عیوب عایق بندی و روش های آزمون تحمل ولتاژ برای راکتورهای غوطه ور در روغن UHV

1 بررسی نقص‌های عایق در رآکتورهای غوطه‌ور در روغن با ولتاژ بسیار بالا (UHV)

چالش‌های اصلی در رآکتورهای 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

رآکتورهای متوازی‌شده، پس از اتصال به سیم‌پیچ اصلی شبکه اصلی و ورود به کار، طولانی‌مدت با توان کامل عمل می‌کنند. ولتاژ بالا مداوم دماهای عملکرد را افزایش می‌دهد و پیری مواد عایق‌بندی سیم‌پیچ و روغن را تسریع می‌کند. خرابی‌های احتمالی: خرابی عایق‌بندی سیم‌پیچ-به-زمین، کوتاه‌مداری بین لایه‌ها. رآکتورهای سه‌فاز نیز با خطرات خرابی عایق‌بندی فاز-به-فاز مواجه هستند.

1.2 گرم شدن نشت مغناطیسی هسته

فاصله‌های هوا باعث می‌شوند که تراکم نشت مغناطیسی رآکتورها بسیار بیشتر از ترانسفورماتورها باشد. نزدیک هسته آهن، یوک و پشتیبانی‌های سیم‌پیچ، شدت نشت چندین برابر ترانسفورماتورها است. نشت از فولاد سیلیسیوم باعث از دست دادن انرژی اضافی و گرم شدن محلی می‌شود، به ویژه جایی که نشت عمودی از یوک آهن عبور می‌کند (مثلاً آهن‌های ضربه‌ای، صفحات فولادی). یکی از چالش‌های اصلی برای رآکتورهای غوطه‌ور در روغن در شبکه‌های UHV است.

1.3 ارتعاش و صدا

فاصله‌های هوا مسیر مغناطیسی رآکتور را به مناطقی با قطب‌های مغناطیسی مستقل تقسیم می‌کنند. تغییرات جذب قطب‌ها باعث ارتعاش می‌شوند. چارچوب هسته آهن، لایه‌های پوششی و یوک ممکن است رزونانس مکانیکی را ایجاد کنند و ارتعاش/صدا رآکتور را بیش از ترانسفورماتورها بسازند. نقص‌هایی مانند عملکرد نادرست رله گاز، شکست صفحات آلومینیوم، سایش عایق، آزاد شدن صفحات هسته و تخلیه دستگاه‌های محدوده‌ای هسته نتیجه ارتعاش طولانی‌مدت هستند. صدا به طور تنگاتنگ با ارتعاش هسته مرتبط است.

1.4 نشت روغن

نشت روغن عملکرد پایدار را مختل می‌کند، محیط را آلوده می‌کند و خطرات ایمنی ایجاد می‌کند. هم رآکتورهای غوطه‌ور در روغن داخلی و هم وارداتی معمولاً روغن می‌ریزند، به دلیل کنترل فرآیند ضعیف سازندگان و ارتعاش در حین حمل و نقل/عملکرد که نشت‌ها را بدتر می‌کند.

2 اصول و مشخصات دو روش آزمون تحمل ولتاژ
2.1 روش آزمون تحمل ولتاژ رزونانس سری

روش آزمون تحمل ولتاژ رزونانس سری یک استراتژی بسیار موثر برای تشخیص عایق‌بندی تجهیزات الکتریکی با ولتاژ بالا است. این روش اهمیت جایگزین‌ناپذیری دارد، به ویژه در ارزیابی عایق‌بندی رآکتورها در زیرстанیون‌های ولتاژ بسیار بالا. این تکنولوژی اساساً با همکاری رزونانس بین امپدانس القایی رآکتور و امپدانس خازنی خازن جبرانی در یک فرکانس خاص، اثر تولید ولتاژ آزمون نسبتاً بالا حتی با ظرفیت تامین توان کوچک را می‌رساند. اصل این روش در شکل 1 نشان داده شده است. ویژگی‌های اصلی این روش به شرح زیر است:

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

• ولتاژ خروجی بالا. در شرایط رزونانس، تامین توان می‌تواند ولتاژی تولید کند که نیازهای آزمون بالا را برآورده می‌کند حتی در فرکانس نسبتاً کم. این شرایط برای ارزیابی عایق‌بندی رآکتورهای ولتاژ بسیار بالا در محل فراهم می‌کند.

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

• تجهیزات آزمون ساده. دستگاه‌های مورد نیاز برای این آزمون نسبتاً ساده هستند، عمدتاً شامل تامین توان متغیر فرکانس، ترانسفورماتور تحریک و خازن تنظیم، و غیره، که حمل و نصب سریع در محل را تسهیل می‌کند.

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

در نتیجه، بررسی‌های نقص‌های عایق‌بندی داده‌های کلیدی برای ارزیابی عایق‌بندی رآکتورهای زیرستانیون در محل فراهم می‌کنند و راهنمایی برای انتخاب روش آزمون ارائه می‌دهند. تحقیقات آینده تکنولوژی‌های ارزیابی در محل را بهینه می‌کنند تا دقت و قابلیت اطمینان ارزیابی وضعیت عایق‌بندی رآکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا را افزایش دهند.

2.2 روش آزمون تحمل ولتاژ موج نوسانی

روش تحمل ولتاژ موج نوسانی یکی از روش‌های معمول در تشخیص عایق‌بندی سیستم‌های برق است. این روش اهمیت منحصر به فردی دارد، به ویژه در تشخیص تحمل ولتاژ بین دور در رآکتورهای هوایی بدون هسته. این تکنولوژی از موج‌های ولتاژ نوسانی با فرکانس بالا برای اعمال ولتاژ به نمونه آزمون استفاده می‌کند، به منظور ایجاد و شناسایی نقص‌های سیستم عایق‌بندی مانند تخلیه‌های جزئی. اصل این روش در شکل 2 نشان داده شده است. ویژگی‌های اصلی آزمون تحمل ولتاژ موج نوسانی و عوامل کلیدی مورد توجه به شرح زیر است:

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

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

• دستگاه آزمون: تجهیزات مورد نیاز برای آزمون تحمل ولتاژ موج نوسانی شامل تامین توان DC، خازن‌های شارژ، دیود سیلیکونی با ولتاژ بالا، فاصله‌ی تحریک، مقاومت موج پیشرو و غیره است. ساختار آن نسبتاً پیچیده است و نیازهای بالایی برای محیط آزمون در محل دارد.

• عوامل محیطی: آزمون تحمل ولتاژ موج نوسانی به عوامل محیطی مانند دما و رطوبت بسیار حساس است. باید در شرایط کنترل شده به صورت строгий виконуватися, щоб забезпечити точність результатів випробування.

• Властивості протидії завадам: Враховуючи високе напругу та частоту коливань, які генеруються під час випробування на стійкість до напруги з коливаннями, вимоги до заземлення, екранировання обладнання та умов середовища випробувального системи надзвичайно суворі. Потрібно впровадити ефективні заходи протидії завадам.

• Обмеження: Метод випробування на стійкість до напруги з коливаннями має певні обмеження при застосуванні на місці для ректорів надвисокої напруги. Особливо при випробуванні ректорів на рівні 1000 кВ, існуючі технічні засоби важко задовольняють вимоги випробування на високе напруга та велику потужність.

3 مقایسه دو روش آزمون تحمل ولتاژ

در ارزیابی عملکرد عایق‌بندی رآکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها، روش‌های معمول شامل آزمون‌های رزونانس سری و تحمل ولتاژ موج نوسانی هستند. این مطالعه تحلیل مقایسه‌ای عمیق این دو روش را انجام می‌دهد، با هدف یافتن راه‌حلی که بهتر برای ارزیابی در محل رآکتورهای زیرستانیون با ولتاژ بسیار بالا مناسب باشد.

• نیاز به تجهیزات: آزمون رزونانس سری به تامین‌های توان متغیر فرکانس، ترانسفورماتورهای تحریک و خازن‌های تنظیم تکیه می‌کند. آزمون موج نوسانی به تامین‌های توان DC، خازن‌های شارژ و دیود سیلیکونی با ولتاژ بالا نیاز دارد. روش اول تجهیزات ساده‌تر و کوچک‌تری دارد که به عملیات در محل راحت‌تر می‌کند.

• شرایط آزمون: آزمون رزونانس سری به خوبی با محیط‌های در محل سازگار است و به عواملی مانند دما و رطوبت وابستگی کمتری دارد. در مقابل، آزمون موج نوسانی شرایط محیطی سخت‌گیرانه‌تری را برای تضمین دقت نتایج می‌طلبد.

• مراحل آزمون: آزمون رزونانس سری نسبتاً ساده است و با تنظیم فرکانس تامین توان متغیر فرکانس رزونانس را می‌رساند. آزمون موج نوسانی اما نیاز به کنترل دقیق تولید و کاهش موج ولتاژ دارد.

• تعیین نتیجه: (توجه: محتوای تکراری برای اختصار حذف شده است، زیرا متن اصلی توصیف‌های تکراری داشت.) آزمون رزونانس سری با تنظیم فرکانس روند را ساده می‌کند. آزمون موج نوسانی نیاز به کنترل دقیق موج دارد.

• امنیت: هر دو روش امنیت بالایی را تضمین می‌کنند. اما، آزمون رزونانس سری می‌تواند در صورت خرابی نمونه ولتاژ را به سرعت کاهش دهد و خسارت به تجهیزات و سیستم‌های آزمون را به حداقل برساند.

با مقایسه عمیق تنظیمات آزمایشی، پیکربندی محیط در محل، مراحل آزمون و معیارهای تعیین نتیجه، آزمون تحمل ولتاژ رزونانس سری برای ارزیابی عایق‌بندی رآکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در محل مناسب‌تر است. این روش دارای تنظیمات ساده، تطبیق‌پذیری قوی، مراحل آزمون واضح، نتایج قابل شناسایی و امنیت بالا است. در مقابل، آزمون موج نوسانی نیازهای محیطی سخت‌گیرانه‌تری دارد، تنظیمات پیچیده‌تری دارد و محدودیت‌هایی در کاربردهای عملی رآکتورها دارد. بنابراین، این مطالعه پیشنهاد می‌کند که در ارزیابی عایق‌بندی رآکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها، از آزمون تحمل ولتاژ رزونانس سری اولویت داده شود.

4 نتیجه‌گیری

این مقاله ابتدا نقص‌های عایق‌بندی معمول رآکتورها و تکنولوژی‌های ارزیابی عایق‌بندی در محل را بررسی می‌کند. سپس، برای دو روش ارزیابی عایق‌بندی رآکتورها، اصول اساسی و انواع دستگاه‌های آزمون تحمل ولتاژ رزونانس سری را معرفی می‌کند، همراه با استانداردهای مربوطه، اصول و منطق تشخیص آزمون موج نوسانی. با مقایسه مزایا و معایب از چهار جنبه (تجهیزات آزمون، پیکربندی شرایط در محل، مراحل آزمون و روش‌های تعیین نتیجه)، نتیجه می‌گیرد که روش رزونانس سری برای ارزیابی عایق‌بندی رآکتورهای پر از روغن با ولتاژ بالا در زیرستانیون‌ها مناسب‌تر است.