Дефекты изоляции и методы испытаний на выдерживаемое напряжение для УВН маслонаполненных реакторов

1 Исследование дефектов изоляции в сверхвысоковольтных масляных реакторах

Основные проблемы, возникающие при эксплуатации высоковольтных маслонаполненных реакторов, включают дефекты изоляции, нагревание магнитного рассеяния сердечника, вибрацию/шум и утечку масла.

1.1 Дефекты изоляции

Параллельно соединенные реакторы, подключенные к основной обмотке главной сети и введенные в эксплуатацию, работают на полную мощность долгое время. Постоянное высокое напряжение повышает рабочую температуру, ускоряя старение материалов изоляции обмоток и масла. Возможные дефекты: пробой изоляции между обмоткой и землей, межслойные короткие замыкания. Трехфазные реакторы также сталкиваются с риском пробоя изоляции между фазами.

1.2 Нагревание магнитного рассеяния сердечника

Воздушные зазоры делают плотность магнитного рассеяния реакторов намного выше, чем у трансформаторов. Вблизи сердечника, траверсы и опор обмоток интенсивность рассеяния в несколько раз превышает таковую у трансформаторов. Рассеяние через кремнистую сталь вызывает дополнительные потери энергии и локальное перегревание, особенно там, где рассеяние пересекает железную траверсу вертикально (например, зажимные пластины, стальные листы). Это является значительным вызовом для маслонаполненных реакторов в сверхвысоковольтных сетях.

1.3 Вибрация и шум

Воздушные зазоры делят магнитный путь реактора на области с независимыми магнитными полюсами. Изменения притяжения полюсов вызывают вибрацию. Сердечник, прокладка и каркас траверсы могут вызвать механический резонанс, что делает вибрацию/шум реакторов выше, чем у трансформаторов. Долгосрочная вибрация может привести к таким дефектам, как неправильная работа газового реле, трещины алюминиевых листов, износ изоляции, ослабление листов сердечника и разряды устройств ограничения сердечника. Шум тесно связан с вибрацией сердечника.

1.4 Утечка масла

Утечка масла нарушает стабильную работу, загрязняет окружающую среду и создает риски безопасности. Общие маслонаполненные реакторы, как отечественные, так и импортные, часто подвержены утечкам масла, что связано с плохим контролем процессов производства и усугубляется вибрацией при транспортировке и эксплуатации.

2 Принципы и характеристики двух методов испытания на выдерживание напряжения
2.1 Метод испытания на выдерживание напряжения в резонансной цепи

Метод испытания на выдерживание напряжения в резонансной цепи является высокоэффективной стратегией для обнаружения дефектов изоляции высоковольтного электрооборудования. Он демонстрирует незаменимую полезность, особенно при на-месте проверке изоляции реакторов в сверхвысоковольтных подстанциях. Эта технология позволяет генерировать относительно высокое испытательное напряжение даже при малой мощности источника питания, благодаря резонансному взаимодействию индуктивного сопротивления реактора и емкостного сопротивления компенсационного конденсатора на определенной частоте. Его принцип показан на рисунке 1. Основные характеристики этого метода следующие:

• Малая испытательная мощность. В состоянии резонанса сопротивление контура снижается до минимума. Поэтому фактическая требуемая мощность источника питания составляет лишь небольшую часть, значительно ниже полной мощности, необходимой для генерации испытательного напряжения. Этот метод особенно подходит для использования на-месте, особенно в условиях ограниченной мощности источника питания.

• Высокое выходное напряжение. В условиях резонанса источник питания может генерировать напряжение, удовлетворяющее высоким требованиям, даже на относительно низкой частоте. Это создает условия для на-месте проверки изоляции сверхвысоковольтных реакторов.

• Хорошее качество формы сигнала. Испытание в резонансной цепи обеспечивает выход стабильной синусоидальной формы сигнала при фиксированной частоте источника питания, эффективно снижая влияние гармоник на результаты испытаний и обеспечивая точность испытаний.

• Простое испытательное оборудование. Устройства, необходимые для этого испытания, относительно просты и состоят в основном из источника питания с переменной частотой, возбуждающего трансформатора и настроечного конденсатора, что облегчает их транспортировку и быструю установку на-месте.

• Высокая безопасность. Если образец разрушается во время испытания в резонансной цепи, контур немедленно теряет состояние резонанса, и выходной ток источника питания резко падает, что эффективно ограничивает повреждение образца и испытательного оборудования.

В заключение, исследования дефектов изоляции предоставляют ключевые данные для на-месте проверки изоляции реакторов подстанций, направляя выбор метода испытаний. Будущие исследования будут направлены на оптимизацию технологий на-месте проверки для повышения точности и надежности оценки состояния изоляции высоковольтных маслонаполненных реакторов.

2.2 Метод испытания на выдерживание напряжения колебательным напряжением

Метод испытания на выдерживание напряжения колебательным напряжением широко используется для обнаружения дефектов изоляции в энергетических системах. Он имеет особое значение, особенно для проверки межвиткового выдерживания напряжения сухих воздушных реакторов. Эта технология применяет высокочастотные колебательные формы сигнала к испытуемому объекту, чтобы применить напряжение, тем самым вызывая и выявляя дефекты изоляционной системы, такие как частичные разряды. Его принцип показан на рисунке 2. Основные характеристики испытания на выдерживание колебательного напряжения и ключевые факторы, которые следует учитывать, следующие:

• Принцип обнаружения: Это испытание основано на свойствах высокочастотных колебательных форм сигналов. Сравнивая формы сигналов тока испытуемого образца при эталонном напряжении и испытательном напряжении, оценивается, является ли состояние изоляции идеальным. Коэффициент затухания формы сигнала и изменение точек перехода через ноль являются ключевыми параметрами для измерения качества изоляции.

• Форма сигнала: Колебательная форма сигнала, генерируемая этим методом, содержит множество высокочастотных компонентов. Время фронта волны намного меньше, чем у фронта волны молнии, что эффективно активирует сигналы частичных разрядов, вызванных дефектами оборудования.

• Испытательное оборудование: Для испытания на выдерживание колебательного напряжения требуется постоянный источник питания, зарядные конденсаторы, высоковольтный управляемый силиконовый выпрямитель, запускающий зазор, резистор фронта волны и т.д. Структура довольно сложная, и она предъявляет высокие требования к условиям на-месте испытания.

• Факторы окружающей среды: Испытание на выдерживание колебательного напряжения крайне чувствительно к факторам окружающей среды, таким как температура и влажность. Оно должно проводиться в строго контролируемых условиях, чтобы обеспечить точность результатов испытаний.

• Анти-интерференционные характеристики: Учитывая высокое напряжение и частоту колебаний, генерируемые испытанием на выдерживание колебательного напряжения, требования к заземлению и экранированию испытательного оборудования, а также условия окружающей среды испытательной системы, чрезвычайно строгие. Необходимо внедрять эффективные меры по подавлению помех.

• Ограничения: Испытание на выдерживание колебательного напряжения имеет определенные ограничения при на-месте применении для сверхвысоковольтных реакторов. Особенно при испытании реакторов уровня 1000 кВ существующие технические средства трудно удовлетворяют требованиям высокого напряжения и большой мощности.

3 Сравнение двух методов испытания на выдерживание напряжения

При на-месте оценке изоляционных характеристик высоковольтных маслонаполненных реакторов в подстанциях распространены методы испытания на выдерживание напряжения в резонансной цепи и колебательным напряжением. В этом исследовании проводится глубокий сравнительный анализ этих двух методов с целью найти решение, более подходящее для на-месте оценки сверхвысоковольтных реакторов подстанций.

• Требования к оборудованию: Испытание в резонансной цепи зависит от источников питания с переменной частотой, возбуждающих трансформаторов и настроечных конденсаторов. Испытание колебательным напряжением требует постоянных источников питания, зарядных конденсаторов и высоковольтных управляемых силиконовых выпрямителей. Первый метод имеет более простое и компактное оборудование, что облегчает его использование на-месте.

• Условия испытания: Испытание в резонансной цепи хорошо адаптировано к условиям на-месте, с низкой зависимостью от таких факторов, как температура и влажность. В то время как испытание колебательным напряжением предъявляет более строгие требования к условиям окружающей среды, чтобы обеспечить точность результатов.

• Процедуры испытания: Испытание в резонансной цепи относительно простое, достигая резонанса путем регулировки частоты источника питания с переменной частотой. Испытание колебательным напряжением, однако, требует точного контроля за генерацией и затуханием формы сигнала напряжения.

• Определение результатов: (Примечание: Удалено повторяющееся содержание для краткости, так как в оригинале были повторяющиеся описания здесь.) Испытание в резонансной цепи упрощает процесс путем регулировки частоты для достижения резонанса. Испытание колебательным напряжением требует точного контроля формы сигнала.

• Безопасность: Оба метода обеспечивают высокую безопасность. Однако, при разрушении образца во время испытания в резонансной цепи напряжение быстро снижается, минимизируя повреждение оборудования и испытательных установок.

Через глубокое сравнение экспериментальных установок, конфигураций условий на-месте, процедур испытаний и стандартов определения результатов, испытание на выдерживание напряжения в резонансной цепи оказывается более подходящим для на-месте оценки изоляции высоковольтных маслонаполненных реакторов. Оно характеризуется простой установкой, высокой адаптивностью, четкими процедурами испытаний, легко идентифицируемыми результатами и высокой безопасностью. В то время как испытание колебательным напряжением предъявляет более строгие требования к условиям окружающей среды, имеет более сложную установку и показывает ограничения в практическом применении для реакторов. Таким образом, это исследование рекомендует приоритизировать испытание на выдерживание напряжения в резонансной цепи для на-месте оценки изоляции высоковольтных маслонаполненных реакторов в подстанциях.

4 Заключение

В этой статье сначала исследуются типичные дефекты изоляции реакторов и технологии на-месте оценки изоляции. Затем, для двух методов оценки изоляции реакторов, вводятся основные принципы и типы устройств для испытания на выдерживание напряжения в резонансной цепи, а также соответствующие стандарты, принципы и логика обнаружения для испытания колебательным напряжением. По сравнению преимуществ и недостатков с четырех сторон (испытательное оборудование, конфигурация условий на-месте, процедуры испытания и методы определения результатов), выводится, что метод резонансной цепи более подходит для на-месте оценки изоляции высоковольтных маслонаполненных реакторов в подстанциях.