750kV-transformator PD en geïnduceerde stoottoets ter plaatse: Gevallestudie en aanbevelings

I. Inleiding

Die Guanting–Lanzhou Oos 750kV oordrag- en onderstasiedemonstrasieprojek in China is amptelik op 26 September 2005 in bedryf gestel. Hierdie projek sluit twee onderstasies in—Lanzhou Oos en Guanting (elk toegerus met vier 750kV transformateurs, waarvan drie 'n driefase transformateurbank vorm wat in bedryf is, met een as reserwe)—en een oordraglyn. Die 750kV transformateurs wat in die projek gebruik word, is onafhanklik ontwikkel en vervaardig in China. Tydens die terplaatse kommissietoetse is oormatige gedeeltelike ontlading (PD) in die Fase A hooftransformator by die Lanzhou Oos Onderstasie opgemerk. Totaal 12 PD-toetse is voor en ná die kommissie uitgevoer. Hierdie artikel analiseer die verwysingsstandaarde, prosedures, data en kwessies verband houdende die PD-toetse van hierdie transformator, en bied praktiese ingenieursaanbevelings om toekomstige terplaatse toetse van 750kV en 1000kV transformateurs te ondersteun.

II. Basiese Transformatorparameters

Die hooftransformator by die Lanzhou Oos Onderstasie is vervaardig deur Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Belangrike parameters is as volg:

• Model: ODFPS-500000/750

• Gespesifiseerde Spanning: HV 750kV, MV (met ±2.5% tappunswisser) kV, LV 63kV

• Gespesifiseerde Kapasiteit: 500/500/150 MVA

• Maksimum Bedryfspanning: 800/363/72.5 kV

• Koelmetode: Gedwonge oliesirkulasie met lugkoeling (OFAF)

• Oliegewig: 84 ton; Totale Gewig: 298 ton

• HV Winding Isolasielynivo: Volgolfimpuls 1950kV, gekapte golfimpuls 2100kV, korttyd aangetrekke weerstandspanning 1550kV, netto frekwensie weerstandspanning 860kV

III. Toetsprosedure en -standaarde

(A) Toetsprosedure

Volgens GB1094.3-2003 bestaan die gedeeltelike ontladingstoetsprosedure vir transformateurs uit vyf tydperke—A, B, C, D, en E—met spesifieke toegepaste spannings vir elkeen. Die voorspanningsspanning tydens die C-periode is gedefinieer as 1.7 per unit (pu), waar 1 pu = Um/√3 (Um wees die maksimum stelselspanning). Hierdie waarde is liggies lager as die Um soos gespesifiseer in GB1094.3-1985. Vir die Lanzhou Oos transformator, Um = 800kV, dus moet die voorspanningsspanning 785kV wees.

(B) Weerstandspanningsvereistes

• Die korttyd aangetrekke weerstandspanning vir die Lanzhou Oos transformator is 860kV. Volgens die State Grid Corporation of China se "Kommissietoetsstandaarde vir 750kV UHV Elektriese Utrustings" moet die terplaatse toetsspanning 85% van die fabriekstoetswaarde wees, dit wil sê 731kV, wat minder is as die vereiste voorspanningsspanning van 1.7 pu (785kV).

• Om die konflik tussen die voorspanningsspanning en die kommissieweerstandspanning op te los, stipuleer relevante standaarde dat indien die voorspanningsspanning 85% van die fabriekswederstandspanning oorskry, die werklike voorspanningsspanning deur die gebruiker en vervaardiger moet ooreengekom word. Die "Tegniese Spesifikasie vir 750kV Hooftransformatore" spesifiseer eksplisiet dat die terplaatse PD-toets voorspanningsspanning gelyk is aan 85% van die fabriekswederstandspanning. As gevolg hiervan is die voorspanningsspanning vir die terplaatse PD-toets van die Lanzhou Oos transformator ingestel op 731kV. Die PD-meting en wederstandstoets is gekombineer, met die wederstandstoets fase dien as die voorspannings stadium van die PD-toets.

(C) Aanvaarbare Kriteria vir Gedeeltelike Ontlading

Onder 'n toetsspanning van 1.5 pu, moet die transformator se gedeeltelike ontladingsvlak minder as 500 pC wees.

IV. Toetsproses

Van 9 Augustus 2005 tot 26 April 2006 is 'n totaal van 12 PD-toetse op die Fase A hooftransformator by die Lanzhou Oos Onderstasie uitgevoer. Belangrike toetsinligting word hieronder opgesom:

Algemeen was die PD-vlak van die MV-wikkeling van Fase A hooftransformator voor kommissieëring tussen 600 en 910 pC, wat die aanvaarbaarheidskriterium van 500 pC oorskry. Na her-toetsing op 26 April 2006, na kommissieëring, het die PD-vlak egter afgeneem tot 280 pC, wat die vereiste voldeed.

V. Toetsonderhoud

(A) Deelgolf Ontstaan Spanning (PDIV) en Uitswyt Spanning (PDEV)

• Definisieprobleme: GB7354-2003 en DL417-1991 verskaf onakkurate definisies van PDIV en PDEV. Byvoorbeeld, is die "gespesifiseerde waarde" in die definisie nie duidelik gedefinieer nie - hoewel 500pC algemeen aangeneem word, lei dit tot beduidende inkonsekwensies in praktiese toepassing. Daarbenewens bereik agtergrondgeruis tydens terplekke-tests dikwels tientalle tot honderde pikokulom, wat dit moeilik maak om 'n duidelike begin van die ontlading te identifiseer.

• Gevallewaarnemings: In die 12 PD-toetse wat op die Lanzhou Oos Fase A transformator gedoen is, het die PD-vlak geleidelik met spanning verhoog, sonder 'n duidelike sprong (maksimum stapverandering ~200pC), wat dit onmoontlik maak om 'n duidelike PDIV te bepaal. In sommige toetse was meetbare PD reeds teen lae spannings aanwesig, wat dit moeilik maak om te beoordeel of PDIV verminder het. Verder noem die nuutste nasionale standaard GB1094.3-2003 nie PDIV of PDEV, wat lei tot inkonsekwente interpretasie en bepaling onder praktykhebbers nie.

(B) Ontlading Lokalisering

• Beperkings van Algemene Metodes: Die wyd gebruikte ultrasoniese PD lokaliseringmetode detecteer die tydsverskil van ultrasoniese golwe wat deur ontladings by sensore op die tankwand aangekom word. Hierdie metode staan egter voor uitdagings soos onvolwasse tegnologie, die vereiste vir voldoende groot ontladingsenergie (binne sensor se sensitiewe reeks), en onakkurate lokalisering as gevolg van meervoudige refleksies en breking van ultrasoniese golwe van binne wikkelings.

• Gevalle Resultate: Tydens pre-kommissieëringstoetse het PD lokaliseringtoerusting slegs 'n ruwe skatting van die ontladingsposisie verskaf. Die kontrolekamer monitoringstelsel het nie PD-variasies met spanning opgevang nie, wat die nuttigheid van die resultate beperk het. Later geïnstalleerde aanlyn monitoringstelsels het ook geen relevante veranderinge tydens die 26 April 2006 toets opgevang nie. Daarom moet ultrasoniese lokaliseringresultate met voorbehoud behandeld word wanneer PD-vlakke laag is.

(C) Ernst van Ontlading

Alhoewel die standaard 'n limiet van 500pC by 1.5 pu spesifiseer, is daar in die praktyk geen beduidende verskil tussen 500pC en 700pC nie - hulle behoort tot dieselfde orde van grootte. Bovendien, wanneer PD onder 1000pC is, is daar tipies geen sigbare ontladingspads binne die transformator nie, en terplekke olie-afvoertoests wys selde abnormaliteite. Om 'n 750kV transformator (groot en swaar) terug na die fabriek te stuur vir herstel dra hoë risiko's met hom.

VI. Aanbevelings

(A) Verhoog Isolasievlak

Die geïnduseerde weerstandspanning van die Lanzhou Oos transformator is relatief laag. Gegewe die kort geskiedenis en beperkte ervaring in inheemse 750kV transformatorvervaardiging, tesame met die noodsaaklikheid van terplekke PD-toetse, word voorgestel dat toekomstige 750kV hooftransformators 'n geïnduseerde weerstandspanning van minstens 900kV hê.

(B) Verslap Terplekke Kommissieëring PD Toets Kriteria

Oorsee word PD-toetse streng slegs by die fabriek uitgevoer, nie herhaal terplekke nie. In China is terplekke PD-toetse egter 'n verpligte kommissieëringitem. Dit word voorgestel om die aanvaarbaarheidskriteria vir terplekke PD-toetse van 750kV transformators te verslap tot minder as 1000pC, om die volgende redes:

• Transformators met PD-vlakke tussen 500–1000pC toon dikwels verminderde PD na her-toetsing na 'n tydperk van stoor of operasie (byvoorbeeld Lanzhou Oos Fase A transformator).

• Wanneer PD onder 1000pC is, word tipies geen sigbare ontladingspads gevind nie, terplekke inspeksies vind selde probleme, en fabriek-retour dra hoë risiko's.

• Terplekke PD-toetse vir 750kV en 1000kV transformators is effektief "quasi-weerstands-toetse":

• Kleine spanningmargin: Vir die Lanzhou Oos transformator is die PD-toetspanning by 1.5 pu (693kV, ±3% meetonsekerheid: 672–714kV) baie naby die kommissieëring weerstandspanning van 731kV, wat slegs 'n 2.4% margin laat. Selfs as toekomstige 750kV transformators 'n geïnduseerde weerstandspanning van 900kV hê, laat die kommissieëringtoets by 765kV steeds 'n beperkte margin. Op dieselfde manier, vir 1000kV transformators, is die PD-toetspanning (1.4 pu = 889kV) baie naby die 935kV weerstandsvlak.

• Lang duur: Terwyl die standaard weerstandsduur slegs ongeveer 56 sekondes (by 108Hz toetshoogte) is, word die volledige PD-toets 1.5 pu vir op tot 65 minute toegepas. Herhaalde toetse kan kumulatiewe isolasiebeskadiging veroorsaak, wat die leeftyd van die transformator beïnvloed.

• Daar is weinig gevalle waar herhaalde terplekke-toetse oormatige PD tot aanvaarbare vlakke verlaag; eerder kan PD-vlakke verhoog (byvoorbeeld Lanzhou Oos Fase A transformator: 700pC op 10 Augustus 2005, verhoog tot 910pC op 23 September).

(C) Herdefinieer PD Ontstaan en Uitswyt Spanning

Bestaande standaarde het nie duidelike definisies vir PDIV en PDEV nie, wat kan misleiende toetsinterpretasie veroorsaak (soos gesien in die Lanzhou Oos geval). Dit word voorgestel om hierdie terme met eksplisiete numeriese kriteria te herdefinieer en riglyne vir gevalle waar PDIV en PDEV nie duidelik waargeneem kan word nie, in te sluit.

(D) Versterk Navorsing oor Praktiese Terplekke Tegnieke

• Verwerk werklike transformator PD-muster: Die meeste tipiese PD-muster in literatuur is van laboratoriumsimulasies, wat verskil van werklike transformatorgedrag. Illustratiewe diagramme is onvoldoende om veldwerk te leid. Dit is noodsaaklik om werklike PD-muster te versamel en te analiseer en hulle in verwysingshandleiding vir kwalitatiewe analise en lokaliseringsdoeleindes te kompileer.

• Vorder anti-storingnavorsing: Eksterne storing is 'n groot uitdaging by PD-toetse ter plekke. Huidige meetstelsels kan nie tussen ekte ontlading en storing onderskei nie, en vertrou te veel op die ervaring van die operator. Meer navorsing is nodig oor bronne van storing en onderdrukkingsmetodes.

(E) Vereis sertifisering vir toetspersoneel

PD-meting is die mees tegnies eisende en onvoorspelbare van alledaagse hoëspanningstoetse ter plekke. Misbeoordelings is egter algemeen. Personeel moet sistematiese opleiding ontvang in grondbeginsels, toerustingbedrading, komponenteverwantskap, storingverwydering en PD-lokaliserings, en moet sertifisering verkry voordat hulle toetse mag uitvoer.

(F) Regelmatoos kalibreer toetsinstrumente

GB7354-2003 stel duidelik dat PD-meetinstrumente ten minste twee keer per jaar of na groot herstelwerk gekalibreer moet word. In praktyk word dit dikwels nie streng gevolg nie, met sommige instrumente wat jare lank sonder kalibrasie gebruik word—foute so hoog as tientalle keer is aangeteken. Streng handhawing van kalibrasie volgens nasionale standaarde word aanbeveel om meetakkuraatheid te verseker.

(G) Gebruik online monitoring wanneer nodig

Online monitoringstegnologie het beduidend verbeter. Vir 750kV-transformateurs met PD-vlakke wat bo grense uitskuif maar nie krities hoog is nie, is versterkte online monitoring 'n redelike benadering. Behalwe PD, moet parameters soos temperatuur, kern- en klamp-aardingstroom, en oliechromatografie ook gemonitor word om die gesondheid van die transformator omvattend te beoordeel.

VII. Konklusie en uitkyk

• Konklusie: Bestaande standaarde gee onvoldoende definisies vir PD-inset- en uitdovingspannings, wat hul nuttigheid om veldtoetse te lei beperk. Die isolasienivo van die Lanzhou Oos 750kV-transformator is relatief laag, wat sy PD-toets feitlik 'n "kwasi-standhou" toets maak. Die 12 veld-PD-toetse op die Fase A-transformator het waarskynlik sekere akkumuleerde isolasiestres veroorsaak. Toekomstige 750kV-transformators behoort 'n isolasienivo van ten minste 900kV te hê.

• Uitkyk: Navorsing en beplanning vir China se 1000kV AC ultra-hoëspanningsowerdra is voltooi, en demonstrasieprojekte word gebou. Gegewe die nog kleiner isolasie-margin van 1000kV-transformators, behoort navorsing na veldkommissietoetse vroeg begin te word om tegniese ondersteuning vir praktiese toepassings te bied.