750kV transformatoorigipaikas PD ja induktiivne kandevõimekatsetus: juhtumianalüüs ja soovitused

I. Sissejuhatus

Guanting–Lanzhou Ida 750kV edastamis- ja alamjaama näitlik projekt Hiinas asetati 26. septembril 2005 ametlikult tööle. Projekti hulka kuuluvad kaks alamjaama – Lanzhou Ida ja Guanting (igaüks varustatud neli 750kV transformatoriga, kolm neist moodustavad töödelda oleva kolmefaasiline transformatoripank, üks on varuks) – ja üks edastusliin. Projektis kasutatud 750kV transformatoreid arendati ja toodeti Hiinas sõltumatult. Paigalduse kommisjonimise testide käigus tuvastati Lanzhou Ida alamjaama fasa A peamises transformatoris ülemäära osaline laeng (PD). Kogu kokku tehti 12 PD testi enne ja pärast kommisjonimist. See artikkel analüüsib sellega seotud viitestandarde, protseduure, andmeid ja probleeme ning pakub praktilisi inseneri soovitusi tulevaste 750kV ja 1000kV transformatorite paigaliku testimiseks.

II. Transformatori põhilineadmed

Lanzhou Ida alamjaama peamine transformator valmistati Xi’an XD Transformer Co., Ltd poolt. Olulised parameetrid on järgmised:

• Mudel: ODFPS-500000/750

• Määratud pingeline: KVH 750kV, KM (+/-2,5% tap-changer) kV, AlV 63kV

• Määratud võimsus: 500/500/150 MVA

• Maksimaalne tööpinge: 800/363/72,5 kV

• Jahutamismeetod: Joonitud õliteenitus õhujahutusega (OFAF)

• Õli kaal: 84 tonni; Kokku kaal: 298 tonni

• KVH vikkla tasand: Täispainevool 1950kV, lõigatud painevool 2100kV, lühiajaline induktiivne vastupidavus 1550kV, võrkpinge vastupidavus 860kV

III. Testprotsess ja standardid

(A) Testprotsess

Vastavalt GB1094.3-2003 koosneb transformatori osalise laengu testimise protsess viiest perioodist – A, B, C, D ja E – igal perioodil määratud rakendatavate pingete korral. Ennetava pingega C perioodil on määratud 1,7 ühikut (pu), kus 1 pu = Um/√3 (Um on maksimaalne süsteemi pinge). See väärtus on vähegi madalam kui GB1094.3-1985 määrab. Lanzhou Ida transformatori puhul on Um = 800kV, seega peaks ennetav pinge olema 785kV.

(B) Vastupidavuspinge nõuded

• Lanzhou Ida transformatori lühiajaline induktiivne vastupidavus on 860kV. Hiina riikliku võrkukorporatsiooni "750kV UHV elektriseadmete kommisjonimistestide standardid" kohaselt peaks paigaliku testpinge olema 85% tehase testväärtusest, st 731kV, mis on väiksem kui nõutav ennetav pinge 1,7 pu (785kV).

• Ennetava pingega ja kommisjonimise vastupidavuspinge konflikti lahendamiseks sätestavad vastavad standardid, et kui ennetav pinge ületab 85% tehase vastupidavuspunget, siis tegelik ennetav pinge peaks jääma kasutaja ja tootja nõusolekule. "750kV peamiste transformatortechnilised spetsifikatsioonid" täpsustavad, et paigaliku PD testi ennetav pinge võrdub 85% tehase vastupidavuspunget. Seetõttu oli Lanzhou Ida transformatori paigaliku PD testi ennetav pinge seatud 731kV. PD mõõtmist ja vastupidavustest kombineeriti, kus vastupidavustest muutus PD testi ennetavaks etapiks.

(C) Osa laengu aktsepteerimiskriteeriumid

Testpinge 1,5 pu korral peab transformatori osaline laeng olema vähem kui 500 pC.

IV. Testiprotsess

9. augustist 2005 kuni 26. aprillini 2006 tehti Lanzhou Ida alamjaama fasa A peamisel transformatoril kokku 12 PD testi. Olulised testiandmed on kokku võetud järgmiselt:

Üldiselt oli MV-kierde PD-tase faasi A peamisel transformatoriga enne käivitamist 600–910 pC vahemikus, mis ületas 500 pC vastuvõtmise kriteeriumi. Kuid uuesti testimisel 26. aprillil 2006, pärast käivitamist, langes PD-tase 280 pC-le, vastavalt nõuetele.

V. Testide analüüs

(A) Osalise laengutuse algusepinge (PDIV) ja lõpetuspinge (PDEV)

• Määratluse probleemid: GB7354-2003 ja DL417-1991 pakuvad ebatäpsed määratlused PDIV-ile ja PDEV-ile. Näiteks "määratud väärtus" definitsioonis ei ole selgelt defineeritud – kuigi tavaliselt eeldatakse 500 pC-d, see viib praktilises rakenduses olulistesse erinevustesse. Lisaks jõuab taustmelu kohapealsetel testidel sageli sadade pikokulombi suurust, mis muudab väljaheitu alguse tuvastamise raskeks.

• Praktika järgi: Lanzhou Idas asuva faasi A transformatoril toimunud 12 PD-testi käigus kasvas PD-tase järk-järgult pingega koos, ilma selge hüppeta (maksimaalne samm ~200 pC), mis tekitas raskeid raskusi PDIV-i kindlaks määramisel. Mõnes testis oli mõõdetav PD juba madalate pingete korral, mis muudetis raskeks hinnata, kas PDIV on langenud. Lisaks ei maini uues riiklikus standardis GB1094.3-2003 PDIV-e ega PDEV-i, mis viib praktikute vahel ebakindlustele interpretatsiooni ja määramise osas.

(B) Laengutuse paigutamine

• Tavaliste meetodite piirangud: Laialdaselt kasutatav ultraheli PD paigutamismeetod tuvastab ultrasounide aegeline erinevus, mis tekivad laengutusest ja jõuavad tanki seinale asuvatesse sensoritesse. See meetod aga silmitses väljakutsete, nagu ebatäielik tehnoloogia, piisavalt suure laengutuse energiaga (sensori tundlikkuse piires) ja ebatäpne paigutamine mitmekordsete ultrasoonide tagasisaatmise ja sirgendumise tõttu sisemistes kierdetes.

• Praktika järgi: Eelkäivitamise testide käigus andis PD paigutamise seade ainult ligikaudse hinnangu laengutuse asukohale. Kontrolliruumi monitoritusüsteem ei suutnud tuvastada PD muutusi pingega, piirides tulemuste kasutusväärsust. Hiljem installitud online jälgimissüsteemid ei suutnud ka 26. aprilli 2006 testi käigus tuvastada vastavaid muutusi. Seetõttu tuleb olla ettevaatlik ultraheli paigutamistulemustega, kui PD tasemed on madalad.

(C) Laengutuse tõsistasus

Kuigi standard näeb ette 500 pC limiidi 1,5 pu korral, on tegelikkuses 500 pC ja 700 pC vahel olulist erinevat. Lisaks, kui PD on allapoole 1000 pC, ei ole tavaliselt nähtavat laengutuse jälgitust transformatoris ning kohapealsete öli järelemõõtmine harva tuvastab ebatavalusi. 750 kV transformatori (suur ja raske) tagastamine töökojale paranduseks kantakse suurt riski.

VI. Soovitused

(A) Paranda eralduskütt

Lanzhou Idas asuva transformatori induktiivne kannatlikkus on suhteliselt madal. Arvestades lühikest ajalugu ja piiratud kogemustest 750 kV transformatorite valmistamisel kodumaal, lisaks kohapealsete PD testide vajalikkuse, soovitatakse, et tulevased 750 kV peamised transformatorid oleksid induktiivselt kannatlikud vähemalt 900 kV-le.

(B) Libasta kohapealsete käivitamiskriteeriumide PD testide

Väljaspool maad PD testide tehakse rangelt ainult töökojas, mitte kohapeal. Hiinas aga on kohapealsete PD testide läbiviimine kohustuslik käivitamiseks. Soovitatakse libastada 750 kV transformatorite kohapealsete PD testide vastuvõtmise kriteeriumit alla 1000 pC, järgmistel põhjustel:

• Transformatorid, mille PD taseme vahemik on 500–1000 pC, näitavad sageli PD vähenemist uuesti testides pärast säilitamise või töötlemise perioodi (nt Lanzhou Idas asuva faasi A transformator).

• Kui PD on allapoole 1000 pC, ei leidu tavaliselt nähtavaid laengutuse jälgitust, kohapealsete inspektorite harva tuvastavad probleeme ja töökoja tagastamine kantakse suurt riski.

• 750 kV ja 1000 kV transformatorite kohapealsete PD testide on tegelikult "kvazi-kannatlikkuse testid":

• Väike pinge marginaal: Lanzhou Idas asuval transformatoril on PD testpinge 1,5 pu korral (693 kV, ±3% mõõtmise ebakindlus: 672–714 kV) väga lähedal käivitamise kannatlikkuse pinge 731 kV-le, jättes vaid 2,4% marginaali. Isegi kui tulevased 750 kV transformatorid saavad induktiivse kannatlikkuse tõstetud 900 kV-ni, jääb 765 kV käivitamise testiga piiratud marginaal. Samuti 1000 kV transformatorite puhul on PD testpinge (1,4 pu = 889 kV) väga lähedal 935 kV kannatlikkuse tasemele.

• Pikk kestus: Kuigi standardne kannatlikkuse kestus on umbes 56 sekundit (108 Hz testfrekventsil), kohaldatakse täielikul PD testil 1,5 pu kuni 65 minutini. Mitmeid testejärgi võivad põhjustada kumulatiivset eraldusküttmu kahju, mõjutades transformatori eluajad.

• On vähe juhte, kus korduvad kohapealsed testid vähendavad ülemaara PD taseme vastuvõetavale tasemele; selle asemel võib PD tase kasvada (nt Lanzhou Idas asuva faasi A transformator: 700 pC 10. augustil 2005, kasvas 910 pC-ni 23. septembrini).

(C) Uuesti defineeri PD algusepinge ja lõpetuspinge

Olemasolevad standardid ei sisalda selgeid määratlusi PDIV-ile ja PDEV-ile, mis võivad eksitada testide interpreteerimist (nagu Lanzhou Idas asuva juhtumi puhul). Soovitatakse need terminid uuesti defineerida selgete numbriliste kriteeriumidega ja sisaldada juhiseid, kui PDIV ja PDEV ei ole selgesti näha.

(D) Tugevdage praktiliste kohapealsete meetodite uurimist

• Koguda tegelikke transformatortestide PD-mustrid: Enamik tavalisi PD-mustreid kirjanduses on labori simulatsioonidest, mis erinevad tegeliku transformaatori käitumisest. Illustreerivad diagrammid ei ole piisavad väljamõõtmistööde juhendamiseks. On oluline koguda ja analüüsida tegelikke PD-mustreid ning konsolideerida need viiteüldistes käsiraamatutes kvalitatiivseks analüüsiks ja paigutamiseks.

• Edasta segasignaalide vastu võitlemise uurimist: Väline segasignaal on suur väljakutse paigal PD-testidele. Praegused mõõtesüsteemid ei saa eristada tõelisi laengutest segasignaalidest, sõltudes suuresti operaatori kogemusest. Vajalik on rohkem uurimist segasignaalide allikate ja vähendamismeetodite osas.

(E) Nõua testpersoneelile sertifikaati

PD-mõõtmine on tehniliselt nõudlikum ja ebatõenäolisem kui tavalised paigal toimuvad kõrgepinge testid. Kuid veaõiged otsused on levinud. Personali peaks alustama süstemaatilist treeningut põhilineeringutest, seadmete ühendamisest, komponentide sobitamisest, segasignaali eliminatsioonist ja PD-paigutamisest ning nad peavad sertifitseerima enne testide läbiviimist.

(F) Regulaarne testimiskella kalibreerimine

GB7354-2003 täpsustab selgelt, et PD-mõõteseadmed tuleb kalibreerida vähemalt kaks korda aastas või suurte remondite järele. Praktikas seda tihti rangeid järgitakse mitte, mõned seadmed kasutatakse aastaid kalibreerimata - on registreeritud kuni kümnendikud kordi suured vead. Soovitatav on järgida riiklike standardite järgi kalibreerimist, et tagada mõõtmiste täpsus.

(G) Kasuta vajaliku korral pidevat jälgimist

Pideva jälgimise tehnoloogia on oluliselt parandanud. 750kV transformaatorite puhul, kus PD tasemed on ületanud limiidi, kuid pole kriitiliselt kõrge, on intensiivne pidev jälgimine mõistlik lähenemine. Lisaks PD-d tuleks jälgida ka temperatuuri, tuuma ja klemmipinna maandusvoolu, ning nafta kromatograafia, et hinnata transformaatori tervist täielikult.

VII. Järeldus ja perspektiiv

• Järeldus: Olemasolevad standardid ei anna piisavat definitsiooni PD alguse ja lõpu pingele, piirides nende kasutust paigal toimuvate testide juhendamisel. Lanzhou Ida 750kV transformaatori isooleerimistaseme on suhteliselt madal, muutes selle PD-testi "kvasi-kandeksploataatsiooniks". Fase A transformaatoril läbitud 12 paigal toimuvat PD-testi võisid põhjustada mingit kumulatiivset isooleerimispinge. Tulevikus peaksid 750kV transformaatorid olema vähemalt 900kV isooleerimistasemega.

• Perspektiiv: Hiina 1000kV AC ülitähepinge edastamise uuringud ja planeerimine on lõpetatud, ja näituspõhimõtteline projekt on ehitamisel. Arvestades 1000kV transformaatorite isoleerimargi veelgi väiksemat marginaali, tuleks alustada vara paigal toimuvate ülevõtutestide uurimist, et anda tehnilist toetust praktiliseks rakendamiseks.