Defekti izolacije i metode testiranja otpornosti na napon za UHV masno popločene reaktore

1 Istraživanje defekata izolacije u UHV transformatorima namočenim u ulju

Ključni izazovi za visokonaponske transformatore namočene u ulju tokom rada uključuju defekte izolacije, gubitke topline od magnetskog curenja jezgra, vibraciju/bušnjak i curenje ulja.

1.1 Defekti izolacije

Paralelno povezani reaktori, kada se povežu sa primarnim zavojnicama glavne mreže i upotrebom, duži period vremena rade na punoj snazi. Povremeno visoko naponstvo podiže temperature rada, ubrzavajući starenje materijala izolacije zavojnice i ulja. Potencijalni defekti: propad izolacije zavojnice prema zemlji, međuslojne kratične spojeve. Trofazni reaktori takođe su izloženi riziku propadanja faza-faza izolacije.

1.2 Gubitci topline od magnetskog curenja jezgra

Zračni razmaci čine da gustoća magnetskog curenja reaktora bude mnogo veća nego kod transformatora. Blizu jezgra, klipa i nosača zavojnica, intenzitet curenja je nekoliko puta veći nego kod transformatora. Curenje kroz silicijumsko željezo dovodi do dodatnih gubitaka energije i lokalnog pregrejanja, posebno tamo gde curenje prelazi vertikalno preko željeznog klipa (na primer, pripreme, čelike). Glavni izazov za transformatore namočene u ulju u UHV mrežama.

1.3 Vibracija i buka

Zračni razmaci deli magnetičnu putanju reaktora na regije sa nezavisnim magnetskim polovima. Promene privlačenja polova dovode do vibracije. Jezgro, proplastična matrica i okvir klipa mogu pokrenuti mehaničku rezonanciju, čime vibracija i buka reaktora premašuju one kod transformatora. Defekti kao što su pogrešna radnja gasnog releja, pucanje aluminijumske ploče, iznos izolacije, otklanjanje listova jezgra i ispaljivanje uređaja za ograničavanje jezgra nastaju zbog dugotrajne vibracije. Buka je tesno vezana za vibraciju jezgra.

1.4 Curenje ulja

Curenje ulja narušava stabilno funkcionisanje, zagađuje okruženje i predstavlja rizik za bezbednost. Sistematsko curenje ulja se javlja kod domaćih i uvoznih transformatora namočenih u ulju, usled loše kontrole procesa proizvodnje i vibracije tokom transporta/rada, koja poteškoćava curenje.

2 Principi i karakteristike dva metoda testiranja otpornosti na napon
2.1 Metod testiranja otpornosti na napon serijalnom rezonancom

Metod testiranja otpornosti na napon serijalnom rezonancom predstavlja vrlo efikasnu strategiju za detekciju izolacije visokonaponskog električnog opreme. On pokazuje nezamenjivu korisnost, posebno u mestoimenom ocenjivanju izolacije reaktora u ultra-visokonaponskim transformatornim stanici. Ova tehnologija uglavnom ostvaruje efekt generisanja relativno visokog testnog napona, čak i sa malom kapacitetom snabdjevanja strujom, putem rezonantnog sarađivanja induktivnog impedansa reaktora i kapacitivnog impedansa kompenzacije kondenzatora na određenoj frekvenciji. Njen princip je prikazan na Slici 1. Glavne karakteristike ovog metoda su sledeće:

• Mali testni kapacitet. U rezonantnom stanju, impedans petlje pada na minimum. Stoga, zapravo potrebna kapacitet snabdjevanja strujom za test je samo mali deo, daleko manji od potpunog snaga potrebne za generisanje testnog napona. Posebno je prilagodljiv za mestoimenu upotrebu, posebno u okruženjima gde je kapacitet snabdjevanja strujom ograničen.

• Visok izlazni napon. Pod rezonantnim uslovima, snabdjevanje strujom može generisati napon koji zadovoljava visoke testne zahteve čak i na relativno niskoj frekvenci. To stvara uslove za mestoimeni test izolacije ultra-visokonaponskih reaktora.

• Dobra kvalitet vala. Serijski rezonantni test može osigurati izlaz stabilnog sinusoidnog vala na fiksnoj frekvenciji snabdjevanja strujom, efektivno smanjujući uticaj harmonika na testne rezultate i osiguravajući preciznost testa.

• Jednostavna testna oprema. Uredjaji potrebni za ovaj test su relativno jednostavni, uglavnom sastavljeni od promenljive frekvencije snabdjevanja strujom, pobudnog transformatora i kondenzatora za postavljanje, itd., što olakšava mestoimeni transport i brzu instalaciju.

• Visoka bezbednost. Ako se testirani uzorak razbije tokom serijskog rezonantnog testa, petlja će odmah izgubiti rezonantno stanje, a izlazni struja snabdjevanja strujom će se drastično smanjiti, time efektivno ograničavajući oštećenje testiranog uzorka i testne opreme.

Ukratko, istraživanja defekata izolacije pružaju ključne podatke za mestoimeni test izolacije reaktora u transformatornim stanici, upućujući na izbor metoda testiranja. Buduće istraživanje će optimizovati mestoimeni test tehnologije kako bi unapredilo preciznost i pouzdanost procene stanja izolacije visokonaponskih transformatora namočenih u ulju.

2.2 Metod testiranja otpornosti na napon oscilujućim naponom

Metod testiranja otpornosti na napon oscilujućim naponom često se koristi u detekciji izolacije sistema snabdevanja strujom. On pokazuje jedinstvenu važnost, posebno u testiranju otpornosti na napon slojeva u suhim zračnim reaktorima. Ova tehnologija primenjuje visokofrekventne oscilujuće talase napona na testiran objekat kako bi primenila napon, time indukujući i identifikujući defekte izolacionog sistema, kao što su parcijalni ispaljivanja. Njen princip je prikazan na Slici 2. Ključne karakteristike testa otpornosti na napon oscilujućim naponom i ključni faktori za razmatranje su sledeći:

• Princip detekcije: Ovaj test se oslanja na karakteristike visokofrekventnih oscilujućih talasa. Upoređujući talase struja testiranog uzorka pod referentnim naponom i testnim naponom, procenjuje se da li je stanje izolacije idealno. Stopa prigušenja talasa i promena tačaka prelaska kroz nulu su ključni parametri za merenje kvaliteta izolacije.

• Testni talas: Oscilujući talas generisan ovim metodom sadrži mnogo visokofrekventnih komponenti. Vreme fronta talasa je daleko kraće od vremena fronta talasa gremlinske impulsne talasa, što može efikasno aktivirati signale parcijalnih ispaljivanja izazvana defektima opreme.

• Testni uređaj: Oprema potrebna za test otpornosti na napon oscilujućim naponom uključuje DC snabdjevanje strujom, kondenzatore za nabijanje, visokonaponski silicijumski kontrolisani diod, prostran pregaz, rezistor fronta talasa, itd. Struktura je relativno složena i stavlja relativno visoke zahteve na mestoimeni test okruženje.

• Faktori okruženja: Test otpornosti na napon oscilujućim naponom je izuzetno osetljiv na faktore okruženja, kao što su temperatura i vlaga. Moraju se izvršavati pod strogo kontrolisanim uslovima kako bi se osigurala preciznost testnih rezultata.

• Performanse protiv interferencije: Zbog visokog napona i frekvencije oscilovanja generisane testom otpornosti na napon oscilujućim naponom, zahtevi za zemljenjem i ekraniranjem testne opreme i uslovi test sistema su izuzetno strogi. Potrebno je implementirati efektivne mere za supresiju interferencije.

• Ograničenja: Test otpornosti na napon oscilujućim naponom ima određena ograničenja u mestoimenim aplikacijama za ultra-visokonaponske reaktore. Posebno u testiranju reaktora na nivou 1000kV, postojeće tehničke sredstva su teško dostupna za ispunjavanje testnih zahteva za visoki napon i veliku kapacitet.

3 Usporedba dva metoda testiranja otpornosti na napon

U mestoimenom ocenjivanju performansi izolacije visokonaponskih transformatora namočenih u ulju u transformatornim stanici, uobičajene tehnike uključuju serijalnu rezonantu i oscilujuću naponsku testiranje otpornosti na napon. Ovo istraživanje provodi duboku komparativnu analizu ovih dva metoda, ciljevši da pronađe rešenje bolje prilagođeno mestoimenom ocenjivanju ultra-visokonaponskih transformatora u transformatornim stanici.

• Zahtevi za opremom: Serijski rezonantni test se oslanja na promenljive frekvencije snabdjevanja strujom, pobudne transformatore i kondenzatore za postavljanje. Test oscilujućeg napona zahteva DC snabdjevanje strujom, kondenzatore za nabijanje i visokonaponske silicijumske kontrolisane diode. Prvi ima jednostavniju, manju opremu, omogućavajući lakšu mestoimeni operaciju.

• Uslovi testiranja: Serijski rezonantni test dobro se prilagođava mestoimenim okruženjima, sa niskom zavisnošću od faktora poput temperature i vlage. Sa druge strane, test oscilujućeg napona postavlja stroži zahtevi na okruženje kako bi se osigurala preciznost rezultata.

• Proceduri testiranja: Serijski rezonantni test je relativno jednostavan, postižući rezonanciju pomoću podešavanja frekvencije promenljivog snabdjevanja strujom. Test oscilujućeg napona, međutim, zahteva tačno upravljanje generisanjem i prigušenjem talasa napona.

• Određivanje rezultata: (Napomena: Uklonjen suvisan sadržaj radi kraćice, jer original imao ponavljajuće opise ovdje.) Serijski rezonantni test pojednostavljuje proces pomoću podešavanja frekvencije za rezonanciju. Test oscilujućeg napona zahteva tačno upravljanje talasom.

• Bezbednost: Obje metode osiguravaju visoku bezbednost. Međutim, serijski rezonantni test može brzo smanjiti napon tokom razbijanja uzorka, minimizirajući oštećenje opreme i testnih postrojenja.

Putem duboke komparacije eksperimentalnih postrojenja, konfiguracije mestoimenog okruženja, procedura testiranja i standarda određivanja rezultata, serijski rezonantni test otpornosti na napon pokazuje da je bolje prilagođen mestoimenom ocenjivanju izolacije visokonaponskih transformatora namočenih u ulju. On ima jednostavnu konfiguraciju, snažnu prilagodljivost, jasne korake testiranja, lako prepoznatljive rezultate i visoku bezbednost. Sa druge strane, test oscilujućeg napona ima strože zahtevi na okruženje, složenije postrojenje i pokazuje ograničenja u praktičnim aplikacijama reaktora. Stoga, ovo istraživanje preporučuje prioritet serijskog rezonantnog testa otpornosti na napon za mestoimeni test izolacije visokonaponskih transformatora namočenih u ulju u transformatornim stanici.

4 Zaključak

Ovaj rad prvo istražuje tipične defekte izolacije reaktora i tehnologije mestoimenog testiranja izolacije. Zatim, za dva metoda ocenjivanja izolacije reaktora, predstavlja osnovne principe i vrste opreme serijskog rezonantnog testa otpornosti na napon, kao i relevantne standarde, principe i logiku detekcije testa oscilujućeg napona. Uspešno uspoređujući prednosti i mane sa četiri aspekta (testna oprema, konfiguracija mestoimenog okruženja, procedure testiranja i metode određivanja rezultata), zaključuje da je serijski rezonantni metod bolje prilagođen mestoimenom testiranju izolacije visokonaponskih transformatora namočenih u ulju u transformatornim stanici.