اختبار التحمل المحفز وفحص التشوه الجزئي للمحول 750 كيلوفولت على الموقع: دراسة حالة وتوصيات
I. المقدمة
تم تشغيل مشروع خط نقل وتوزيع الكهرباء بجهد 750 كيلوفولت بين غوانتينغ ولانزو الشرقية في الصين رسميًا في 26 سبتمبر 2005. يتضمن هذا المشروع محطتين تحويليتين - لانزو الشرقية وغوانتينغ (كل منهما مزودة بأربعة محولات بجهد 750 كيلوفولت، ثلاثة منها تعمل كبنك ثلاثي الأطوار، واحد على أهبة الاستعداد) - وخط نقل واحد. تم تطوير وتصنيع المحولات ذات الجهد 750 كيلوفولت المستخدمة في المشروع بشكل مستقل في الصين. أثناء الاختبارات الأولية للموقع، تم اكتشاف تفريغ جزئي (PD) زائد في المحول الرئيسي للطور A في محطة لانزو الشرقية. تم إجراء إجمالي 12 اختبارًا لـ PD قبل وبعد التشغيل. يحلل هذا البحث المعايير المرجعية والإجراءات والبيانات والقضايا المتعلقة باختبارات PD لهذا المحول، ويقدم توصيات عملية هندسية لدعم الاختبارات المستقبلية للمحولات ذات الجهد 750 كيلوفولت و1000 كيلوفولت.
II. المعلمات الأساسية للمحول
تم تصنيع المحول الرئيسي في محطة لانزو الشرقية بواسطة شركة Xi’an XD Transformer Co., Ltd. المعلمات الرئيسية هي كالتالي:
النوع: ODFPS-500000/750
الجهد المعين: عالي الجهد 750 كيلوفولت، متوسط الجهد (مع جهاز تغيير التوتر ±2.5%) كيلوفولت، منخفض الجهد 63 كيلوفولت
القدرة المعينة: 500/500/150 ميجا فولت أمبير
أقصى جهد تشغيلي: 800/363/72.5 كيلوفولت
طريقة التبريد: تدوير الزيت القسري بالتبريد الهوائي (OFAF)
وزن الزيت: 84 طن؛ الوزن الإجمالي: 298 طن
مستوى العزل للفة عالية الجهد: الصدمة الكاملة الموجية 1950 كيلوفولت، الصدمة الجزئية المقطوعة 2100 كيلوفولت، الجهد المقاوم المؤقت المنبعث 1550 كيلوفولت، الجهد المقاوم الترددي 860 كيلوفولت
III. إجراءات الاختبار والمعايير
(A) إجراءات الاختبار
وفقًا لـ GB1094.3-2003، تتكون إجراءات اختبار التفريغ الجزئي للمحولات من خمسة فترات زمنية - A، B، C، D، وE - مع جهود محددة لكل منها. يتم تعريف الجهد المسبق خلال الفترة C بمقدار 1.7 وحدة (pu)، حيث 1 pu = Um/√3 (Um هو الجهد الأقصى لنظام الطاقة). هذا القيمة أقل قليلاً من Um المحدد في GB1094.3-1985. بالنسبة للمحول في لانزو الشرقية، Um = 800 كيلوفولت، لذا يجب أن يكون الجهد المسبق 785 كيلوفولت.
(B) متطلبات الجهد المقاوم
الجهد المقاوم المؤقت المنبعث للمحول في لانزو الشرقية هو 860 كيلوفولت. وفقًا لمعايير الشركة الوطنية للشبكة الكهربائية الصينية "معايير الاختبار الأولية للمعدات الكهربائية فائقة الجهد 750 كيلوفولت"، يجب أن يكون جهد الاختبار في الموقع 85% من قيمة الاختبار في المصنع، أي 731 كيلوفولت، وهو أقل من الجهد المسبق المطلوب 1.7 pu (785 كيلوفولت).
لحل التعارض بين الجهد المسبق والجهد المقاوم الأولي، تنص المعايير ذات الصلة أنه إذا كان الجهد المسبق يتجاوز 85% من الجهد المقاوم الأولي في المصنع، يجب الاتفاق على الجهد المسبق الفعلي بين المستخدم والصانع. تحدد "مواصفات التقنية للمحولات الرئيسية بجهد 750 كيلوفولت" صراحة أن جهد الاختبار الأولي لـ PD في الموقع يساوي 85% من الجهد المقاوم الأولي في المصنع. نتيجة لذلك، تم ضبط الجهد المسبق لاختبار PD في الموقع للمحول في لانزو الشرقية عند 731 كيلوفولت. تم دمج قياس PD واختبار الجهد المقاوم، حيث يعتبر مرحلة اختبار الجهد المقاوم كمرحلة مسبقة لاختبار PD.
(C) معايير القبول للتفرغ الجزئي
تحت جهد اختبار 1.5 pu، يجب أن يكون مستوى التفريغ الجزئي للمحول أقل من 500 بيكيوكولوم.
IV. عملية الاختبار
من 9 أغسطس 2005 إلى 26 أبريل 2006، تم إجراء إجمالي 12 اختبارًا لـ PD على المحول الرئيسي للطور A في محطة لانزو الشرقية. يتم تلخيص المعلومات الرئيسية حول الاختبار أدناه:
Test No. |
Date |
Withstand Test? |
PD Level |
Remarks |
1 |
2005-08-09 |
Yes |
HV: 180pC, MV: 600–700pC |
Pre-commissioning; MV slightly exceeds limit |
2 |
2005-08-10 |
No |
700pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
3 |
2005-08-10 |
No |
700pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
4 |
2005-08-12 |
Yes |
688pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
5 |
2005-08-12 |
No |
600pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
6 |
2005-08-15 |
No |
700pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
7 |
2005-08-16 |
No |
700pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
8 |
2005-08-17 |
No |
700pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
9 |
2005-08-21 |
No |
500pC (power frequency, 1.05pu, 48h) |
Pre-commissioning; included 48h no-load test |
10 |
2005-08-24 |
No |
667pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning |
11 |
2005-09-23 |
Yes |
910pC (>100kV, at 1.5pu) |
Pre-commissioning; PD level slightly increased |
12 |
2006-04-26 |
Yes |
280pC (>100kV, at 1.5pu) |
Post-commissioning; MV PD level reduced to acceptable range |
بشكل عام، كان مستوى التفريغ الجزئي لللفائف المتوسطة للمرحلة أ من المحول الرئيسي قبل التشغيل يتراوح بين 600 و910 بيكيوكولوم، مما يتجاوز معيار القبول البالغ 500 بيكيوكولوم. ومع ذلك، بعد إعادة الاختبار في 26 أبريل 2006، انخفض مستوى التفريغ الجزئي إلى 280 بيكيوكولوم، مما يتوافق مع المتطلبات.
الفصل الخامس: تحليل الاختبار
(أ) جهد بدء التفريغ الجزئي (PDIV) وجهد إخماد التفريغ الجزئي (PDEV)
قضايا التعريف: يقدم GB7354-2003 وDL417-1991 تعريفات غير دقيقة لـ PDIV و PDEV. على سبيل المثال، القيمة "المحددة" في التعريف ليست محددة بوضوح - رغم أن 500 بيكيوكولوم هو الافتراض الشائع، إلا أنه يؤدي إلى اختلافات كبيرة في التطبيق العملي. بالإضافة إلى ذلك، غالباً ما يصل الضجيج الخلفي أثناء الاختبارات على الموقع إلى عشرات أو مئات البيكيوكولوم، مما يجعل من الصعب تحديد بداية واضحة للتفريغ.
ملاحظات الحالة: في 12 اختبار تفريغ جزئي تم إجراؤها على محول المرحلة أ في شرق لانتشو، ارتفع مستوى التفريغ الجزئي تدريجياً مع الجهد دون وجود قفزة واضحة (تغير خطوة الأقصى حوالي 200 بيكيوكولوم)، مما يجعل من المستحيل تحديد PDIV الواضح. في بعض الاختبارات، كان التفريغ الجزئي قابلاً للقياس عند الجهود المنخفضة، مما يجعل من الصعب تقدير ما إذا كان PDIV قد انخفض. علاوة على ذلك، لا يذكر المعيار الوطني الأخير GB1094.3-2003 PDIV أو PDEV، مما يؤدي إلى تفسير وتقرير غير متسق بين الممارسين.
(ب) تحديد موقع التفريغ
قيود الأساليب الشائعة: تتضمن الطريقة الشائعة لتحديد موقع التفريغ الجزئي باستخدام الأمواج فوق الصوتية الكشف عن فرق الوقت للأمواج فوق الصوتية الناتجة عن التفريغ التي تصل إلى المستشعرات على جدار الخزان. ومع ذلك، تواجه هذه الطريقة تحديات مثل التقنية غير الناضجة، والاحتياج إلى طاقة تفريغ كافية (ضمن نطاق حساسية المستشعر)، وعدم الدقة في تحديد المواقع بسبب الانعكاسات والتقويسات المتعددة للأمواج فوق الصوتية من داخل اللفائف.
نتائج الحالة: خلال الاختبارات السابقة للتشغيل، قدمت معدات تحديد موقع التفريغ تقديرًا تقريبيًا لموقع التفريغ. فشلت نظام مراقبة غرفة التحكم في اكتشاف تغيرات التفريغ الجزئي مع الجهد، مما يحد من فائدة النتائج. كما فشلت الأنظمة المراقبة عبر الإنترنت المثبتة لاحقاً في اكتشاف التغييرات ذات الصلة أثناء الاختبار في 26 أبريل 2006. لذلك، يجب التعامل بحذر مع نتائج تحديد المواقع بالأمواج فوق الصوتية عندما يكون مستوى التفريغ الجزئي منخفضاً.
(ج) شدة التفريغ
على الرغم من أن المعيار يحدد حدًا بـ 500 بيكيوكولوم عند 1.5 pu، فإن هناك في الواقع لا يوجد فرق كبير بين 500 بيكيوكولوم و700 بيكيوكولوم - فهي تنتمي إلى نفس الرتبة العددية. علاوة على ذلك، عندما يكون التفريغ الجزئي أقل من 1000 بيكيوكولوم، عادة ما لا يوجد أثر مرئي للتفريغ داخل المحول، ونادراً ما تكشف عمليات التفتيش على النفط في الموقع عن أي شذوذ. إعادة محول 750 كيلوفولت (كبير وثقيل) إلى المصنع لإصلاحه يحمل مخاطر عالية.
الفصل السادس: التوصيات
(أ) زيادة مستوى العزل
إن الجهد المقاوم المعزز للمحول في شرق لانتشو منخفض نسبياً. بالنظر إلى التاريخ القصير والخبرة المحدودة في تصنيع المحولات المحلية بـ 750 كيلوفولت، وكذلك الحاجة إلى اختبارات التفريغ الجزئي على الموقع، يُنصح بأن يكون الجهد المقاوم المعزز للمحولات الرئيسية المستقبلية بـ 750 كيلوفولت لا يقل عن 900 كيلوفولت.
(ب) تخفيف معايير اختبار التفريغ الجزئي أثناء التشغيل على الموقع
في الخارج، يتم تنفيذ اختبارات التفريغ الجزئي بشكل صارم فقط في المصنع ولا يتم تكرارها على الموقع. في الصين، ومع ذلك، يعتبر اختبار التفريغ الجزئي على الموقع بنداً إلزامياً للتشغيل. يُنصح بتخفيف معيار القبول لاختبارات التفريغ الجزئي على الموقع للمحولات بـ 750 كيلوفولت إلى أقل من 1000 بيكيوكولوم، وذلك للأسباب التالية:
غالباً ما يظهر المحولات ذات مستويات تفريغ جزئي بين 500-1000 بيكيوكولوم تقلصاً في التفريغ الجزئي بعد فترة من التخزين أو التشغيل (مثل محول المرحلة أ في شرق لانتشو).
عندما يكون التفريغ الجزئي أقل من 1000 بيكيوكولوم، عادة ما لا يتم العثور على أثار مرئية للتفريغ، ونادراً ما تكشف عمليات التفتيش على الموقع عن مشكلات، وإعادة المحول إلى المصنع تحمل مخاطر عالية.
تعتبر اختبارات التفريغ الجزئي على الموقع للمحولات بـ 750 كيلوفولت و1000 كيلوفولت اختبارات "شبه مقاومة":
هامش الجهد الصغير: بالنسبة للمحول في شرق لانتشو، فإن جهد اختبار التفريغ الجزئي عند 1.5 pu (693 كيلوفولت، ±3٪ عدم اليقين في القياس: 672-714 كيلوفولت) قريب جداً من الجهد المقاوم للتشغيل البالغ 731 كيلوفولت، مما يترك هامشاً بنسبة 2.4٪ فقط. حتى لو تم رفع الجهد المقاوم المعزز للمحولات المستقبلية بـ 750 كيلوفولت إلى 900 كيلوفولت، فإن اختبار التشغيل عند 765 كيلوفولت لا يزال يترك هامشاً محدوداً. وبالمثل، بالنسبة للمحولات بـ 1000 كيلوفولت، فإن جهد اختبار التفريغ الجزئي (1.4 pu = 889 كيلوفولت) قريب جداً من مستوى المقاومة البالغ 935 كيلوفولت.
المدة الطويلة: بينما تكون مدة المقاومة المعيارية حوالي 56 ثانية (عند تردد الاختبار 108 هرتز)، فإن الاختبار الكامل للتفريغ الجزئي يستخدم 1.5 pu لمدة تصل إلى 65 دقيقة. يمكن أن يؤدي الاختبار المتكرر إلى تلف تراكمي في العزل، مما يؤثر على عمر المحول.
هناك حالات قليلة حيث تقلص التفريغ الجزئي الزائد إلى مستويات مقبولة من خلال الاختبارات المتكررة على الموقع، بل قد يزيد مستوى التفريغ الجزئي (مثل محول المرحلة أ في شرق لانتشو: 700 بيكيوكولوم في 10 أغسطس 2005، ارتفع إلى 910 بيكيوكولوم بحلول 23 سبتمبر).
(ج) إعادة تعريف جهد بدء وإخماد التفريغ الجزئي
يعاني المعايير الحالية من عدم وجود تعريفات واضحة لـ PDIV و PDEV، مما يمكن أن يؤدي إلى سوء تفسير الاختبار (كما هو الحال في حالة شرق لانتشو). يُنصح بإعادة تعريف هذه المصطلحات مع معايير رقمية واضحة وإدراج توجيهات للحالات التي لا يمكن فيها رصد PDIV و PDEV بوضوح.
(د) تعزيز البحث حول التقنيات العملية على الموقع
جمع أنماط PD الحقيقية للمحولات: معظم الأنماط النموذجية لـ PD في الأدبيات هي من المحاكاة المختبرية، والتي تختلف عن سلوك المحولات الحقيقية. الرسوم التوضيحية غير كافية لتوجيه العمل الميداني. من الضروري جمع وتحليل أنماط PD الحقيقية وتجميعها في دليل مرجعي لإجراء التحليل النوعي والتخصيص.
تطوير بحوث مقاومة التداخل: التداخل الخارجي هو تحدي رئيسي في اختبارات PD على الأرض. أنظمة القياس الحالية لا تستطيع التمييز بين الانبعاثات الحقيقية والتداخل، معتمدة بشكل كبير على خبرة المشغل. يحتاج المزيد من البحث حول مصادر التداخل وطرق القضاء عليها.
(E) يتطلب شهادة للموظفين الذين يقومون بالاختبارات
قياس PD هو الأكثر تعقيدًا وغموضًا من بين الاختبارات الروتينية ذات الجهد العالي على الأرض. ومع ذلك، فإن الأخطاء في الحكم شائعة. يجب أن يخضع الموظفون للتدريب المنظم في المبادئ الأساسية، وربط الأجهزة، ومطابقة المكونات، وإزالة التداخل، وتخصيص PD، ويجب الحصول على الشهادة قبل السماح لهم بإجراء الاختبارات.
(F) المعايرة الدورية لأجهزة الاختبار
يوضح GB7354-2003 أنه يجب معايرة أجهزة قياس PD على الأقل مرتين في السنة أو بعد الإصلاحات الكبرى. في الواقع، غالباً ما لا يتم اتباع هذا بدقة، حيث يتم استخدام بعض الأجهزة لسنوات دون معايرة - وقد تم تسجيل أخطاء تصل إلى عشرات المرات. يُنصح بتطبيق المعايرة بدقة وفقًا للمعايير الوطنية للتأكد من دقة القياس.
(G) استخدام المراقبة عبر الإنترنت عند الحاجة
قد تحسنت تقنية المراقبة عبر الإنترنت بشكل كبير. بالنسبة للمحولات ذات الجهد 750kV التي تتجاوز مستويات PD الحدود ولكن ليست عالية بشكل حرج، يعد تعزيز المراقبة عبر الإنترنت نهجًا معقولًا. بالإضافة إلى PD، يجب مراقبة معلمات مثل درجة الحرارة، وتيار الأرض للقلب والمشبك، ورواسب النفط الكروماتوغرافية لتقييم صحة المحول بشكل شامل.
الخاتمة والآفاق
الخاتمة: المعايير الحالية توفر تعريفات غير كافية لجهد بداية وإنهاء PD، مما يحد من فعاليتها في توجيه الاختبارات الميدانية. مستوى العزل للمحول 750kV في الشرق اللانزو هو منخفض نسبيًا، مما يجعل اختبار PD له بمثابة "اختبار شبه تحمل". من المرجح أن أدى الاختبارات الميدانية الـ 12 على محول الطور A إلى بعض التوتر التراكمي للعزل. يجب أن يكون مستوى العزل للمحولات المستقبلية 750kV على الأقل 900kV.
الآفاق: تم إكمال البحث والتخطيط لنظام نقل الجهد الفائق 1000kV AC في الصين، وجاري تنفيذ المشاريع التوضيحية. نظرًا للهامش الأصغر للعزل في المحولات 1000kV، يجب بدء البحث في الاختبارات الأولية الميدانية مبكرًا لتوفير الدعم الفني للتطبيقات العملية.
