tanto, este estudio recomienda priorizar la prueba de resistencia a voltaje por resonancia en serie para la evaluación de aislamiento en sitio de reactores sumergidos en aceite de alta tensión en subestaciones.

4 Conclusión

Este artículo investiga primero los defectos de aislamiento típicos de los reactores y las tecnologías de evaluación de aislamiento en sitio. Luego, para dos métodos de evaluación de aislamiento de reactores, introduce los principios básicos y los tipos de dispositivos de la prueba de resistencia a voltaje por resonancia en serie, junto con los estándares, principios y lógica de detección relevantes de la prueba de resistencia a voltaje por oscilación de voltaje. Al comparar ventajas y desventajas desde cuatro aspectos (equipo de prueba, configuración de condiciones en sitio, procedimientos de prueba y métodos de determinación de resultados), concluye que el método de resonancia en serie es más adecuado para la evaluación de aislamiento en sitio de reactores sumergidos en aceite de alta tensión en subestaciones.