Дефекти ізоляції та методи випробування на прорив напруги для УВН-нафтових реакторів

1 Дослідження дефектів ізоляції в реакторах з погруженням у масло для УВС

Основні проблеми при експлуатації високовольтних маслонаповнених реакторів включають дефекти ізоляції, нагрівання через магнітну витечку серцевини, вібрацію/шум та витікання масла.

1.1 Дефекти ізоляції

Паралельно з'єднані реактори, коли вони підключені до основного контуру первинної обмотки та запущені, працюють на повну потужність довгий час. Постійне високе напруга підвищує температуру роботи, швидше старіючи матеріали ізоляції обмоток та масло. Можливі дефекти: пробив ізоляції обмотки-земля, міжшарові короткозамкнення. Трифазні реактори також стикаються з ризиком пробою ізоляції між фазами.

1.2 Нагрівання через магнітну витечку серцевини

Завдяки повітряним проміжкам густина магнітної витечки реакторів значно вища, ніж трансформаторів. Близько до серцевини, щока та опор обмоток, інтенсивність витечки в кілька разів більша, ніж у трансформаторів. Витечка через силиконову сталі спричиняє додаткові втрати енергії та локальне перегрівання, особливо там, де витечка перетинає залізний щит вертикально (наприклад, стискальні заліза, сталеві листи). Одна з ключових проблем для маслонаповнених реакторів в мережах УВС.

1.3 Вібрація та шум

Повітряні проміжки розбивають магнітний шлях реактора на регіони з незалежними магнітними полюсами. Зміни притягання полюсів викликають вібрацію. Серцевина, прокладка та каркас щока можуть викликати механічний резонанс, завдяки чому вібрація/шум реактора перевищують трансформатори. Дефекти, такі як невірна робота газового реле, тріщини алюмінієвих листів, зношення ізоляції, розслаблення листів серцевини та розряди пристроїв обмеження серцевини, виникають в результаті довготривалої вібрації. Шум тісно пов'язаний з вібрацією серцевини.

1.4 Витікання масла

Витікання масла порушує стабільну роботу, забруднює середовище та створює ризики безпеки. Обидомашні та імпортовані маслонаповнені реактори часто витікають, оскільки виробники мають слабкий контроль за процесом, а вібрація під час транспортування/роботи погіршує витікання.

2 Принципи та характеристики двох методів випробування на витривалість
2.1 Метод випробування на витривалість за допомогою рядової резонансу

Метод випробування на витривалість за допомогою рядової резонансу є надзвичайно ефективною стратегією для виявлення дефектів ізоляції високовольтного електрообладнання. Він демонструє незамінну корисність, особливо при на місці випробування ізоляції реакторів в підстанціях ультрависоких напруг. Ця технологія головним чином досягає ефекту генерації відносно високої випробувальної напруги навіть при невеликій потужності живлення, через резонансне співпрацювання індуктивного опору реактора та ємкостного опору компенсаційного конденсатора на певній частоті. Його принцип показано на рисунку 1. Основні характеристики цього методу такі:

• Невелика випробувальна потужність. У резонансному стані опір контуру зменшується до мінімуму. Тому фактична потужність живлення, яка потрібна для випробування, становить лише невелику частину, значно нижчу, ніж повна потужність, необхідна для генерації випробувальної напруги. Цей метод особливо придатний для використання на місці, особливо в умовах, коли потужність живлення обмежена.

• Високе вихідне напруга. У резонансних умовах живлення може генерувати напругу, яка відповідає вимогам високих випробувань, навіть на відносно низькій частоті. Це створює умови для на місці випробування ізоляції реакторів ультрависоких напруг.

• Добра якість форми сигналу. Рядове резонансне випробування забезпечує стабільне синусоїдальне вихідне напруга на постійній частоті живлення, ефективно зменшуючи вплив гармонік на результати випробувань та забезпечуючи точність випробування.

• Просте випробувальне обладнання. Обладнання, необхідне для цього випробування, відносно просте, головним чином складається з змінного частотного живлення, збудника, та налаштовуваного конденсатора тощо, що сприяє транспортуванню та швидкому монтажу на місці.

• Висока безпека. Якщо випробувальний зразок пробивається під час рядового резонансного випробування, контур одразу ж втрачає резонансний стан, а вихідний струм живлення сильно зменшується, таким чином ефективно обмежуючи пошкодження випробувального зразка та випробувального обладнання.

У підсумку, дослідження дефектів ізоляції надає ключові дані для на місці випробування ізоляції реакторів підстанцій, керуючи вибором методу випробування. Майбутні дослідження будуть оптимізувати технології на місці для підвищення точності/надійності оцінки стану ізоляції високовольтних маслонаповнених реакторів.

2.2 Метод випробування на витривалість за допомогою коливального напруги

Метод випробування на витривалість за допомогою коливального напруги є часто використовуваним способом для виявлення дефектів ізоляції в електроенергетичних системах. Він демонструє унікальну важливість, особливо при випробуванні на витривалість між обмотками сухих реакторів з повітряною серцевиною. Ця технологія застосовує високочастотні коливальні форми сигналу для прикладання напруги до випробувального об'єкта, що викликає та виявляє дефекти ізоляційної системи, такі як локальні розряди. Його принцип показано на рисунку 2. Основні характеристики коливального випробування на витривалість та ключові фактори, які треба врахувати, такі:

• Принцип виявлення: Це випробування засноване на характеристиках високочастотних коливальних форм. Порівнюючи форми струму випробувального зразка при референтному напруга та випробувальному напруга, визначається, чи є стан ізоляції ідеальним. Ступінь затухання форми сигналу та зміна точок переходу через нуль є ключовими параметрами для вимірювання якості ізоляції.

• Форма випробування: Коливальна форма, згенерована цим методом, містить багато високочастотних компонентів. Її фронтова час набагато коротший, ніж фронтова час імпульсу блискавки, що ефективно активує сигнали локальних розрядів, спричинених дефектами обладнання.

• Обладнання для випробування: Обладнання, необхідне для коливального випробування на витривалість, включає постійне живлення, зарядні конденсатори, високовольтний керований пристрій, тригерну щілину, резистор фронту тощо. Структура є відносно складною, і вона вимагає високих вимог до на місці випробувального середовища.

• Фактори середовища: Коливальне випробування на витривалість надзвичайно чутливе до факторів середовища, таких як температура та вологість. Воно повинно проводитися в строго контролюваних умовах, щоб забезпечити точність результатів випробування.

• Антиінтерференційні властивості: З урахуванням високого напруга та коливальної частоти, генерованої коливальним випробуванням на витривалість, вимоги до заземлення та екранирования випробувального обладнання та умов середовища випробувальної системи є надзвичайно строгими. Необхідно реалізувати ефективні заходи зупинки інтерференції.

• Обмеження: Коливальне випробування на витривалість має певні обмеження при на місці використанні для реакторів ультрависоких напруг. Особливо при випробуванні реакторів на рівні 1000 кВ, існуючі технічні засоби важко задовольняють вимоги до високого напруга та великої потужності.

3 Порівняння двох методів випробування на витривалість

При на місці оцінці ізоляційних характеристик високовольтних маслонаповнених реакторів в підстанціях зазвичай використовуються методи рядової резонансу та коливального напруги. Це дослідження проводить глибокий порівняльний аналіз цих двох методів, метаючи знайти рішення, яке краще підходить для на місці оцінки реакторів у підстанціях ультрависоких напруг.

• Вимоги до обладнання: Метод рядової резонансу заснований на змінних частотних живленнях, збудників та налаштовуваних конденсаторах. Метод коливального напруги вимагає постійного живлення, зарядних конденсаторів та високовольтних керованих пристроїв. Перший має простіше, менше обладнання, що дозволяє легше виконання на місці.

• Умови випробування: Метод рядової резонансу добре адаптований до на місці умов, з низькою залежністю від факторів, таких як температура та вологість. Навпаки, метод коливального напруги вимагає строгіших умов середовища, щоб забезпечити точність результатів.

• Процедури випробування: Метод рядової резонансу є відносно простим, досягаючи резонансу шляхом налаштування частоти змінного частотного живлення. Метод коливального напруги, проте, вимагає точного контролю над генерацією та затуханням форми сигналу.

• Визначення результатів: Метод рядової резонансу спрощує процес через налаштування частоти для досягнення резонансу. Метод коливального напруги вимагає точного контролю форми сигналу.

• Безпека: Обидва методи забезпечують високу безпеку. Однак, метод рядової резонансу може швидко знизити напругу під час пробою зразка, мінімізуючи пошкодження обладнання та випробувальних установок.

Шляхом глибокого порівняння експериментальних установок, налаштувань на місці, процедур випробування та стандартів визначення результатів, метод рядової резонансу виявився більш придатним для на місці оцінки ізоляції високовольтних маслонаповнених реакторів. Він має просту установку, сильну адаптивність, чіткі процедури випробування, легко визначувані результати та високу безпеку. Навпаки, метод коливального напруги має більш строгі вимоги до середовища, більш складну установку та демонструє обмеження в практичному застосуванні для реакторів. Тому це дослідження рекомендує надавати перевагу методу рядової резонансу для на місці оцінки ізоляції високовольтних маслонаповнених реакторів в підстанціях.

4 Висновок

Ця стаття спочатку досліджує типові дефекти ізоляції реакторів та технології на місці оцінки ізоляції. Потім, для двох методів оцінки ізоляції реакторів, вводяться основні принципи та типи пристроїв рядової резонансу, а також відповідні стандарти, принципи та логіка виявлення коливального напруги. Шляхом порівняння переваг та недоліків з чотирьох аспектів (обладнання для випробування, налаштування на місці, процедури випробування та методи визначення результатів) висновок полягає в тому, що метод рядової резонансу більш придатний для на місці оцінки ізоляції високовольтних маслонаповнених реакторів в підстанціях.