Isolatdefekter og spenningsprøvemetoder for UHV oljeimpregnerede reaktorer

1 Undersøkelse av isoleringsdefekter i UHV oljefylte reaktorer

Hovedutfordringer for høyspennings oljefylte reaktorer under drift inkluderer isoleringsfeil, jernkjernemagnetisk lekkasjevarme, vibrasjon/støy og oljelækasje.

1.1 Isoleringsfeil

Parallelle forbundne reaktorer, når de kobles til hovednettets primærspole og settes i bruk, opererer på full effekt over lengre tidsperioder. Vedvarende høyt spenning nivå øker driftstemperaturen, som forsterker aldring av spolets isoleringsmaterialer og oljen. Potensielle feil: isoleringsnedbryting fra spole til jord, mellomlagsshortslag. Tre-fase reaktorer står også overfor risiko for fase-til-fase isoleringsnedbryting.

1.2 Jernkjernemagnetisk lekkasjevarme

Luftgapper gjør at reaktorenes magnetiske lekkasjetetthet er mye høyere enn transformatorers. Nær jernkjernen, yoke og spolestøtter, er lekkasjeintensiteten flere ganger høyere enn ved transformatorer. Lekkasje gjennom silisijernføring fører til ekstra energitap og lokale varmepikker, spesielt der lekkasje krysser jernyoken vertikalt (f.eks., klampjern, stålplater). En viktig utfordring for oljefylte reaktorer i UHV-nett.

1.3 Vibrasjon og støy

Luftgapper deler reaktorens magnetiske bane inn i områder med uavhengige magnetpoler. Endringer i poleattraksjon fører til vibrasjon. Jernkjernen, tettpakking og yoke rammen kan utløse mekanisk resonans, slik at reaktorvibrasjon/støy overstiger transformatorers. Feil som gassrelémisoperasjon, aluminiumsplader som knuses, isoleringsverslitasje, kjernesplade løsning og kjernegrensesverksutløsninger resulterer av langvarig vibrasjon. Støy er nært knyttet til kjernens vibrasjon.

1.4 Oljelækasje

Oljelækasje forstyrrer stabil drift, forurener miljøet og innebærer sikkerhetsrisiko. Både hjemmelagde og importerte oljefylte reaktorer lækjer ofte olje, grunnet dårlig prosesskontroll hos produsenter og vibrasjon under transport/drift som forverrer lækasjer.

2 Prinsipper og karakteristika ved to metoder for standfasthetstesting
2.1 Serie-resonansstandfasthetstestmetode

Serie-resonansstandfasthetstestmetoden er en svært effektiv strategi for isoleringsdeteksjon av høyspennings elektrisk utstyr. Den viser uoppnåelig nyttighet, spesielt i feltisoleringsevaluering av reaktorer i ultra-høyspennings understasjoner. Denne teknologien oppnår hovedsakelig effekten av å generere en relativt høy testspenning selv med liten strømforsyningsevne, gjennom resonanssamarbeidet mellom reaktorens induktive impedans og kompensasjonskapasitets kapasitive impedans ved en spesifikk frekvens. Dens prinsipp er vist i figur 1. Metodens hovedkarakteristika er følgende:

• Liten testevne. I resonantilstanden synker sløyfeimpedansen til minimum. Derfor er den faktiske nødvendige teststrømforsyningsevnen bare en liten del, langt lavere enn den fulle evnen som kreves for å generere testspenningen. Den er spesielt egnet for bruk på felt, spesielt i miljøer med begrenset strømforsyningsevne.

• Høy utgangsspenning. Under resonanseforhold kan strømforsyningen generere en spenning som oppfyller kravene til høytest selv ved relativt lav frekvens. Dette skaper forhold for feltisoleringsevaluering av ultra-høyspenningsreaktorer.

• God bølgeformkvalitet. Serieresonanstesten kan sikre utgang av en stabil sinusoidal bølgeform ved en fast strømforsyningfrekvens, noe som effektivt reduserer harmonikers innvirkning på testresultatene og sikrer testens nøyaktighet.

• Enkel testutstyr. Utstyret som trengs for denne testen er relativt enkelt, bestående hovedsakelig av en variabelfrekvensstrømforsyning, en anslags-transformator og en justerbar kapasitor, etc., som forenkler felttransport og rask installasjon.

• Høy sikkerhet. Hvis prøveobjektet går ned under serieresonanstesten, vil sløyfen umiddelbart miste resonantilstanden, og strømforsyningens utgangsstrøm vil falle brått, noe som effektivt begrenser skade på prøveobjektet og testutstyr.

Samlet sett gir undersøkelser av isoleringsdefekter nøkkeldata for feltisoleringsevaluering av understasjonsreaktorer, og veileder valg av testmetoder. Fremtidig forskning vil optimalisere feltvurderingsteknologi for å forbedre nøyaktighet/tillitlighet i evaluering av isoleringsstatus for høyspennings oljefylte reaktorer.

2.2 Svingningsvoltagestandfasthetstestmetode

Svingningsvoltagestandfasthetstestmetoden er et ofte brukt middel i isoleringsdeteksjon for kraftsystemer. Den viser unik viktighet, spesielt i turn-til-turn standfasthetstesting av tørre luftkjernereaktorer. Denne teknologien anvender høyfrekvente svingningsvoltagebølgeformer til å påføre spenning til testobjektet, og aktivere og identifisere isoleringsystemdefekter som partiell entladning. Dens prinsipp er vist i figur 2. De sentrale karakteristikene av voltage-svingningsstandfasthetstesten og nøkkelaspekter som må tas i betraktning, er følgende:

• Deteksjonsprinsipp:Denne testen bygger på egenskapene til høyfrekvente svingningsbølgeformer. Ved å sammenligne strømbølgeformene til prøveobjektet under referancesspenningen og testspenningen, vurderes det om isoleringsforholdet er ideelt. Bølgeformens dempinghastighet og endring av null-gjennomgangspunkter er nøkkelparametre for å måle isoleringskvalitet.

• Testbølgeform:Svingningsbølgeformen generert av denne metoden inneholder mange høyfrekvente komponenter. Dens bølgefrontstid er langt kortere enn lynimpulsbølgefrontens, noe som effektivt aktiverer partielle entladningssignaler forårsaket av utstyrdefekter.

• Testutstyr:Utstyret som kreves for voltage-svingningsstandfasthetstesten inkluderer en DC-strømforsyning, opladningskapasitorer, en høyspenning-silikonkontrolleret retifier, en utløsningssluk, en bølgefrontmotstand, etc. Strukturen er relativt kompleks, og stiller høye krav til felttestmiljøet.

• Miljøfaktorer:Voltage-svingningsstandfasthetstesten er ekstremt sensitiv for miljøfaktorer som temperatur og fuktighet. Den må utføres under streng kontroll for å sikre nøyaktigheten av testresultatene.

• Støyempresjonsgensyn:Gitt høy spenning og svingningsfrekvens generert av voltage-svingningsstandfasthetstesten, er kravene til jording og skjermingseffekter av testutstyr og testsystemets miljøforhold ekstremt strenge. Effektive støyreduserende tiltak må implementeres.

• Begrensninger:Voltage-svingningsstandfasthetstesten har visse begrensninger i feltbruk for ultra-høyspenningsreaktorer. Spesielt i testing av 1000kV-nivå reaktorer, er eksisterende tekniske midler vanskelig å møte testkravene for høy spenning og stor kapasitet.

3 Sammenligning av de to standfasthetstestmetodene

I feltvurdering av isoleringsprestanda for høyspennings oljefylte reaktorer i understasjoner, er vanlige teknikker serie-resonans og svingningsvoltagestandfasthetstester. Denne studien utfører en dypgående sammenligningsanalyse av disse to metodene, med mål om å finne en løsning bedre egnet for feltvurdering av ultra-høyspenningsunderstasjonsreaktorer.

• Utstyrskrav:Serie-resonanstesten baserer seg på variabelfrekvensstrømforsyninger, anslags-transformatorer og justerbare kapasitorer. Svingningsvoltage-testen krever DC-strømforsyninger, opladningskapasitorer og høyspenning-silikonkontrollerede retifikatorer. Den første har enklere, mindre utstyr, som muliggjør lettere feltbruk.

• Testforhold:Serie-resonanstesten passer godt til feltmiljøer, med lav avhengighet av faktorer som temperatur og fuktighet. Imidlertid setter svingningsvoltage-testen strengere miljøkrav for å sikre resultatsnøyaktighet.

• Testprosedurer:Serie-resonanstesten er relativt enkel, og oppnår resonans ved å justere variabelfrekvensstrømforsyningens frekvens. Svingningsvoltage-testen, imidlertid, krever nøyaktig kontroll over generering og demping av voltagebølgeformen.

• Resultatbestemmelse:(Merk: Fjernet overflødig innhold for koncisitet, da originalteksten hadde repetitiv beskrivelse her.) Serie-resonanstesten forenkler prosessen via frekvensjustering for resonans. Svingningsvoltage-testen krever nøyaktig bølgeformkontroll.

• Sikkerhet:Begge metoder sikrer høy sikkerhet. Imidlertid kan serie-resonanstesten raskt redusere spenning under prøveobjektets nedbryting, noe som minimerer skade på utstyr og testoppsett.

Gjennom dypgående sammenligning av eksperimentelle oppsett, feltmiljøkonfigurasjoner, testprosedurer og resultatbestemmelsesstandarder, viser serie-resonansstandfasthetstesten seg mer egnet for feltvurdering av isoleringsprestanda for høyspennings oljefylte reaktorer. Den har en enkel oppbygging, sterkt tilpasningsdyktighet, klare testtrinn, lettidentifiserbare resultater og høy sikkerhet. I motsetning til dette, har svingningsvoltage-testen strengere miljøkrav, mer kompleks oppbygging, og viser begrensninger i praktisk reaktorbruk. Dermed anbefales serie-resonansstandfasthetstesten prioriteres for feltvurdering av isoleringsprestanda for høyspennings oljefylte reaktorer i understasjoner.

4 Konklusjon

Denne artikkelen undersøker først typiske isoleringsdefekter ved reaktorer og feltisoleringsevalueringsteknologier. Deretter, for to reaktorisoleringsvurderingsmetoder, introduseres grunnleggende prinsipper og enhetstyper for serie-resonansstandfasthetstesten, samt relevante standarder, prinsipper og deteksjonslogikk for svingningsvoltage-testen. Ved å sammenligne fordeler og ulemper fra fire aspekter (testutstyr, feltforholdskonfigurasjon, testprosedurer og resultatbestemmelsesmetoder), konkluderes det at serie-resonansmetoden er mer egnet for feltvurdering av isoleringsprestanda for høyspennings oljefylte reaktorer i understasjoner.