Isolationsdefekter och spänningsuthållighetsprovsmetoder för UHV oljedränkta reaktorer

1 Undersökning av isoleringsdefekter i UHV-oljebaserade reaktorer

Viktiga utmaningar för högspänningsoljefyllda reaktorer under drift inkluderar isoleringsfel, magnetisk läckageuppvärmning i järnkärnan, vibration/ljud och oljeläcka.

1.1 Isoleringsfel

Parallellkopplade reaktorer, när de är anslutna till huvudnätets primärspole och sätts i drift, opererar på full effekt långsiktigt. Det upprätthållna höga spänningen ökar drifttemperaturerna, vilket accelererar åldrandet av spoleisoleringens material och oljan. Möjliga fel: isoleringsbrott mellan spole och mark, kortslutning mellan lager. Trefasreaktorer står också inför risker för fas-till-fas isoleringsbrott.

1.2 Järnkärnsmagnetisk läckageuppvärmning

Luftgap gör att reaktorernas magnetiska läckagetäthet är mycket högre än transformer. Nära järnkärnan, yoke och spolestöd är läckageintensiteten flera gånger den hos transformer. Läckage genom siliciumstål orsakar extra energiförlust och lokala överhettningar, särskilt där läckage korsar järnyoken vertikalt (t.ex. klammerjärn, stålar). En viktig utmaning för oljebaserade reaktorer i UHV-nät.

1.3 Vibration och ljud

Luftgap delar upp reaktorens magnetväg i regioner med oberoende magnetiska poler. Förändringar i polattraktion orsakar vibration. Järnkärnan, tätning och yoke ram kan utlösa mekanisk resonans, vilket får reaktorns vibration/ljud att överstiga transformer. Fel som gasrelämisslyckande, aluminiumbladfraktur, isoleringsnötning, kärnbladlossning och kärngränsenhetssläckning resulterar från långvarig vibration. Ljud är nära kopplat till kärnvibration.

1.4 Oljeläcka

Oljeläcka stör stabil drift, förorenar miljön och skapar säkerhetsrisker. Både inhemskt och importerat oljebaserade reaktorer läcker ofta olja, på grund av tillverkarnas dålig processkontroll och vibration under transport/operation som förvärrar läckagerna.

2 Principer och egenskaper för två spänningsprovsmetoder
2.1 Serie-resonanstestmetod för spänningsuthållighet

Serie-resonanstestmetoden för spänningsuthållighet är en mycket effektiv strategi för isoleringsdetektering av högspänningselutrustning. Den visar oersättlig användbarhet, särskilt vid platsbunden isoleringsbedömning av reaktorer i ultra-högspänningsunderstationer. Denna teknologi uppnår huvudsakligen effekten av att generera ett relativt högt testspänning även med en liten strömförsörjningskapacitet, genom resonanst samarbete mellan reaktorens induktiva impedans och kompensationskondensatorns kapacitiva impedans vid en specifik frekvens. Dess princip visas i figur 1. De huvudsakliga egenskaperna hos denna metod är följande:

• Liten testkapacitet. I resonanstillstånd sjunker kretsens impedans till minimum. Därför är den faktiska nödvändiga testströmförsörjningskapaciteten bara en liten del, långt lägre än den fulla effekt som krävs för att generera testspänningen. Den är särskilt lämplig för platsbruk, särskilt i miljöer med begränsad strömförsörjningskapacitet.

• Hög utdata. Under resonanstillstånd kan strömförsörjningen generera ett spänning som uppfyller hög-testkrav även vid en relativt låg frekvens. Det skapar förutsättningar för platsbunden isoleringsbedömning av ultra-högspänningsreaktorer.

• Bra vågformskvalitet. Serieresonanstestet kan garantera utdata av en stabil sinusvågform vid en fast strömförsörjningsfrekvens, vilket effektivt minskar harmonikers påverkan på testresultaten och säkerställer testets noggrannhet.

• Enkel testutrustning. Enheter som krävs för detta test är relativt enkla, består huvudsakligen av en variabelfrekvensströmförsörjning, en anslutningstransformator och en justeringskondensator, etc., vilket underlättar platstransport och snabb installation.

• Hög säkerhet. Om provobjektet bryter ner under serieresonanstestet kommer kretsen omedelbart att förlora sin resonanstillstånd, och strömförsörjningens utdataström kommer att minska drastiskt, vilket effektivt begränsar skada på provobjekt och testutrustning.

Sammanfattningsvis ger undersökningar av isoleringsdefekter viktiga data för platsbunden isoleringsbedömning av understationsreaktorer, vilket leder till val av testmetod. Framtidens forskning kommer att optimera platsbunden bedömningsmetod för att öka noggrannheten och pålitligheten i isoleringsstatusbedömningar för högspänningsoljefyllda reaktorer.

2.2 Oskillerande spänningsprovsmetod

Oskillerande spänningsprovsmetoden är en ofta använd metod i isoleringsdetektering för elkraftsystem. Den visar unik betydelse, särskilt vid varv-till-varv spänningsuthållighetstestning av torra luftkärnsreaktorer. Denna teknologi applicerar högfrekventa oskillerande spänningssignaler till testobjektet för att tillämpa spänning, vilket inducerar och identifierar isoleringsdefekter såsom partiella utsläpp. Dess princip visas i figur 2. De centrala karaktäristikerna för oskillerande spänningsprov och de viktigaste faktorerna att beakta är följande:

• Detekteringsprincip: Det här testet bygger på egenskaperna hos högfrekventa oskillerande vågformer. Genom att jämföra provobjektets strömvågor under referensspänning och testspänning bedöms om isoleringsförhållandena är idealiska. Vågformens dämpningsgrad och variation av nollpassager är nyckelparametrar för att mäta isoleringskvalitet.

• Testvågform: Den oskillerande vågform som genereras av denna metod innehåller många högfrekventa komponenter. Dess vågfrontstid är betydligt kortare än en blixtnedslagsimpuls, vilket effektivt aktiverar partiella utsläppssignaler orsakade av utrustningsdefekter.

• Testutrustning: Utrustning som krävs för oskillerande spänningsprov inkluderar en likströmförsörjning, laddningskondensatorer, en högspänningssilikonstyrdiod, en utlösargap, en vågfrontsmotstånd, etc. Strukturen är relativt komplex, och det ställer relativt höga krav på platsbunden testmiljö.

• Miljöfaktorer: Oskillerande spänningsprov är extremt känsliga för miljöfaktorer som temperatur och fuktighet. Det måste utföras under strikt kontrollerade förhållanden för att säkerställa testresultatens noggrannhet.

• Störningsmotstånd: Givet den höga spänningen och oskillingfrekvensen som genereras av oskillerande spänningsprov, är kraven på testutrustningens jordning och skärmande samt testsystemets miljöförhållanden extremt strikta. Effektiva störningsmotståndsåtgärder behöver implementeras.

• Begränsningar: Oskillerande spänningsprov har vissa begränsningar i platsbundna tillämpningar för ultra-högspänningsreaktorer. Särskilt vid test av reaktorer på 1000kV-nivå är de befintliga tekniska medlen svåra att uppfylla testkraven för hög spänning och stor kapacitet.

3 Jämförelse av de två spänningsprovsmetoderna

Vid platsbunden bedömning av isoleringsprestanda för högspänningsoljefyllda reaktorer i understationer, inkluderar vanliga tekniker serie-resonanstest och oskillerande spänningsprov. Denna studie utför en djupgående jämförande analys av dessa två metoder, med syfte att hitta en lösning som passar bättre för platsbunden bedömning av ultra-högspänningsunderstationsreaktorer.

• Utrustningskrav: Serie-resonanstestet bygger på variabelfrekvensströmförsörjning, anslutningstransformatorer och justeringskondensatorer. Oskillerande spänningsprov kräver likströmförsörjning, laddningskondensatorer och högspänningssilikonstyrdioder. Det första har enklare, mindre utrustning, vilket möjliggör enklare platsbunden drift.

• Testförhållanden: Serie-resonanstestet anpassar sig väl till platsbunden miljö, med låg beroendegrad av faktorer som temperatur och fuktighet. I motsats till det, ställer oskillerande spänningsprov striktare miljökrav för att säkerställa resultats noggrannhet.

• Testprocedurer: Serie-resonanstestet är relativt enkelt, genom att uppnå resonans genom att justera variabelfrekvensströmförsörjningens frekvens. Oskillerande spänningsprov kräver dock precist kontroll över generering och dämpning av spänningvågform.

• Resultatbestämning: Serie-resonanstestet förenklar processen genom frekvensjustering för resonans. Oskillerande spänningsprov kräver precist vågformskontroll.

• Säkerhet: Båda metoder säkerställer hög säkerhet. Men, serie-resonanstestet kan snabbt reducera spänning vid provobjektets brytning, vilket minimerar skada på utrustning och testinstallationer.

Genom djupgående jämförelse av experimentella installationer, platsbunda miljökonfigurationer, testprocedurer och resultatbestämningssystem, visar sig serie-resonanstestet mer lämpa sig för platsbunden isoleringsbedömning av högspänningsoljefyllda reaktorer. Det har en enkel installation, stark anpassbarhet, tydliga teststeg, lättidentificerbara resultat och hög säkerhet. I motset, har oskillerande spänningsprov striktare miljökrav, en mer komplex installation och visar begränsningar i praktiska reaktoranvändningar. Därför rekommenderar denna studie att prioritera serie-resonanstestet för platsbunden isoleringsbedömning av högspänningsoljefyllda reaktorer i understationer.

4 Slutsats

Denna artikel undersöker först typiska isoleringsdefekter hos reaktorer och platsbunden isoleringsbedömningsteknik. Sedan introducerar den de grundläggande principerna och enhetstyperna för serie-resonanstestet för spänningsuthållighet, liksom relevanta standarder, principer och detekteringslogik för oskillerande spänningsprov. Genom att jämföra fördelar och nackdelar ur fyra aspekter (testutrustning, platsbundna förhållanden, testprocedurer och resultatbestämning) konstaterar den att serie-resonansmetoden är mer lämplig för platsbunden isoleringsbedömning av högspänningsoljefyllda reaktorer i understationer.