Wady w izolacji i metody testów wytrzymałości na napięcie dla UHV olejowych reaktorów zanurzalnych

1 Badania nad defektami izolacji w UHV olejowych reaktorach zanurzonych w oleju

Kluczowe wyzwania podczas eksploatacji wysokonapiętowych olejowych reaktorów obejmują defekty izolacji, nagrzewanie się magnetyczne rdzenia, wibracje/hałas oraz przecieki oleju.

1.1 Defekty izolacji

Reaktory połączone równolegle, po podłączeniu do głównej cewki sieci i wprowadzeniu do użytku, działają na pełną moc przez długi czas. Stałe wysokie napięcie podnosi temperaturę pracy, przyspieszając starzenie się materiałów izolacyjnych cewek i oleju. Możliwe defekty: przebicie izolacji cewki do ziemi, krótkie obwody między warstwami. Reaktory trójfazowe są również narażone na ryzyko przebicia izolacji między fazami.

1.2 Nagrzewanie się magnetyczne rdzenia

Przerwy powietrzne sprawiają, że gęstość przecieków magnetycznych w reaktorach jest znacznie wyższa niż w transformatorach. W pobliżu rdzenia, klinów i podpór cewek, intensywność przecieków jest kilkukrotnie większa niż w transformatorach. Przecieki przez żelazo krzemu powodują dodatkowe straty energii i lokalne przegrzewanie, szczególnie tam, gdzie przecieki przechodzą pionowo przez klin żelaza (np. klemba, blachy stalowe). To jest jednym z głównych wyzwań dla olejowych reaktorów w sieciach UHV.

1.3 Wibracje i hałas

Przerwy powietrzne dzielą drogę magnetyczną reaktora na obszary o niezależnych biegunach magnetycznych. Zmiany atrakcji biegunowej powodują wibracje. Rdzeń, uszczelnienie i ramy klinowe mogą wywoływać rezonans mechaniczny, co sprawia, że wibracje i hałas reaktora przekraczają te występujące w transformatorach. Długotrwałe wibracje mogą prowadzić do awarii takich jak nieprawidłowe działanie relé gazowego, pęknięcia blach aluminiowych, zużycie izolacji, luźne blachy rdzenia i rozładowania w urządzeniach ograniczających rdzeń. Hałas jest ściśle związany z wibracjami rdzenia.

1.4 Przecieki oleju

Przecieki oleju zakłócają stabilną pracę, zanieczyszczają środowisko i stwarzają zagrożenia bezpieczeństwa. Oba rodzaje, krajowe i importowane, olejowe reaktory zanurzone w oleju często przeciekają, co wynika z słabego kontroli procesu produkcji i wibracji podczas transportu/eksploatacji, które nasilają przecieki.

2 Zasady i cechy dwóch metod testów wytrzymałościowych na napięcie
2.1 Metoda testu wytrzymałościowego na napięcie szeregowego rezonansu

Metoda testu wytrzymałościowego na napięcie szeregowego rezonansu to bardzo skuteczna strategia do wykrywania defektów izolacji w wysokonapiętowym sprzętu elektrycznym. Wykazuje niezastąpione zastosowanie, zwłaszcza w ocenie izolacji reaktorów na miejscu w podstacjach ultra-wysokiego napięcia. Ta technologia umożliwia generowanie stosunkowo wysokiego napięcia testowego nawet przy małej mocy zasilania, dzięki rezonansowi między impedancją indukcyjną reaktora a impedancją pojemnościową kondensatora kompensacyjnego w określonej częstotliwości. Jej zasada przedstawiona jest na Rysunku 1. Główne cechy tej metody są następujące:

• Mała pojemność testowa. W stanie rezonansowym impedancja pętli spada do minimum. Dlatego rzeczywista wymagana moc zasilania testowego stanowi tylko niewielką część, znacznie niższą niż pełna moc potrzebna do wygenerowania napięcia testowego. Jest szczególnie odpowiednia do użytku na miejscu, zwłaszcza w środowiskach, gdzie moc zasilania jest ograniczona.

• Wysoki napięcie wyjściowe. W warunkach rezonansowych zasilanie może wygenerować napięcie spełniające wysokie wymagania testowe nawet przy stosunkowo niskiej częstotliwości. Tworzy to warunki do oceny izolacji reaktorów ultra-wysokiego napięcia na miejscu.

• Dobra jakość fali. Test szeregowego rezonansu może zapewnić stabilne wyjście fali sinusoidalnej przy ustalonej częstotliwości zasilania, efektywnie redukując wpływ harmonicznych na wyniki testu i zapewniając dokładność testu.

• Proste urządzenie testowe. Urządzenia potrzebne do tego testu są stosunkowo proste, głównie składające się z zasilania zmiennoprzecinkowego, transformatora pobudzającego i kondensatora strojenia itp., ułatwiając transport na miejsce i szybkie montowanie.

• Wysoka bezpieczeństwo. Jeśli próbkowany obiekt ulegnie przebiciu podczas testu szeregowego rezonansu, pętla natychmiast straci stan rezonansowy, a prąd wyjściowy zasilania gwałtownie spadnie, co efektywnie ogranicza uszkodzenia próbki i urządzenia testowego.

Podsumowując, badania nad defektami izolacji dostarczają kluczowych danych do oceny izolacji reaktorów na miejscu, kierując wyborem metod testowych. Przyszłe badania będą optymalizować technologie oceny na miejscu, aby zwiększyć dokładność i niezawodność ocen stanu izolacji wysokonapiętowych olejowych reaktorów.

2.2 Metoda testu wytrzymałościowego na napięcie oscylacyjne

Metoda testu wytrzymałościowego na napięcie oscylacyjne to często używane narzędzie w detekcji izolacji w systemach energetycznych. Wykazuje wyjątkowe znaczenie, zwłaszcza w detekcji wytrzymałości na napięcie między zwitkami w suchych reaktorach z rdzeniem powietrznym. Ta technologia zastosowuje fale napięcia oscylacyjnego o wysokiej częstotliwości do obiektu testowego, aby nałożyć napięcie, co prowadzi do wywoływania i identyfikacji defektów systemu izolacji, takich jak częściowe rozładowania. Jej zasada przedstawiona jest na Rysunku 2. Główne cechy testu wytrzymałościowego na napięcie oscylacyjne i kluczowe czynniki do uwzględnienia są następujące:

• Zasada detekcji: Ten test opiera się na charakterystykach fal o wysokiej częstotliwości. Poprzez porównanie fal prądowych próbki testowej pod napięciem odniesienia i napięciem testowym, ocenia, czy stan izolacji jest idealny. Stosunek tłumienia fali i zmiana punktów przecięcia z osią zero są kluczowymi parametrami do pomiaru jakości izolacji.

• Fala testowa: Fala oscylacyjna generowana tą metodą zawiera wiele składowych o wysokiej częstotliwości. Czas frontu fali jest znacznie krótszy niż czas frontu impulsu burzowego, co efektywnie aktywuje sygnały częściowych rozładowań spowodowanych defektami sprzętu.

• Urządzenie testowe: Urządzenia potrzebne do testu wytrzymałościowego na napięcie oscylacyjne obejmują zasilanie DC, kondensatory ładowania, wysokonapięte silikonowe prostowniki, luki spustowe, oporniki frontu fali itp. Struktura jest stosunkowo złożona i stawia stosunkowo wysokie wymagania dla środowiska testowego na miejscu.

• Czynniki środowiskowe: Test wytrzymałościowy na napięcie oscylacyjne jest ekstremalnie wrażliwy na czynniki środowiskowe, takie jak temperatura i wilgotność. Musi być prowadzony w ścisłym kontroli warunków, aby zapewnić dokładność wyników testu.

• Odporność na zakłócenia: Z uwagi na wysokie napięcie i częstotliwość oscylacji generowane przez test wytrzymałościowy na napięcie oscylacyjne, wymagania dotyczące ziemskiego i ekranowania urządzenia testowego oraz warunków środowiskowych systemu testowego są ekstremalnie surowe. Należy zastosować skuteczne środki eliminacji zakłóceń.

• Ograniczenia: Test wytrzymałościowy na napięcie oscylacyjne ma pewne ograniczenia w zastosowaniach na miejscu dla reaktorów ultra-wysokiego napięcia. Szczególnie w przypadku testów reaktorów na poziomie 1000 kV istniejące środki techniczne mają trudności z spełnieniem wymagań testowych dla wysokiego napięcia i dużej pojemności.

3 Porównanie dwóch metod testów wytrzymałościowych na napięcie

W ocenie na miejscu właściwości izolacji wysokonapiętowych olejowych reaktorów w podstacjach, powszechnie stosowanymi technikami są testy szeregowego rezonansu i testy wytrzymałościowe na napięcie oscylacyjne. Niniejsze badanie przeprowadza szczegółową analizę porównawczą tych dwóch metod, mając na celu znalezienie rozwiązania lepiej dostosowanego do oceny na miejscu reaktorów w podstacjach ultra-wysokiego napięcia.

• Wymagania sprzętowe: Test szeregowego rezonansu polega na zasilaniu zmiennoprzecinkowym, transformatorach pobudzających i kondensatorach strojenia. Test napięcia oscylacyjnego wymaga zasilania DC, kondensatorów ładowania i wysokonapiętych silikonowych prostowników. Pierwsza metoda ma prostszy i mniejszy sprzęt, co ułatwia operację na miejscu.

• Warunki testowe: Test szeregowego rezonansu dobrze przystosowuje się do warunków na miejscu, z małym zależnością od czynników takich jak temperatura i wilgotność. Z kolei test napięcia oscylacyjnego stawia surowsze wymagania środowiskowe, aby zapewnić dokładność wyników.

• Procedury testowe: Test szeregowego rezonansu jest stosunkowo prosty, osiągając rezonans poprzez dostosowanie częstotliwości zasilania zmiennoprzecinkowego. Test napięcia oscylacyjnego wymaga precyzyjnej kontroli generowania i tłumienia fali napięcia.

• Określenie wyników: (Uwaga: Usunięto redundantne treści dla zwięzłości, ponieważ oryginał zawierał powtarzające się opisy tutaj.) Test szeregowego rezonansu upraszcza proces poprzez dostosowanie częstotliwości dla rezonansu. Test napięcia oscylacyjnego wymaga precyzyjnej kontroli fali.

• Bezpieczeństwo: Obie metody zapewniają wysokie bezpieczeństwo. Jednak test szeregowego rezonansu może szybko obniżyć napięcie podczas przebicia próbki, minimalizując uszkodzenia sprzętu i instalacji testowych.

Poprzez szczegółowe porównanie konfiguracji eksperymentalnych, konfiguracji warunków na miejscu, procedur testowych i standardów określania wyników, test wytrzymałościowy na napięcie szeregowego rezonansu okazuje się bardziej odpowiedni do oceny izolacji na miejscu wysokonapiętowych olejowych reaktorów. Ma on prostą konfigurację, silną adaptacyjność, jasne kroki testowe, łatwo identyfikowalne wyniki i wysokie bezpieczeństwo. Natomiast test napięcia oscylacyjnego stawia surowsze wymagania środowiskowe, ma bardziej złożoną konfigurację i pokazuje ograniczenia w praktycznych zastosowaniach reaktorów. Dlatego niniejsze badanie zaleca priorytetowe stosowanie testu wytrzymałościowego na napięcie szeregowego rezonansu do oceny izolacji na miejscu wysokonapiętowych olejowych reaktorów w podstacjach.

4 Wniosek

W tym artykule najpierw badano typowe defekty izolacji reaktorów i technologie oceny izolacji na miejscu. Następnie, dla dwóch metod oceny izolacji reaktorów, wprowadzono podstawowe zasady i typy urządzeń do testu wytrzymałościowego na napięcie szeregowego rezonansu, wraz z odpowiednimi standardami, zasadami i logiką detekcji testu napięcia oscylacyjnego. Poprzez porównanie zalet i wad z czterech aspektów (sprzęt testowy, konfiguracja warunków na miejscu, procedury testowe i metody określania wyników), wnioskujemy, że metoda szeregowego rezonansu jest bardziej odpowiednia do oceny izolacji na miejscu wysokonapiętowych olejowych reaktorów w podstacjach.