750кV трансформатор на място PD и индуктирано издръжливостно изпитване: Случай за проучване и препоръки

I. Въведение

Демонстрационният проект за преход и подстанция на 750 кВ между Гуантинг и Източна Ланчоу в Китай беше официално вложен в употреба на 26 септември 2005 г. Този проект включва две подстанции - Източна Ланчоу и Гуантинг (всеки от които е оборудван с четири трансформатора на 750 кВ, три от които образуват банка от фазови трансформатори в действие, с един резервен) - и една преходна линия. Трансформаторите на 750 кВ, използвани в проекта, са самостоятелно разработени и произведени в Китай. По време на пусковите тестове на място, беше открито прекомерно частично излъчване (ЧИ) в главния трансформатор на фаза A в подстанцията Източна Ланчоу. Бяха проведени общо 12 теста за ЧИ преди и след пускането. Тази статия анализира референтните стандарти, процедури, данни и проблеми, свързани с тестовете за ЧИ на този трансформатор, и дава практически инженерни препоръки, за да подкрепи бъдещите пускови тестове на място на трансформатори на 750 кВ и 1000 кВ.

II. Основни параметри на трансформатора

Главният трансформатор в подстанцията Източна Ланчоу е произведена от Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ключовите параметри са следните:

• Модел: ODFPS-500000/750

• Номинално напрежение: ВН 750 кВ, СН (с регулатор на напрежението ±2.5%) кВ, НН 63 кВ

• Номинална мощност: 500/500/150 МВА

• Максимално работно напрежение: 800/363/72.5 кВ

• Метод на охлаждане: Принудително маслоциркулиращо с въздушно охлаждане (OFAF)

• Тегло на маслото: 84 тона; Общо тегло: 298 тона

• Уровък на изолация на обмотката ВН: Пълновълнов удар 1950 кВ, пресечен удар 2100 кВ, краткосрочно индуцирано издръжливо напрежение 1550 кВ, издръжливо напрежение на сетевата честота 860 кВ

III. Процедура и стандарти за тестове

(A) Процедура за тестове

Според GB1094.3-2003, процедурата за тестове на частичното излъчване на трансформаторите се състои от пет периода - А, B, C, D и E, с определени приложени напрежения за всеки. Предварителното стресово напрежение по време на периода C е дефинирано като 1,7 пер. ън. (pu), където 1 pu = Um/√3 (Um е максималното системно напрежение). Тази стойност е леко по-ниска от Um, определено в GB1094.3-1985. За трансформатора в Източна Ланчоу, Um = 800 кВ, така че предварителното стресово напрежение трябва да бъде 785 кВ.

(B) Изисквания за издръжливо напрежение

• Краткосрочното индуцирано издръжливо напрежение за трансформатора в Източна Ланчоу е 860 кВ. Според „Стандартите за пускови тестове на ЕХВ електрооборудване на 750 кВ“ на държавната мрежова компания на Китай, полевото тестово напрежение трябва да бъде 85% от заводската тестова стойност, т.е. 731 кВ, което е по-малко от необходимото предварително стресово напрежение от 1,7 pu (785 кВ).

• За решаване на конфликта между предварителното стресово напрежение и пусковото издръжливо напрежение, съответните стандарти посочват, че ако предварителното стресово напрежение надвишава 85% от заводското издръжливо напрежение, действителното предварително стресово напрежение трябва да бъде договорено между потребител и производител. „Техническата спецификация за основни трансформатори на 750 кВ“ явно посочва, че полевото тестово предварително стресово напрежение за ЧИ е равно на 85% от заводското издръжливо напрежение. В резултат, предварителното стресово напрежение за полевите тестове на ЧИ на трансформатора в Източна Ланчоу беше установено на 731 кВ. Измерването на ЧИ и тестът за издръжливост бяха комбинирани, като фазата на теста за издръжливост служи като предварителен стресов етап на теста за ЧИ.

(C) Критерии за приемане на частичното излъчване

При тестово напрежение от 1,5 pu, нивото на частичното излъчване на трансформатора трябва да бъде по-малко от 500 пК.

IV. Процес на тестове

От 9 август 2005 г. до 26 април 2006 г. бяха проведени общо 12 теста за ЧИ на главния трансформатор на фаза A в подстанцията Източна Ланчоу. Ключовата информация за тестовете е сумирана по-долу:

Общо, нивото на частични разряди (PD) на среднонапреговата обмотка на фаза A на главния трансформатор преди включването се колебаше между 600 и 910 пК, превишавайки критерия за приемане от 500 пК. Обачно, след повторно тестирование на 26 април 2006 г., след включването, нивото на PD спадна до 280 пК, отговарящо на изискванията.

V. Анализ на теста

(A) Напрежението на началото на частичния разряд (PDIV) и напрежението на изчезването на частичния разряд (PDEV)

• Проблеми с дефинициите: GB7354-2003 и DL417-1991 предоставят неясни дефиниции за PDIV и PDEV. Например, "определена стойност" в дефиницията не е ясно определена – макар че често се приема, че е 500пК, това води до значителни несъответствия при практическия приложение. Освен това, фоновият шум по време на местните тестове често достига десетки до стотици пикокулони, което затруднява идентифицирането на ясно начало на разряда.

• Наблюдения върху случая: В 12-те теста за PD, проведени върху трансформатора на Източен Ланчжоу, нивото на PD се увеличаваше постепенно с напрежението, без явен скок (максимална стъпкова промяна ~200пК), което прави невъзможно определянето на ясно PDIV. В някои тестове, измерим PD вече беше наличен при ниски напрежения, което затруднява оценяването дали PDIV е намалял. Освен това, последната национална норма GB1094.3-2003 не споменава PDIV или PDEV, което води до несъответства в интерпретацията и определянето от практикантите.

(B) Локализация на разряда

• Ограничения на общоприетите методи: Широкоизползваната ултразвукова методика за локализация на PD измерва времевата разлика на ултразвуковите вълни, породени от разрядите, достигащи до сензорите на стената на резервоара. Обачно, този метод се сблъсква с проблеми като недоразвита технология, необходимостта от достатъчно голяма енергия на разряда (в рамките на чувствителността на сензорите) и неточна локализация поради многократни отражения и рефракции на ултразвуковите вълни от вътрешните обмотки.

• Резултати от случая: По време на предварителните тестове, оборудването за локализация на PD предостави само приблизителна оценка за мястото на разряда. Системата за наблюдение в контролната зала не успя да детектира вариации в PD с напрежението, ограничавайки полезните резултати. Последователно инсталираните онлайн системи за наблюдение също не успяха да детектират релевантни промени по време на теста на 26 април 2006 г. Следователно, резултатите от ултразвуковата локализация трябва да се интерпретират с осторожност, когато нивата на PD са ниски.

(C) Тежестта на разряда

Въпреки че стандартът определя граница от 500пК при 1.5 pu, в практиката няма значителна разлика между 500пК и 700пК – те принадлежат към еднакъв порядък на големина. Освен това, когато PD е под 1000пК, обикновено няма видими следи от разряд вътре в трансформатора, а местните проверки на масло рядко откриват аномалии. Връщането на 750кВ трансформатор (голям и тежък) в завод за ремонт представлява висок риск.

VI. Предложения

(A) Увеличаване на нивото на изолацията

Индуктивното напрежение на трансформатора на Източен Ланчжоу е относително ниско. С оглед на кратката история и ограничените опити в производството на 750кВ трансформатори в страната, както и необходимостта от местни PD тестове, препоръчително е бъдещите 750кВ главни трансформатори да имат индуктивно напрежение от не по-малко от 900кВ.

(B) Ослабяване на критериите за местни PD тестове при включване

В чужбина, PD тестовете се провеждат строго само в завода, а не се повтарят на място. В Китай, обачно, местните PD тестове са задължителен елемент при включването. Препоръчително е да се ослабят критериите за приемане на местните PD тестове за 750кВ трансформатори до под 1000пК, поради следните причини:

• Трансформатори с нива на PD между 500–1000пК често показват намален PD при повторно тестуване след период на съхранение или експлоатация (например, трансформатор на Източен Ланчжоу, фаза A).

• Когато PD е под 1000пК, обикновено няма видими следи от разряд, местните проверки рядко откриват проблеми, а връщането в завод представлява висок риск.

• Местните PD тестове за 750кВ и 1000кВ трансформатори са по същество "квази-издръжливостни тестове":

• Малък напреженен марж: За трансформатора на Източен Ланчжоу, напрежението на PD теста при 1.5 pu (693кВ, ±3% несигурност на измерването: 672–714кВ) е много близо до напрежението на издръжливост при включване от 731кВ, оставяйки само 2.4% марж. Дори и ако бъдещите 750кВ трансформатори имат индуктивно напрежение, повишен до 900кВ, тестът при включване на 765кВ все още оставя ограничен марж. Подобно, за 1000кВ трансформатори, напрежението на PD теста (1.4 pu = 889кВ) е много близо до 935кВ издръжливост.

• Дълга продължителност: Въпреки че стандартната продължителност на издръжливостта е само около 56 секунди (при 108Hz тестово честота), пълен PD тест прилага 1.5 pu до 65 минути. Повторните тестове могат да причинят кумулативно повредяване на изолацията, влияйки на продължителността на живота на трансформатора.

• Има малко случаи, в които повторните местни тестове намаляват прекомерния PD до приемливи нива; вместо това, нивата на PD могат да се увеличат (например, трансформатор на Източен Ланчжоу, фаза A: 700пК на 10 август 2005 г., увеличено до 910пК до 23 септември).

(C) Преосмисляне на напрежението на началото и изчезването на частичния разряд

Съществуващите стандарти липсват на ясни дефиниции за PDIV и PDEV, което може да въведе в заблуда при интерпретацията на тестовете (както се вижда в случая с Източен Ланчжоу). Препоръчително е да се преосмислят тези термини с експлицитни числови критерии и да се включат насоки за случаи, в които PDIV и PDEV не са ясно наблюдаваеми.

(D) Усиление на изследванията върху практическите местни техники

• Събиране на реални модели на частични разряди (PD) в трансформатори: Повечето типични модели на PD в литературата са от лабораторни симулации, които се различават от реалното поведение на трансформаторите. Илюстративните диаграми не са достатъчни за насочване на полевата работа. Едно е важно да се събират и анализират реални модели на PD и да се компилират в справочници за качествен анализ и локализация.

• Развиване на изследванията по борба с външни помехи: Външните помехи са основна предизвикателство при полевите тестове на PD. Съществуващите системи за измерване не могат да различават между истински разряди и помехи, като много зависят от опита на оператора. Трябва да се проведат допълнителни изследвания върху източниците на помехи и методи за подтискиране.

(E) Изискване за сертификация на персонала, провеждащ тестовете

Измерването на PD е най-технически изискващо и непредвидимо от рутинните полеви високонапрегови тестове. Въпреки това, често се случват грешки. Персоналът трябва да премине през систематично обучение в основни принципи, свързване на оборудване, съвместимост на компонентите, елиминиране на помехи и локализация на PD, и трябва да получи сертификат преди да му се позволи да провежда тестове.

(F) Редовна калибрация на измервателните инструменти

GB7354-2003 ясно посочва, че инструментите за измерване на PD трябва да бъдат калибрирани поне два пъти годишно или след големи ремонти. В практиката, това често не се спазва строго, с някои инструменти, използвани години без калибрация - са записани грешки до десетки пъти. Препоръчително е строго да се спазва калибрацията според националните стандарти, за да се гарантира точността на измерванията.

(G) Използване на онлайн мониторинг, когато е необходимо

Технологията за онлайн мониторинг е значително подобряна. За трансформатори с напрежение 750kV с нива на PD, надхвърлящи границите, но не критично високи, засилени онлайн мониторинг представлява разумен подход. Освен PD, параметри като температура, ток на заземяване на ядрото и клипса, както и хроматография на масло, трябва да бъдат мониторирани, за да се направи комплексна оценка на здравето на трансформатора.

VII. Заключение и перспективи

• Заключение: Съществуващите стандарти предоставят недостатъчни дефиниции за началното и крайното напрежение на PD, ограничавайки полезното им значение за насочване на полевите тестове. Нивото на изолацията на трансформатора 750kV на изток от Ланчоу е относително ниско, правейки теста на PD практически "квази-устойчив" тест. Дванадесетте полеви теста на PD на фазовия А трансформатор вероятно са причинили някакво кумулативно напрежение в изолацията. Бъдещите трансформатори 750kV трябва да имат ниво на изолация от поне 900kV.

• Перспективи: Изследванията и планирането за китайската 1000kV AC ултра-високонапрегова передача са завършени, а демонстрационни проекти са в процес на строителство. Учитывайки дори по-малката маржа на изолацията на трансформаторите 1000kV, изследванията за полеви тестове при влизане в експлоатация трябва да започнат рано, за да предоставят техническа подкрепа за практическото приложение.