ความบกพร่องของฉนวนและวิธีทดสอบแรงดันทนทานสำหรับหม้อแปลงอุลตร้าไฮโวลต์แบบแช่น้ำมัน
1 การตรวจสอบข้อบกพร่องของฉนวนในหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงแบบแช่น้ำมัน
ปัญหาสำคัญในการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมันรวมถึงความผิดปกติของฉนวน การรั่วไหลของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดความร้อน การสั่นสะเทือน/เสียง และการรั่วของน้ำมัน
1.1 ข้อบกพร่องของฉนวน
หม้อแปลงที่เชื่อมต่อขนานเมื่อเชื่อมต่อกับวงจรหลักและใช้งานจะทำงานด้วยกำลังเต็มตลอดเวลา แรงดันไฟฟ้าที่สูงอย่างต่อเนื่องทำให้อุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้น ทำให้วัสดุฉนวนและน้ำมันเสื่อมสภาพเร็วขึ้น ความผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นได้แก่ การชำรุดของฉนวนระหว่างขดลวดกับพื้นดิน การลัดวงจรระหว่างชั้น และหม้อแปลงสามเฟสยังมีความเสี่ยงของการชำรุดของฉนวนระหว่างเฟส
1.2 การรั่วไหลของสนามแม่เหล็กและการทำความร้อน
ช่องว่างอากาศทำให้ความหนาแน่นของการรั่วไหลของสนามแม่เหล็กของหม้อแปลงสูงกว่าหม้อแปลงไฟฟ้า ใกล้กับแกนเหล็ก คานรอง และโครงรองขดลวด ความเข้มของการรั่วไหลสูงกว่าหม้อแปลงหลายเท่า การรั่วไหลผ่านเหล็กซิลิกอนทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานเพิ่มขึ้นและการทำความร้อนเฉพาะที่ โดยเฉพาะที่ที่การรั่วไหลข้ามคานเหล็กแนวตั้ง เช่น แคลมป์เหล็ก แผ่นเหล็ก เป็นปัญหาสำคัญสำหรับหม้อแปลงที่แช่น้ำมันในระบบไฟฟ้าแรงสูงมาก
1.3 การสั่นสะเทือนและเสียง
ช่องว่างอากาศแบ่งทางเดินแม่เหล็กของหม้อแปลงออกเป็นบริเวณที่มีขั้วแม่เหล็กอิสระ การเปลี่ยนแปลงของแรงดึงดูดระหว่างขั้วทำให้เกิดการสั่นสะเทือน แกนเหล็ก ซีล และโครงคานอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนกลไก ทำให้การสั่นสะเทือนและเสียงของหม้อแปลงสูงกว่าหม้อแปลงไฟฟ้า การสั่นสะเทือนระยะยาวทำให้เกิดความผิดปกติ เช่น การทำงานผิดพลาดของเครื่องตรวจจับแก๊ส การแตกของแผ่นอะลูมิเนียม การสึกหรอของฉนวน การคลายตัวของแผ่นเหล็ก และการปล่อยประจุจากอุปกรณ์จำกัดแกน เสียงมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับการสั่นสะเทือนของแกน
1.4 การรั่วของน้ำมัน
การรั่วของน้ำมันทำให้การทำงานไม่เสถียร ทำลายสิ่งแวดล้อม และมีความเสี่ยงต่อความปลอดภัย ทั้งหม้อแปลงที่ผลิตในประเทศและนำเข้ามักจะรั่วน้ำมัน เนื่องจากการควบคุมกระบวนการผลิตที่ไม่ดีและการสั่นสะเทือนระหว่างการขนส่งและการทำงานทำให้การรั่วไหลแย่ลง
2 หลักการและลักษณะของวิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันสองวิธี
2.1 วิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรม
วิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรมเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการตรวจสอบฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง มีประโยชน์ที่ไม่สามารถแทนที่ได้ โดยเฉพาะในการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงในสถานีไฟฟ้าแรงสูงมาก วิธีนี้สามารถสร้างแรงดันทดสอบที่สูงได้แม้จะมีกำลังไฟฟ้าที่ต่ำผ่านการเรโซแนนซ์ระหว่างอิมพิแดนซ์เหนี่ยวนำของหม้อแปลงและอิมพิแดนซ์ความจุของคอนเดนเซอร์ชดเชยที่ความถี่เฉพาะ หลักการของวิธีนี้แสดงในรูปที่ 1 ลักษณะสำคัญของวิธีนี้คือ
กำลังทดสอบต่ำ ในภาวะเรโซแนนซ์ อิมพิแดนซ์วงจรลดลงสู่ระดับต่ำสุด ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่จำเป็นในการทดสอบจริงจะน้อยมาก ต่ำกว่ากำลังที่ต้องการในการสร้างแรงดันทดสอบ วิธีนี้เหมาะสมสำหรับการใช้งานบนสถานที่ โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีกำลังไฟฟ้าจำกัด
แรงดันเอาต์พุตสูง ในภาวะเรโซแนนซ์ แหล่งจ่ายไฟฟ้าสามารถสร้างแรงดันที่สูงตามความต้องการทดสอบได้แม้ที่ความถี่ต่ำ สร้างเงื่อนไขสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงมาก
คุณภาพสัญญาณดี การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมสามารถรับประกันการส่งออกสัญญาณไซน์ที่มั่นคงที่ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่กำหนด ลดผลกระทบของฮาร์โมนิกต่อผลทดสอบและรับประกันความแม่นยำของผลทดสอบ
อุปกรณ์ทดสอบง่าย อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการทดสอบนี้ค่อนข้างง่าย ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟฟ้าความถี่ปรับได้ ทรานส์ฟอร์เมอร์กระตุ้น และคอนเดนเซอร์ชดเชย ฯลฯ ทำให้การขนส่งและติดตั้งบนสถานที่สะดวก
ความปลอดภัยสูง หากตัวอย่างทดสอบล้มเหลวในระหว่างการทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรม วงจรจะสูญเสียภาวะเรโซแนนซ์ทันที กระแสไฟฟ้าที่ส่งออกจะลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้จำกัดความเสียหายต่อตัวอย่างทดสอบและอุปกรณ์ทดสอบได้
สรุป การตรวจสอบข้อบกพร่องของฉนวนให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงในสถานีไฟฟ้า ช่วยในการเลือกวิธีทดสอบ ในอนาคตจะทำการวิจัยเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีการประเมินบนสถานที่ เพื่อเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือในการประเมินสภาพฉนวนของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมัน
2.2 วิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันด้วยแรงดันสั่น
วิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันด้วยแรงดันสั่นเป็นวิธีที่ใช้บ่อยในการตรวจสอบฉนวนของระบบไฟฟ้า มีความสำคัญเฉพาะในด้านการทดสอบความทนทานต่อแรงดันระหว่างชั้นของหม้อแปลงชนิดแห้งที่มีแกนอากาศ วิธีนี้ใช้สัญญาณแรงดันสั่นที่มีความถี่สูงเพื่อส่งแรงดันไปยังตัวอย่างทดสอบ ทำให้สามารถตรวจจับและระบุข้อบกพร่องของระบบฉนวน เช่น การปล่อยประจุบางส่วน หลักการของวิธีนี้แสดงในรูปที่ 2 ลักษณะสำคัญของการทดสอบความทนทานต่อแรงดันสั่นและปัจจัยสำคัญที่ควรพิจารณา คือ
หลักการทดสอบ: การทดสอบนี้อาศัยคุณสมบัติของสัญญาณแรงดันสั่นที่มีความถี่สูง โดยการเปรียบเทียบสัญญาณกระแสไฟฟ้าของตัวอย่างทดสอบภายใต้แรงดันอ้างอิงและแรงดันทดสอบ เพื่อประเมินว่าสภาพฉนวนเป็นอย่างไร อัตราการลดลงของสัญญาณและการเปลี่ยนแปลงของจุดผ่านศูนย์เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดคุณภาพฉนวน
สัญญาณทดสอบ: สัญญาณแรงดันสั่นที่สร้างขึ้นมีส่วนประกอบความถี่สูงจำนวนมาก ระยะเวลาสัญญาณสั้นกว่าสัญญาณแรงดันฟ้าแลบ ทำให้สามารถกระตุ้นสัญญาณปล่อยประจุบางส่วนที่เกิดจากข้อบกพร่องของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
อุปกรณ์ทดสอบ: อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการทดสอบความทนทานต่อแรงดันสั่นรวมถึงแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง คอนเดนเซอร์ชาร์จ ไดโอดซิลิคอนควบคุมแรงดันสูง ช่องว่างทริกเกอร์ ตัวต้านทานสัญญาณสั้น ฯลฯ โครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน และต้องการสภาพแวดล้อมการทดสอบบนสถานที่ที่เข้มงวด
ปัจจัยสิ่งแวดล้อม: การทดสอบความทนทานต่อแรงดันสั่นไวต่อปัจจัยสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น ต้องดำเนินการภายใต้สภาพแวดล้อมที่ควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อรับประกันความแม่นยำของผลทดสอบ
สมรรถนะต้านทานการรบกวน: เนื่องจากแรงดันสูงและความถี่สั่นที่สร้างขึ้นจากการทดสอบความทนทานต่อแรงดันสั่น ความต้องการในการกราวด์และป้องกันสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ทดสอบและสภาพแวดล้อมของระบบทดสอบต้องเข้มงวด ต้องมีมาตรการป้องกันการรบกวนที่มีประสิทธิภาพ
ข้อจำกัด: การทดสอบความทนทานต่อแรงดันสั่นมีข้อจำกัดในการใช้งานบนสถานที่สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงมาก โดยเฉพาะในการทดสอบหม้อแปลงที่ระดับ 1000kV เทคนิคที่มีอยู่ปัจจุบันยากที่จะตอบสนองความต้องการทดสอบแรงดันสูงและกำลังสูง
3 การเปรียบเทียบวิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันสองวิธี
ในการประเมินประสิทธิภาพฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมันในสถานีไฟฟ้า วิธีที่ใช้ทั่วไปคือการทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรมและการทดสอบความทนทานต่อแรงดันด้วยแรงดันสั่น การศึกษาครั้งนี้ทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบอย่างลึกซึ้งระหว่างสองวิธี เพื่อค้นหาวิธีที่เหมาะสมกว่าสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงในสถานีไฟฟ้าแรงสูงมาก
ความต้องการอุปกรณ์: การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมอาศัยแหล่งจ่ายไฟฟ้าความถี่ปรับได้ ทรานส์ฟอร์เมอร์กระตุ้น และคอนเดนเซอร์ชดเชย ในขณะที่การทดสอบแรงดันสั่นต้องการแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง คอนเดนเซอร์ชาร์จ และไดโอดซิลิคอนควบคุมแรงดันสูง วิธีแรกมีอุปกรณ์ที่ง่ายและขนาดเล็ก ทำให้ง่ายต่อการปฏิบัติงานบนสถานที่
สภาพแวดล้อมการทดสอบ: การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมปรับตัวได้ดีกับสภาพแวดล้อมบนสถานที่ ความขึ้นอยู่กับปัจจัยเช่นอุณหภูมิและความชื้นต่ำ ในขณะที่การทดสอบแรงดันสั่นต้องการสภาพแวดล้อมที่เข้มงวดเพื่อรับประกันความแม่นยำของผลทดสอบ
ขั้นตอนการทดสอบ: การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมค่อนข้างง่าย ทำให้เกิดภาวะเรโซแนนซ์โดยการปรับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ในขณะที่การทดสอบแรงดันสั่นต้องการการควบคุมสัญญาณแรงดันที่แม่นยำ
การกำหนดผล: (หมายเหตุ: ลบเนื้อหาที่ซ้ำซ้อนเพื่อความสั้นกระชับ) การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมทำให้กระบวนการทำงานง่ายขึ้นผ่านการปรับความถี่ ในขณะที่การทดสอบแรงดันสั่นต้องการการควบคุมสัญญาณแรงดันที่แม่นยำ
ความปลอดภัย: ทั้งสองวิธีมีความปลอดภัยสูง แต่การทดสอบเรโซแนนซ์อนุกรมสามารถลดแรงดันอย่างรวดเร็วเมื่อตัวอย่างทดสอบล้มเหลว ทำให้จำกัดความเสียหายต่ออุปกรณ์และระบบทดสอบ
ผ่านการเปรียบเทียบอย่างลึกซึ้งของโครงสร้างการทดลอง การกำหนดสภาพแวดล้อมบนสถานที่ ขั้นตอนการทดสอบ และมาตรฐานการกำหนดผล การทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรมแสดงให้เห็นว่าเหมาะสมกว่าสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมัน มีโครงสร้างที่ง่าย ปรับตัวได้ดี ขั้นตอนการทดสอบชัดเจน ผลทดสอบสามารถระบุได้ง่าย และมีความปลอดภัยสูง ในขณะที่การทดสอบแรงดันสั่นมีความต้องการสภาพแวดล้อมที่เข้มงวด โครงสร้างที่ซับซ้อน และมีข้อจำกัดในการใช้งานจริงของหม้อแปลง ดังนั้น การศึกษานี้แนะนำให้ใช้วิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรมเป็นลำดับแรกสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมันในสถานีไฟฟ้า
4 สรุป
บทความนี้เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบข้อบกพร่องของฉนวนที่พบบ่อยในหม้อแปลงและเทคโนโลยีการประเมินฉนวนบนสถานที่ จากนั้น สำหรับสองวิธีการประเมินฉนวนของหม้อแปลง ได้แนะนำหลักการพื้นฐานและประเภทของอุปกรณ์ในการทดสอบความทนทานต่อแรงดันโดยใช้การเรโซแนนซ์อนุกรม พร้อมด้วยมาตรฐาน หลักการ และตรรกะการตรวจจับของวิธีทดสอบความทนทานต่อแรงดันด้วยแรงดันสั่น ผ่านการเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียจากสี่ด้าน (อุปกรณ์ทดสอบ การกำหนดสภาพแวดล้อมบนสถานที่ ขั้นตอนการทดสอบ และวิธีการกำหนดผล) สรุปว่าวิธีเรโซแนนซ์อนุกรมเหมาะสมกว่าสำหรับการประเมินฉนวนบนสถานที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่เติมน้ำมันในสถานีไฟฟ้า
