Difetti di isolamento e metodi di prova di resistenza al voltaggio per reattori a ultrasalto ingombro immersi in olio

1 Indagine sui difetti di isolamento nei reattori a olio immerso ad UHV

Le principali sfide durante l'operazione dei reattori a olio ad alta tensione includono guasti di isolamento, riscaldamento dovuto alla dispersione magnetica del nucleo, vibrazioni/rumore e perdita d'olio.

1.1 Guasti di isolamento

I reattori in parallelo, una volta connessi alla spira primaria della rete principale e messi in uso, operano a piena potenza per lunghi periodi. L'elevata tensione continua aumenta le temperature operative, accelerando l'invecchiamento dei materiali di isolamento delle spire e dell'olio. Possibili guasti: rottura dell'isolamento spira-terra, cortocircuiti interstrato. I reattori trifase sono anche esposti al rischio di rottura dell'isolamento tra fasi.

1.2 Riscaldamento dovuto alla dispersione magnetica del nucleo

Le fessure d'aria rendono la densità di dispersione magnetica dei reattori molto più elevata rispetto ai trasformatori. Vicino al nucleo, all'armatura e ai supporti delle spire, l'intensità della dispersione è diverse volte superiore a quella dei trasformatori. La dispersione attraverso l'acciaio silicio causa un ulteriore consumo di energia e riscaldamento locale, specialmente dove la dispersione attraversa verticalmente l'armatura di ferro (ad esempio, ferri di serraggio, lastre d'acciaio). Questo è un grande problema per i reattori a olio immerso nelle reti ad UHV.

1.3 Vibrazione e rumore

Le fessure d'aria dividono il percorso magnetico del reattore in regioni con poli magnetici indipendenti. I cambiamenti nell'attrazione dei poli causano vibrazioni. Il nucleo di ferro, la guarnizione e la struttura dell'armatura possono innescare una risonanza meccanica, facendo sì che la vibrazione/rumore del reattore superi quella dei trasformatori. Difetti come il funzionamento errato del relè a gas, fratture delle lamine di alluminio, usura dell'isolamento, allentamento delle lamine del nucleo e scariche del dispositivo di limitazione del nucleo risultano da vibrazioni a lungo termine. Il rumore è strettamente legato alla vibrazione del nucleo.

1.4 Perdita d'olio

La perdita d'olio interrompe l'operazione stabile, inquina l'ambiente e rappresenta un rischio per la sicurezza. Entrambi i reattori a olio immerso prodotti localmente e importati tendono a perdere olio, a causa di un controllo di processo povero da parte dei produttori e di vibrazioni durante il trasporto/operazione che peggiorano le perdite.

2 Principi e caratteristiche di due metodi di prova di resistenza al voltaggio
2.1 Metodo di prova di resistenza al voltaggio a risonanza in serie

Il metodo di prova di resistenza al voltaggio a risonanza in serie è una strategia altamente efficace per la rilevazione dell'isolamento di apparecchiature elettriche ad alta tensione. Dimostra una utilità insostituibile, soprattutto nella valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori in sottostazioni ad ultra-alta tensione. Questa tecnologia raggiunge principalmente l'effetto di generare un voltaggio di prova relativamente alto anche con una capacità di alimentazione ridotta, attraverso la cooperazione a risonanza tra l'impedenza induttiva del reattore e l'impedenza capacitiva del condensatore di compensazione a una frequenza specifica. Il suo principio è mostrato nella Figura 1. Le principali caratteristiche di questo metodo sono le seguenti:

• Capacità di prova ridotta. Nello stato di risonanza, l'impedenza del circuito si riduce al minimo. Pertanto, la capacità effettiva richiesta per l'alimentazione di prova è solo una piccola parte, ben inferiore alla potenza totale necessaria per generare il voltaggio di prova. È particolarmente adatto per l'uso sul campo, specialmente in ambienti dove la capacità di alimentazione è limitata.

• Voltaggio di uscita elevato. In condizioni di risonanza, l'alimentazione può generare un voltaggio che soddisfa i requisiti di prova elevati anche a una frequenza relativamente bassa. Ciò crea le condizioni per la valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori ad ultra-alta tensione.

• Buona qualità della forma d'onda. Il test a risonanza in serie può garantire l'uscita di una forma d'onda sinusoidale stabile a una frequenza di alimentazione fissa, riducendo efficacemente l'impatto degli armonici sui risultati del test e assicurando l'accuratezza del test.

• Attrezzature di prova semplici. Gli apparecchi necessari per questo test sono relativamente semplici, composti principalmente da un alimentatore a frequenza variabile, un trasformatore di eccitazione e un condensatore di taratura, facilitando il trasporto sul campo e l'installazione rapida.

• Alta sicurezza. Se il campione di prova si rompe durante il test a risonanza in serie, il circuito perderà immediatamente lo stato di risonanza e la corrente di uscita dell'alimentazione diminuirà drasticamente, limitando così efficacemente i danni al campione di prova e alle attrezzature di prova.

In sintesi, le indagini sui difetti di isolamento forniscono dati chiave per la valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori in sottostazione, guidando la scelta del metodo di prova. Le future ricerche ottimizzeranno la tecnologia di valutazione sul campo per migliorare l'accuratezza e l'affidabilità delle valutazioni dello stato di isolamento dei reattori a olio ad alta tensione.

2.2 Metodo di prova di resistenza al voltaggio a oscillazione

Il metodo di prova di resistenza al voltaggio a oscillazione è un mezzo frequentemente utilizzato nella rilevazione dell'isolamento dei sistemi di potenza. Riveste un'importanza unica, soprattutto nella rilevazione della resistenza al voltaggio tra spire di reattori a nucleo d'aria asciutti. Questa tecnologia applica forme d'onda di voltaggio oscillante ad alta frequenza all'oggetto di prova per applicare il voltaggio, inducendo e identificando così difetti del sistema di isolamento come le scariche parziali. Il suo principio è mostrato nella Figura 2. Le caratteristiche fondamentali del test di resistenza al voltaggio a oscillazione e i fattori chiave da considerare sono i seguenti:

• Principio di rilevazione: Questo test si basa sulle caratteristiche delle forme d'onda oscillanti ad alta frequenza. Confrontando le forme d'onda di corrente del campione di prova sotto il voltaggio di riferimento e il voltaggio di prova, si valuta se la condizione di isolamento sia ideale. Il tasso di attenuazione della forma d'onda e la variazione dei punti di attraversamento zero sono parametri chiave per misurare la qualità dell'isolamento.

• Forma d'onda di prova: La forma d'onda oscillante generata da questo metodo contiene numerose componenti ad alta frequenza. Il tempo di fronte d'onda è molto inferiore a quello di un impulso di fulmine, attivando efficientemente i segnali di scarica parziale causati dai difetti dell'apparecchiatura.

• Dispositivo di prova: L'attrezzatura richiesta per il test di resistenza al voltaggio a oscillazione include un alimentatore DC, condensatori di carica, un rettificatore a silicio ad alta tensione, un gap di trigger, un resistore di fronte d'onda, ecc. La struttura è relativamente complessa e richiede condizioni ambientali di prova piuttosto elevate.

• Fattori ambientali: Il test di resistenza al voltaggio a oscillazione è estremamente sensibile a fattori ambientali come temperatura e umidità. Deve essere eseguito in condizioni strettamente controllate per garantire l'accuratezza dei risultati del test.

• Prestazioni anti-interferenza: Data l'elevata tensione e la frequenza di oscillazione generate dal test di resistenza al voltaggio a oscillazione, i requisiti per il collegamento a terra e gli effetti di schermatura del dispositivo di prova e le condizioni ambientali del sistema di prova sono estremamente rigorosi. È necessario implementare misure efficaci di soppressione delle interferenze.

• Limitazioni: Il test di resistenza al voltaggio a oscillazione presenta alcune limitazioni nelle applicazioni sul campo per i reattori ad ultra-alta tensione. In particolare, nel test di reattori al livello di 1000kV, i mezzi tecnici esistenti sono difficili da soddisfare i requisiti di prova per alte tensioni e grandi capacità.

3 Confronto tra i due metodi di prova di resistenza al voltaggio

Nella valutazione sul campo delle prestazioni di isolamento dei reattori a olio ad alta tensione in sottostazione, tecniche comuni includono i test di resistenza al voltaggio a risonanza in serie e a oscillazione. Questo studio effettua un'analisi comparativa approfondita di questi due metodi, mirando a trovare una soluzione più adatta per la valutazione sul campo dei reattori in sottostazioni ad ultra-alta tensione.

• Requisiti di attrezzature: Il test a risonanza in serie si basa su alimentatori a frequenza variabile, trasformatori di eccitazione e condensatori di taratura. Il test a oscillazione richiede alimentatori DC, condensatori di carica e rettificatori a silicio ad alta tensione. Il primo ha attrezzature più semplici e più piccole, consentendo un'operazione sul campo più facile.

• Condizioni di prova: Il test a risonanza in serie si adatta bene agli ambienti sul campo, con una bassa dipendenza da fattori come temperatura e umidità. Al contrario, il test a oscillazione impone requisiti ambientali più rigorosi per garantire l'accuratezza dei risultati.

• Procedimenti di prova: Il test a risonanza in serie è relativamente semplice, raggiungendo la risonanza regolando la frequenza dell'alimentatore a frequenza variabile. Il test a oscillazione, tuttavia, richiede un controllo preciso sulla generazione e l'attenuazione della forma d'onda di voltaggio.

• Determinazione dei risultati: (Nota: contenuti ridondanti rimossi per brevità, poiché l'originale aveva descrizioni ripetitive qui.) Il test a risonanza in serie semplifica il processo tramite l'aggiustamento della frequenza per la risonanza. Il test a oscillazione richiede un controllo preciso della forma d'onda.

• Sicurezza: Entrambi i metodi garantiscono una sicurezza elevata. Tuttavia, il test a risonanza in serie può ridurre rapidamente il voltaggio in caso di rottura del campione, minimizzando i danni alle attrezzature e alle configurazioni di prova.

Attraverso un confronto approfondito delle configurazioni sperimentali, delle configurazioni ambientali sul campo, dei procedimenti di prova e degli standard di determinazione dei risultati, il test di resistenza al voltaggio a risonanza in serie si dimostra più adatto per la valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori a olio ad alta tensione. Presenta una configurazione semplice, forte adattabilità, passaggi di prova chiari, risultati facilmente identificabili e alta sicurezza. Al contrario, il test a oscillazione ha requisiti ambientali più rigorosi, una configurazione più complessa e mostra limiti nelle applicazioni pratiche dei reattori. Pertanto, questo studio raccomanda di dare priorità al test di resistenza al voltaggio a risonanza in serie per la valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori a olio ad alta tensione in sottostazione.

4 Conclusione

Questo articolo investiga prima i difetti di isolamento tipici dei reattori e le tecnologie di valutazione sul campo dell'isolamento. Poi, per i due metodi di valutazione dell'isolamento dei reattori, introduce i principi fondamentali e i tipi di dispositivi del test di resistenza al voltaggio a risonanza in serie, nonché gli standard, i principi e la logica di rilevazione pertinenti del test a oscillazione. Confrontando i vantaggi e gli svantaggi da quattro aspetti (attrezzature di prova, configurazione delle condizioni sul campo, procedimenti di prova e metodi di determinazione dei risultati), conclude che il metodo a risonanza in serie è più adatto per la valutazione sul campo dell'isolamento dei reattori a olio ad alta tensione in sottostazione.