Defects of Insulation and Methods for Withstand Voltage Tests on UHV Oil-Immersed Reactors

1 تحقیق درباره نقص‌های عایق در راکتورهای غوطه‌ور در روغن با ولتاژ بسیار بالا

چالش‌های کلیدی در راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در حین عملکرد شامل نقص‌های عایق، گرم شدن نشت مغناطیسی هسته، ارتعاش/صدا و نشت روغن است.

1.1 نقص‌های عایق

راکتورهای متصل به صورت موازی، پس از اتصال به سیم پیچ اصلی شبکه اصلی و به کار گرفتن، به طولانی مدت با توان کامل عمل می‌کنند. ولتاژ بالای مداوم دما را افزایش می‌دهد و پیری مواد عایق سیم پیچ و روغن را تسریع می‌کند. خطاها محتمل: خرابی عایق سیم پیچ-زمین، کوتاه‌مدار بین لایه‌ها. راکتورهای سه فاز نیز با خطر خرابی عایق بین فازها مواجه هستند.

1.2 گرم شدن نشت مغناطیسی هسته

فاصله‌های هوایی باعث می‌شوند که چگالی نشت مغناطیسی راکتورها بسیار بیشتر از ترانسفورماتورها باشد. نزدیک هسته آهن، گردن و پشتیبانی‌های سیم پیچ، شدت نشت چندین برابر ترانسفورماتورها است. نشت از طریق فولاد سیلیسیوم باعث از دست دادن انرژی اضافی و گرم شدن محلی می‌شود، به ویژه جایی که نشت عمود بر گردن آهن عبور می‌کند (مانند آهن‌های ضربه‌ای، صفحات فولادی). یک چالش اصلی برای راکتورهای غوطه‌ور در روغن در شبکه‌های UHV.

1.3 ارتعاش و صدا

1.4 نشت روغن

نشت روغن عملکرد پایدار را مختل می‌کند، محیط زیست را آلوده می‌کند و خطر ایمنی ایجاد می‌کند. هر دو راکتورهای غوطه‌ور در روغن داخلی و وارداتی معمولاً نشت روغن دارند، به دلیل کنترل فرآیند ضعیف سازندگان و ارتعاش در حین حمل و عملکرد که نشت را بدتر می‌کند.

2 اصول و ویژگی‌های دو روش تست تحمل ولتاژ
2.1 روش تست تحمل ولتاژ سریال رزونانس

روش تست تحمل ولتاژ سریال رزونانس یک استراتژی بسیار مؤثر برای تشخیص عایق تجهیزات الکتریکی با ولتاژ بالا است. این روش کاربرد جایگزین‌ناپذیری دارد، به ویژه در ارزیابی عایق محلی راکتورها در زیرстанیون‌های ولتاژ بسیار بالا. این فناوری اساساً با استفاده از همکاری رزونانس بین امپدانس القایی راکتور و امپدانس ظرفیتی کندکتور جبرانی در فرکانس مشخص، اثر تولید ولتاژ آزمون نسبتاً بالا حتی با ظرفیت تأمین توان کوچک را به دست می‌آورد. اصل آن در شکل 1 نشان داده شده است. ویژگی‌های اصلی این روش عبارتند از:

• ظرفیت آزمون کوچک. در حالت رزونانس، امپدانس حلقه به حداقل می‌رسد. بنابراین، ظرفیت تأمین توان واقعی مورد نیاز فقط بخش کوچکی است، بسیار کمتر از توان کامل مورد نیاز برای تولید ولتاژ آزمون. این روش به ویژه برای استفاده محلی مناسب است، به ویژه در محیط‌هایی که ظرفیت تأمین توان محدود است.

• ولتاژ خروجی بالا. در شرایط رزونانس، تأمین توان می‌تواند ولتاژی تولید کند که نیازهای آزمون بالا را برآورده می‌کند حتی در فرکانس نسبتاً پایین. این شرایط را برای ارزیابی عایق محلی راکتورهای ولتاژ بسیار بالا فراهم می‌کند.

• کیفیت موج خروجی خوب. آزمون رزونانس سریال می‌تواند خروجی یک موج سینوسی پایدار در فرکانس ثابت تأمین توان را تضمین کند، که تأثیر هارمونیک‌ها را بر نتایج آزمون کاهش می‌دهد و دقت آزمون را تضمین می‌کند.

• تجهیزات آزمون ساده. دستگاه‌های مورد نیاز برای این آزمون نسبتاً ساده هستند، عمدتاً شامل تأمین توان متغیر فرکانس، ترانسفورماتور تحریک و کندکتور تنظیم، و غیره، که انتقال و نصب سریع محلی را تسهیل می‌کند.

• امنیت بالا. اگر نمونه آزمون در طول آزمون رزونانس سریال خراب شود، حلقه فوراً حالت رزونانس را از دست می‌دهد و جریان خروجی تأمین توان به طور شدید کاهش می‌یابد، بنابراین خسارت به نمونه آزمون و تجهیزات آزمون را به طور موثر محدود می‌کند.

به طور خلاصه، بررسی‌های نقص‌های عایق داده‌های کلیدی برای ارزیابی عایق محلی راکتورهای زیرستانیون را فراهم می‌کنند و راهنمای انتخاب روش آزمون هستند. تحقیقات آینده فناوری‌های ارزیابی محلی را بهینه خواهند کرد تا دقت و قابلیت اطمینان ارزیابی وضعیت عایق راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا را افزایش دهند.

2.2 روش آزمون تحمل ولتاژ نوسانی

روش آزمون تحمل ولتاژ نوسانی یکی از روش‌های معمول در تشخیص عایق سیستم‌های قدرت است. این روش اهمیت منحصر به فردی دارد، به ویژه در تشخیص تحمل ولتاژ بین لایه‌های راکتورهای هوا-هسته خشک. این فناوری از موج‌های ولتاژ نوسانی با فرکانس بالا برای اعمال ولتاژ به نمونه آزمون استفاده می‌کند، بنابراین نقص‌های سیستم عایق مانند تخلیه‌های جزئی را القا و شناسایی می‌کند. اصل آن در شکل 2 نشان داده شده است. ویژگی‌های اصلی آزمون تحمل ولتاژ نوسانی و عوامل کلیدی مورد توجه عبارتند از:

• اصل تشخیص: این آزمون بر اساس ویژگی‌های موج‌های نوسانی با فرکانس بالا است. با مقایسه موج‌های جریان نمونه آزمون تحت ولتاژ مرجع و ولتاژ آزمون، ارزیابی می‌کند که وضعیت عایق آیا ایده‌آل است. نرخ کاهش موج و تغییر نقاط عبور از صفر پارامترهای کلیدی برای اندازه‌گیری کیفیت عایق هستند.

• موج آزمون: موج نوسانی تولید شده توسط این روش شامل بسیاری از مولفه‌های با فرکانس بالا است. زمان موج‌پیش آن بسیار کوتاه‌تر از موج‌پیش ضربه گرمسیری است، که می‌تواند به طور کارآمد سیگنال‌های تخلیه جزئی ناشی از نقص تجهیزات را فعال کند.

• دستگاه آزمون: تجهیزات مورد نیاز برای آزمون تحمل ولتاژ نوسانی شامل تأمین توان DC، کندکتورهای شارژ، دیود سیلیکونی با ولتاژ بالا، شکاف تریگر، مقاومت موج‌پیش، و غیره. ساختار آن نسبتاً پیچیده است و نیازهای نسبتاً بالایی از محیط آزمون محلی دارد.

• عوامل محیطی: آزمون تحمل ولتاژ نوسانی به عوامل محیطی مانند دمای محیط و رطوبت بسیار حساس است. باید در شرایط کنترل شده به طور دقیق انجام شود تا دقت نتایج آزمون تضمین شود.

• عملکرد ضد تداخل: با توجه به ولتاژ بالا و فرکانس نوسانی تولید شده توسط آزمون تحمل ولتاژ نوسانی، نیازهای بسیار سختگیرانه‌ای برای زمین‌بندی و جلوگیری از تداخل دستگاه آزمون و شرایط محیطی سیستم آزمون وجود دارد. تدابیر کارآمد برای سرکوب تداخل نیاز است اجرا شود.

• محدودیت‌ها: آزمون تحمل ولتاژ نوسانی محدودیت‌هایی در کاربردهای محلی راکتورهای ولتاژ بسیار بالا دارد. به ویژه در آزمون راکتورهای سطح 1000kV، تکنیک‌های موجود دشواری در برآوردن نیازهای آزمون ولتاژ بالا و ظرفیت بزرگ دارند.

3 مقایسه دو روش آزمون تحمل ولتاژ

در ارزیابی عملکرد عایق محلی راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها، تکنیک‌های رایج شامل آزمون‌های تحمل ولتاژ سریال رزونانس و نوسانی هستند. این مطالعه تحلیل مقایسه‌ای عمیق از این دو روش انجام می‌دهد تا راه‌حلی مناسب‌تر برای ارزیابی محلی راکتورهای زیرستانیون ولتاژ بسیار بالا پیدا کند.

• نیازهای تجهیزات: آزمون سریال رزونانس بر تأمین‌های توان متغیر فرکانس، ترانسفورماتورهای تحریک و کندکتورهای تنظیم تکیه دارد. آزمون نوسانی نیاز به تأمین‌های توان DC، کندکتورهای شارژ و دیودهای سیلیکونی با ولتاژ بالا دارد. اولی تجهیزات ساده‌تر و کوچک‌تری دارد که عملیات محلی را آسان‌تر می‌کند.

• شرایط آزمون: آزمون سریال رزونانس به خوبی به محیط‌های محلی تطبیق می‌یابد و وابستگی کمی به عواملی مانند دما و رطوبت دارد. در مقابل، آزمون نوسانی نیازهای محیطی سختگیرانه‌تری برای تضمین دقت نتایج دارد.

• مراحل آزمون: آزمون سریال رزونانس نسبتاً ساده است و با تنظیم فرکانس تأمین توان متغیر فرکانس به رزونانس می‌رسد. آزمون نوسانی اما نیاز به کنترل دقیق تولید و کاهش موج ولتاژ دارد.

• تعیین نتایج: (توجه: محتوای تکراری برای خلاصه‌سازی حذف شده است.) آزمون سریال رزونانس با تنظیم فرکانس برای رسیدن به رزونانس فرآیند را ساده می‌کند. آزمون نوسانی نیاز به کنترل دقیق موج ولتاژ دارد.

• امنیت: هر دو روش امنیت بالایی را تضمین می‌کنند. با این حال، آزمون سریال رزونانس می‌تواند در زمان خرابی نمونه ولتاژ را به سرعت کاهش دهد و خسارت به تجهیزات و سیستم آزمون را به حداقل برساند.

با مقایسه عمیق تنظیمات آزمایشی، پیکربندی‌های محیط محلی، مراحل آزمون و استانداردهای تعیین نتایج، آزمون تحمل ولتاژ سریال رزونانس برای ارزیابی محلی عایق راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا مناسب‌تر است. این روش دارای تنظیمات ساده، تطبیق‌پذیری قوی، مراحل آزمون واضح، نتایج قابل شناسایی و امنیت بالا است. در مقابل، آزمون نوسانی نیازهای محیطی سختگیرانه‌تری دارد، تنظیمات پیچیده‌تری دارد و محدودیت‌هایی در کاربردهای عملی راکتورها دارد. بنابراین، این مطالعه توصیه می‌کند که برای ارزیابی محلی عایق راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها، از آزمون تحمل ولتاژ سریال رزونانس اولویت داده شود.

4 نتیجه‌گیری

این مقاله ابتدا به بررسی نقص‌های عایق معمول راکتورها و فناوری‌های ارزیابی عایق محلی می‌پردازد. سپس برای دو روش ارزیابی عایق راکتور، اصول اساسی و انواع دستگاه‌های آزمون تحمل ولتاژ سریال رزونانس را معرفی می‌کند، همراه با استانداردهای مربوطه، اصول و منطق تشخیص آزمون ولتاژ نوسانی. با مقایسه مزایا و معایب از چهار جنبه (تجهیزات آزمون، پیکربندی شرایط محلی، مراحل آزمون و روش‌های تعیین نتایج)، به این نتیجه می‌رسد که روش سریال رزونانس برای ارزیابی محلی عایق راکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها مناسب‌تر است.