750kV Transformer On-Site PD ug Induced Withstand Test: Case Study ug Recommendations

I. Paghiliusa

Ang proyekto sa pagpahibalo ug substation nga Guanting–Lanzhou East 750kV sa Tsina gibutang sa operasyon sa opisyal sa Setyembre 26, 2005. Kini nga proyekto naglakip og duha ka substation—Lanzhou East ug Guanting (bawat usa naglangkob og apat ka 750kV transformers, tatlo niini ang gisagol isip usa ka three-phase transformer bank, ug usa sa standby)—ug usa ka transmission line. Ang 750kV transformers nga gigamit sa proyekto gisabtan ug gihimo sa Tsina. Durante sa on-site commissioning tests, nahitabo ang excessive partial discharge (PD) sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Total nga 12 PD tests ang gibuhat bago ug human sa commissioning. Kini nga papel nag-analisa sa reference standards, procedures, data, ug mga isyu nga may kalabutan sa PD tests sa kini nga transformer, ug naghatag og praktikal nga engineering recommendations aron suportahan ang future on-site testing sa 750kV ug 1000kV transformers.

II. Basic Transformer Parameters

Ang main transformer sa Lanzhou East Substation gihimo ni Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ang key parameters mao kini:

• Model: ODFPS-500000/750

• Rated Voltage: HV 750kV, MV (with ±2.5% tap changer) kV, LV 63kV

• Rated Capacity: 500/500/150 MVA

• Maximum Operating Voltage: 800/363/72.5 kV

• Cooling Method: Forced oil circulation with air cooling (OFAF)

• Oil Weight: 84 tons; Total Weight: 298 tons

• HV Winding Insulation Level: Full-wave impulse 1950kV, chopped-wave impulse 2100kV, short-time induced withstand voltage 1550kV, power frequency withstand voltage 860kV

III. Test Procedure and Standards

(A) Test Procedure

Sumala sa GB1094.3-2003, ang partial discharge test procedure para sa transformers naglakip og lima ka time periods—A, B, C, D, ug E—uban sa naka-specify nga applied voltages para sa matag uno. Ang pre-stress voltage sa C period gidefine isip 1.7 per unit (pu), diin 1 pu = Um/√3 (Um ang maximum system voltage). Kini nga value gamay lang kaayo sa Um nga naka-specify sa GB1094.3-1985. Para sa Lanzhou East transformer, Um = 800kV, kaya ang pre-stress voltage dapat 785kV.

(B) Withstand Voltage Requirements

• Ang short-time induced withstand voltage para sa Lanzhou East transformer mao ang 860kV. Sumala sa State Grid Corporation of China's "Commissioning Test Standards for 750kV UHV Electrical Equipment," ang on-site test voltage dapat 85% sa factory test value, i.e., 731kV, kini mas gamay sa required pre-stress voltage sa 1.7 pu (785kV).

• Arong mapasabot ang conflict tali sa pre-stress voltage ug commissioning withstand voltage, ang relevant standards maghatag og pahayag nga kon ang pre-stress voltage mas taas sa 85% sa factory withstand voltage, ang actual pre-stress voltage dapat ipagbulag ni user ug manufacturer. Ang "Technical Specification for 750kV Main Transformers" eksplisito nga nagspesify nga ang on-site PD test pre-stress voltage sama sa 85% sa factory withstand voltage. Taliwala kini, ang pre-stress voltage sa on-site PD test sa Lanzhou East transformer giset sa 731kV. Ang PD measurement ug withstand test gisagol, diin ang withstand test phase gisagol isip pre-stress stage sa PD test.

(C) Acceptance Criteria for Partial Discharge

Sa test voltage sa 1.5 pu, ang partial discharge level sa transformer dapat mas gamay sa 500 pC.

IV. Test Process

Gikan sa Agosto 9, 2005, hangtod Abril 26, 2006, total nga 12 PD tests ang gibuhat sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Ang key test information gisumaryahan sa ubos:

Sa tanang kahon, ang PD level sa MV winding sa Phase A main transformer bago i-commission ranged gikan sa 600 hangtod sa 910 pC, nga nagsabot nga gitawag sa 500 pC acceptance criterion. Subalit, human sa retesting niadtong Abril 26, 2006, human sa commissioning, ang PD level mubaba ngadto sa 280 pC, nga naghunahuna sa requirement.

V. Test Analysis

(A) Partial Discharge Inception Voltage (PDIV) and Extinction Voltage (PDEV)

• Definition Issues: Ang GB7354-2003 ug DL417-1991 naghatag og dili precise na definition sa PDIV ug PDEV. Tumong, ang "specified value" sa definition wala mas maayong gi-define—subalit ang 500pC kasagaran gipresumpyon, kini nagdulot og significant inconsistencies sa practical application. Daghan pa, ang background noise sa on-site tests kasagaran mobaba gikan sa tens hangtod sa hundreds of picocoulombs, nagpadali sa pag-identify sa clear onset sa discharge.

• Case Observations: Sa 12 PD tests nga gihimo sa Lanzhou East Phase A transformer, ang PD level gradual increase sa voltage, walay distinct jump (maximum step change ~200pC), kini wala mahimong mahatagan og clear PDIV. Sa uban pang tests, measurable PD naa na sa low voltages, nagpadali sa pag-assess kon ang PDIV mobaba. Gila, ang latest national standard GB1094.3-2003 wala mosulti sa PDIV o PDEV, nagresulta sa inconsistent interpretation ug determination sa mga practitioner.

(B) Discharge Localization

• Limitations of Common Methods: Ang widely used ultrasonic PD localization method detect ang time difference sa ultrasonic waves generated sa discharges arriving sa sensors sa tank wall. Subalit, kini nga method adunay challenges sama sa immature technology, requirement sa sufficiently large discharge energy (within sensor sensitivity range), ug inaccurate localization tungod sa multiple reflections ug refractions sa ultrasonic waves gikan sa inner windings.

• Case Results: Sa pre-commissioning tests, ang PD localization equipment naghatag og rough estimate sa discharge location. Ang control room monitoring system wala makadetect sa PD variations sa voltage, limiting ang usefulness sa results. Ang later-installed online monitoring systems wala makadetect sa relevant changes sa Abril 26, 2006 test. Kini, ang ultrasonic localization results dapat hatagan og caution kon ang PD levels kaayo gamay.

(C) Severity of Discharge

Subalit ang standard specifies a 500pC limit sa 1.5 pu, sa practice, wala gyud significant difference tali 500pC ug 700pC—kini belong sa same order of magnitude. Mas daghan pa, kon ang PD below 1000pC, wala gyud visible discharge trace sa loob sa transformer, ug on-site oil drainage inspections kasagaran wala makakita sa abnormalities. Returning a 750kV transformer (large ug heavy) sa factory aron isuli carries high risks.

VI. Recommendations

(A) Increase Insulation Level

Ang induced withstand voltage sa Lanzhou East transformer relatively low. Considering ang short history ug limited experience sa domestic 750kV transformer manufacturing, sama sa necessity sa on-site PD tests, recommended nga ang future 750kV main transformers adunay induced withstand voltage nga dili less than 900kV.

(B) Relax On-Site Commissioning PD Test Criteria

Sa overseas, ang PD tests strictly performed lang sa factory, dili repeated on-site. Sa China, pero, ang on-site PD testing mandatory commissioning item. Recommended nga relax ang acceptance criterion sa on-site PD tests sa 750kV transformers to less than 1000pC, tungod sa sumala reasons:

• Transformers sa PD levels tali 500–1000pC kasagaran show reduced PD human sa retesting human sa period of storage o operation (e.g., Lanzhou East Phase A transformer).

• Kon ang PD below 1000pC, wala gyud visible discharge traces typically found, on-site inspections kasagaran wala makakita issues, ug factory return poses high risks.

• On-site PD tests sa 750kV ug 1000kV transformers effectively "quasi-withstand tests":

• Small voltage margin: Sa Lanzhou East transformer, ang PD test voltage sa 1.5 pu (693kV, ±3% measurement uncertainty: 672–714kV) very close sa commissioning withstand voltage sa 731kV, leaving only 2.4% margin. Kon ang future 750kV transformers adunay induced withstand voltage raised to 900kV, ang commissioning test sa 765kV still leaves limited margin. Similarly, sa 1000kV transformers, ang PD test voltage (1.4 pu = 889kV) very close sa 935kV withstand level.

• Long duration: While ang standard withstand duration only about 56 seconds (sa 108Hz test frequency), ang full PD test applies 1.5 pu for up to 65 minutes. Repeated testing may cause cumulative insulation damage, affecting transformer lifespan.

• Few cases kon ang repeated on-site tests reduce excessive PD to acceptable levels; instead, ang PD levels may increase (e.g., Lanzhou East Phase A transformer: 700pC sa Agosto 10, 2005, increased to 910pC sa Setyembre 23).

(C) Redefine PD Inception and Extinction Voltages

Existing standards lack clear definitions sa PDIV ug PDEV, kini can mislead test interpretation (as seen in the Lanzhou East case). Recommended nga redefine kini nga terms with explicit numerical criteria ug include guidance para sa cases kon ang PDIV ug PDEV dili clearly observable.

(D) Strengthen Research on Practical On-Site Techniques

• Ipakolekta ang Tunay nga Pattern sa PD sa Transformer: Ang pinaka tipikal nga pattern sa PD gikan sa literatura mao ang gikan sa laboratoryo simulation, nga walay kalabutan sa tunay nga pag-act sa transformer. Ang mga illustrative diagram wala kahimsog sa pag-guide sa field work. Dili mahimong dili ipakolekta ug i-analisa ang tunay nga pattern sa PD ug ikompila isip reference manuals alang sa qualitative analysis ug localization.

• I-advance ang Anti-Interference Research: Ang external interference mao ang major challenge sa on-site PD testing. Ang kasagaran nga measurement systems dili makatubag sa genuine discharges ug interference, depende kaayo sa operator experience. Mas dugay pa ang research sa interference sources ug suppression methods.

(E) Kinahanglan og Certification ang Test Personnel

Ang PD measurement mao ang labing teknikal nga demanding ug unpredictable sa routine on-site high-voltage tests. Pero, ang misjudgments mao ang common. Ang personnel kinahanglan mag-systematic training sa fundamental principles, equipment wiring, component matching, interference elimination, ug PD localization, ug kinahanglan naa gyud silay certification bago sila mahimo mog test.

(F) Regular Calibration sa Test Instruments

Ang GB7354-2003 nagsulti nga ang PD measuring instruments kinahanglan regular calibration at least twice a year o human sa major repairs. Sa praktikal, wala kini gitumanan, uban ang pipila ka instruments gigamit ngadto sa tuig ug wala na calibration—ang errors as high as tens of times narecord. Gi-recommend ang strict enforcement sa calibration basehan sa national standards aron masiguro ang measurement accuracy.

(G) Gamita ang Online Monitoring Kung Kinahanglan

Ang online monitoring technology adunay significant improvement. Para sa 750kV transformers nga ang PD levels adunay exceed limits pero dili critical, ang enhanced online monitoring mao ang reasonable approach. Kasama sa PD, ang parameters sama sa temperature, core ug clamp grounding current, ug oil chromatography kinahanglan monitor aron komprehensibo nga assess ang health sa transformer.

VII. Conclusion ug Outlook

• Conclusion: Ang existing standards naghatag og inadequate definitions para sa PD inception ug extinction voltages, limiting their usefulness sa pag-guide sa on-site tests. Ang insulation level sa Lanzhou East 750kV transformer adunay relatively low, making its PD test essentially a "quasi-withstand" test. Ang 12 on-site PD tests sa Phase A transformer likely caused some cumulative insulation stress. Ang future 750kV transformers kinahanglan naa gyud insulation level at least 900kV.

• Outlook: Ang research ug planning para sa China’s 1000kV AC ultra-high-voltage transmission kompleto na, ug ang demonstration projects ongoing. Given the even smaller insulation margin sa 1000kV transformers, ang research sa on-site commissioning tests kinahanglan ma-initiate early aron matugyan sa technical support sa practical applications.