750kV ترانسفورماتور چوپانی PD و آزمون تحمل القایی: مطالعه موردی و پیشنهادات

یک. مقدمه

پروژه نمایشی انتقال و زیراستانسیون ۷۵۰kV بین گوانتینگ-لانژو شرق در چین رسمیاً در تاریخ ۲۶ سپتامبر ۲۰۰۵ به بهره‌برداری رسید. این پروژه شامل دو زیراستانسیون - لانژو شرق و گوانتینگ (هر کدام با چهار ترانسفورماتور ۷۵۰kV، سه تا از آنها در عمل به عنوان یک بانک ترانسفورماتور سه فازی عمل می‌کنند و یکی در حالت احتیاط است) - و یک خط انتقال است. ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV استفاده شده در این پروژه به طور مستقل در چین توسعه یافته و ساخته شده‌اند. در طول تست‌های کمیسیونینگ محلی، دستگاه عامل انتشار جزئی (PD) بیش از حد در ترانسفورماتور اصلی فاز A زیراستانسیون لانژو شرق مشاهده شد. در مجموع ۱۲ تست PD قبل و بعد از کمیسیونینگ انجام شد. این مقاله مرجع استانداردها، رویه‌ها، داده‌ها و مسائل مرتبط با تست‌های PD این ترانسفورماتور را تحلیل می‌کند و پیشنهادات عملی مهندسی برای حمایت از تست‌های آینده محلی ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV و ۱۰۰۰kV ارائه می‌دهد.

دو. پارامترهای اساسی ترانسفورماتور

ترانسفورماتور اصلی زیراستانسیون لانژو شرق توسط شرکت Xi’an XD Transformer Co., Ltd. ساخته شده است. پارامترهای کلیدی به شرح زیر هستند:

• مدل: ODFPS-500000/750

• ولتاژ اسمی: HV ۷۵۰kV، MV (با تنظیم‌کننده تپ ±۲.۵٪) kV، LV ۶۳kV

• ظرفیت اسمی: ۵۰۰/۵۰۰/۱۵۰ MVA

• بالاترین ولتاژ عملیاتی: ۸۰۰/۳۶۳/۷۲.۵ kV

• روش خنک‌سازی: گردش اجباری روغن با خنک‌سازی هوایی (OFAF)

• وزن روغن: ۸۴ تن؛ وزن کل: ۲۹۸ تن

• سطح عایق‌بندی پیچه HV: ضربه تمام موج ۱۹۵۰kV، ضربه موج قطع شده ۲۱۰۰kV، تحمل ولتاژ القایی کوتاه مدت ۱۵۵۰kV، تحمل ولتاژ فرکانس تجاری ۸۶۰kV

سه. رویه و استانداردهای تست

(A) رویه تست

بر اساس GB1094.3-2003، رویه تست انتشار جزئی ترانسفورماتور از پنج دوره زمانی A، B، C، D و E تشکیل شده است که ولتاژهای اعمال شده برای هر یک مشخص شده است. ولتاژ پیش‌تنش در دوره C به عنوان ۱.۷ واحد (pu) تعریف شده است که ۱ pu = Um/√3 (Um ولتاژ سیستم ماکسیمم). این مقدار کمی کمتر از Um مشخص شده در GB1094.3-1985 است. برای ترانسفورماتور لانژو شرق، Um = ۸۰۰kV، بنابراین ولتاژ پیش‌تنش باید ۷۸۵kV باشد.

(B) الزامات تحمل ولتاژ

• تحمل ولتاژ القایی کوتاه مدت برای ترانسفورماتور لانژو شرق ۸۶۰kV است. بر اساس "استانداردهای تست کمیسیونینگ برای تجهیزات الکتریکی UHV ۷۵۰kV" شرکت State Grid Corporation of China، ولتاژ تست محلی باید ۸۵٪ از مقدار تست کارخانه باشد، یعنی ۷۳۱kV که کمتر از ولتاژ پیش‌تنش مورد نیاز ۱.۷ pu (۷۸۵kV) است.

• برای حل تضاد بین ولتاژ پیش‌تنش و تحمل ولتاژ کمیسیونینگ، استانداردهای مربوطه بیان می‌کنند که اگر ولتاژ پیش‌تنش بیش از ۸۵٪ تحمل ولتاژ کارخانه باشد، ولتاژ پیش‌تنش واقعی باید توسط کاربر و تولیدکننده توافق شود. "مشخصات فنی ترانسفورماتورهای اصلی ۷۵۰kV" به صراحت مشخص می‌کند که ولتاژ پیش‌تنش تست PD محلی برابر با ۸۵٪ تحمل ولتاژ کارخانه است. بنابراین، ولتاژ پیش‌تنش برای تست PD محلی ترانسفورماتور لانژو شرق به ۷۳۱kV تنظیم شد. اندازه‌گیری PD و تست تحمل ترکیب شدند، با مرحله تست تحمل به عنوان مرحله پیش‌تنش تست PD عمل می‌کرد.

(C) معیارهای پذیرش انتشار جزئی

در ولتاژ تست ۱.۵ pu، سطح انتشار جزئی ترانسفورماتور باید کمتر از ۵۰۰ pC باشد.

چهار. فرآیند تست

از ۹ اوت ۲۰۰۵ تا ۲۶ آوریل ۲۰۰۶، مجموعاً ۱۲ تست PD بر روی ترانسفورماتور اصلی فاز A زیراستانسیون لانژو شرق انجام شد. اطلاعات کلیدی تست به شرح زیر خلاصه شده است:

در کل، سطح PD پیچش فاز A ترانسفورماتور اصلی قبل از راه‌اندازی بین ۶۰۰ تا ۹۱۰ پیکوکولوم متغیر بود که معیار قبولی ۵۰۰ پیکوکولوم را تجاوز می‌کرد. با این حال، پس از تست دوباره در ۲۶ آوریل ۲۰۰۶، پس از راه‌اندازی، سطح PD به ۲۸۰ پیکوکولوم کاهش یافت و نیازمندی را برآورده کرد.

V. تحلیل تست

(A) ولتاژ شروع (PDIV) و ولتاژ خاتمه (PDEV) گسیل جزئی

• مسائل تعریف: GB7354-2003 و DL417-1991 تعاریف غیردقیقی از PDIV و PDEV ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، "مقدار مشخص" در تعریف به طور واضح تعریف نشده است—هرچند که ۵۰۰ پیکوکولوم معمولاً فرض می‌شود، اما این منجر به ناسازگاری‌های قابل توجهی در کاربرد عملی می‌شود. علاوه بر این، نویز زمینه در تست‌های محلی اغلب به ده‌ها تا صدها پیکوکولوم می‌رسد که شناسایی شروع واضح گسیل را دشوار می‌کند.

• مشاهدات موردی: در ۱۲ تست گسیل جزئی انجام شده روی ترانسفورماتور فاز A لانژو شرقی، سطح PD به تدریج با ولتاژ افزایش یافت بدون اینکه پرش واضحی وجود داشته باشد (تغییر بیشینه حدود ۲۰۰ پیکوکولوم)، که تعیین واضح PDIV را غیرممکن می‌کند. در برخی تست‌ها، گسیل جزئی قابل اندازه‌گیری در ولتاژهای پایین موجود بود که تعیین کاهش PDIV را دشوار می‌کند. علاوه بر این، آخرین استاندارد ملی GB1094.3-2003 از PDIV یا PDEV ذکری نمی‌کند که منجر به تفسیر و تعیین نامتجانسی می‌شود.

(B) محل‌یابی گسیل

• محدودیت‌های روش‌های معمول: روش محل‌یابی گسیل جزئی با استفاده از امواج فراصوت که به طور گسترده استفاده می‌شود، زمان تأخیر امواج فراصوت تولید شده توسط گسیل‌ها را که به حسگرهای دیوار ظرف می‌رسند، تشخیص می‌دهد. با این حال، این روش با چالش‌هایی مواجه است مانند فناوری نابالغ، نیاز به انرژی گسیل کافی (در محدوده حساسیت حسگر) و محل‌یابی نادرست به دلیل بازتاب‌ها و شکست‌های چندگانه امواج فراصوت از پیچش‌های داخلی.

• نتایج موردی: در طی تست‌های قبل از راه‌اندازی، تجهیزات محل‌یابی گسیل فقط تخمین خشنی از محل گسیل ارائه داد. سیستم نظارت کنترل‌کننده قادر به شناسایی تغییرات گسیل جزئی با ولتاژ نبود که مفید بودن نتایج را محدود کرد. سیستم‌های نظارت آنلاین نصب شده بعداً همچنین در تست ۲۶ آوریل ۲۰۰۶ تغییرات مربوطه را شناسایی نکردند. بنابراین، نتایج محل‌یابی فراصوت باید با احتیاط در نظر گرفته شوند وقتی سطح گسیل کم است.

(C) شدت گسیل

اگرچه استاندارد محدوده ۵۰۰ پیکوکولوم در ۱.۵ pu را مشخص می‌کند، در عمل، تفاوت قابل توجهی بین ۵۰۰ پیکوکولوم و ۷۰۰ پیکوکولوم وجود ندارد—آنها به یک مرتبه میزان تعلق دارند. علاوه بر این، وقتی گسیل جزئی کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم است، معمولاً ردیابی گسیل قابل مشاهده‌ای در داخل ترانسفورماتور وجود ندارد و بازرسی‌های محلی نفتی نادر است که ناهماهنگی‌هایی را آشکار کنند. بازگرداندن یک ترانسفورماتور ۷۵۰kV (بزرگ و سنگین) به کارخانه برای تعمیر مخاطرات بالایی دارد.

VI. پیشنهادات

(A) افزایش سطح عایق‌بندی

ولتاژ تحمل القایی ترانسفورماتور لانژو شرقی نسبتاً کم است. با توجه به تاریخچه کوتاه و تجربه محدود در ساخت ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV داخلی و ضرورت تست‌های گسیل جزئی محلی، پیشنهاد می‌شود که ترانسفورماتورهای اصلی ۷۵۰kV آینده ولتاژ تحمل القایی حداقل ۹۰۰kV داشته باشند.

(B) آزادسازی معیارهای تست گسیل جزئی محلی

در خارج از کشور، تست‌های گسیل جزئی فقط در کارخانه انجام می‌شوند و در محل تکرار نمی‌شوند. در چین، اما، تست گسیل جزئی محلی یک مورد الزامی راه‌اندازی است. پیشنهاد می‌شود که معیار قبولی برای تست‌های گسیل جزئی محلی ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV به کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم آزاد شود، به دلایل زیر:

• ترانسفورماتورهای با سطح گسیل جزئی بین ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ پیکوکولوم معمولاً گسیل جزئی کاهش یافته را پس از یک دوره نگهداری یا عملیات (به عنوان مثال، ترانسفورماتور فاز A لانژو شرقی) نشان می‌دهند.

• وقتی گسیل جزئی کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم است، معمولاً ردیابی گسیل قابل مشاهده‌ای یافت نمی‌شود، بازرسی‌های محلی نادر است که ناهماهنگی‌ها را آشکار کنند و بازگشت به کارخانه مخاطرات بالایی دارد.

• تست‌های گسیل جزئی محلی برای ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV و ۱۰۰۰kV به طور مؤثر "تست‌های تحمل نیمه‌پایدار" هستند:

• محدوده ولتاژ کوچک: برای ترانسفورماتور لانژو شرقی، ولتاژ تست گسیل جزئی در ۱.۵ pu (۶۹۳kV، عدم قطعیت اندازه‌گیری ±۳٪: ۶۷۲–۷۱۴kV) بسیار نزدیک به ولتاژ تحمل راه‌اندازی ۷۳۱kV است که تنها ۲.۴٪ محدوده باقی می‌ماند. حتی اگر ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV آینده ولتاژ تحمل القایی به ۹۰۰kV افزایش یابد، تست راه‌اندازی در ۷۶۵kV همچنان محدوده محدودی را باقی می‌گذارد. به طور مشابه، برای ترانسفورماتورهای ۱۰۰۰kV، ولتاژ تست گسیل جزئی (۱.۴ pu = ۸۸۹kV) بسیار نزدیک به سطح تحمل ۹۳۵kV است.

• مدت زمان طولانی: در حالی که مدت تحمل استاندارد فقط حدود ۵۶ ثانیه (در فرکانس تست ۱۰۸Hz) است، تست گسیل جزئی کامل ۱.۵ pu را تا ۶۵ دقیقه اعمال می‌کند. تست‌های مکرر ممکن است آسیب تجمعی به عایق‌بندی ایجاد کند که عمر ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

• در موارد کمی، تست‌های مکرر محلی گسیل جزئی بیش از حد را به سطح قابل قبول کاهش می‌دهند؛ بلکه سطح گسیل جزئی ممکن است افزایش یابد (به عنوان مثال، ترانسفورماتور فاز A لانژو شرقی: ۷۰۰ پیکوکولوم در ۱۰ اوت ۲۰۰۵، به ۹۱۰ پیکوکولوم در ۲۳ سپتامبر افزایش یافت).

(C) تعریف مجدد ولتاژ شروع و خاتمه گسیل جزئی

استانداردهای موجود تعاریف واضحی برای PDIV و PDEV ندارند که می‌تواند تفسیر تست را موجب اشتباه کند (همان‌طور که در مورد لانژو شرقی دیده شد). پیشنهاد می‌شود این اصطلاحات با معیارهای عددی صریح تعریف مجدد شوند و راهنمایی‌هایی برای مواردی که PDIV و PDEV به طور واضح قابل مشاهده نیستند شامل شود.

(D) تقویت تحقیقات در روش‌های عملی محلی

• جمع الگوهای واقعی PD ترانسفورماتور: بیشتر الگوهای معمول PD در ادبیات از شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی است که با رفتار واقعی ترانسفورماتور متفاوت است. نمودارهای توضیحی برای هدایت کار فیلد کافی نیستند. ضروری است که الگوهای واقعی PD جمع‌آوری شده و تحلیل شوند و به منظور تحلیل کیفی و محل‌یابی در دستورالعمل‌های مرجع تنظیم شوند.

• پیشرفت تحقیقات ضد تداخل: تداخل خارجی چالش اصلی در آزمون‌های PD محلی است. سیستم‌های اندازه‌گیری فعلی نمی‌توانند بین تخلیه‌های واقعی و تداخل تمایز قائل شوند و به تجربه عملگر بسیار متکی هستند. نیاز به تحقیقات بیشتری در زمینه منابع تداخل و روش‌های سرکوب وجود دارد.

(E) نیاز به مجوز برای کارکنان آزمون

اندازه‌گیری PD پیچیده‌ترین و غیرقابل پیش‌بینی‌ترین آزمون بالینی ولتاژ بالا در محل است. با این حال، خطاهای تشخیصی معمول هستند. کارکنان باید آموزش نظامی در مبانی اصولی، پیوستن تجهیزات، تطابق قطعات، حذف تداخل و محل‌یابی PD ببینند و قبل از اجازه انجام آزمون‌ها مجوز بگیرند.

(F) کالیبراسیون منظم دستگاه‌های آزمون

GB7354-2003 به طور واضح بیان می‌کند که دستگاه‌های اندازه‌گیری PD حداقل دو بار در سال یا بعد از تعمیرات اصلی کالیبره شوند. در عمل، این امر اغلب به طور دقیق دنبال نمی‌شود و برخی دستگاه‌ها برای سال‌ها بدون کالیبراسیون استفاده می‌شوند—خطاهایی به اندازه ده‌ها برابر ثبت شده است. توصیه می‌شود که کالیبراسیون به طور صارم بر اساس استانداردهای ملی اجرا شود تا دقت اندازه‌گیری تضمین شود.

(G) استفاده از نظارت آنلاین وقتی لازم است

فناوری نظارت آنلاین به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است. برای ترانسفورماتورهای 750kV با سطح PD بالاتر از حد مجاز اما نه بحرانی، نظارت آنلاین تقویت شده رویکرد مناسبی است. علاوه بر PD، پارامترهایی مانند دما، جریان زمینی هسته و دستگیره و کروماتوگرافی روغن باید تحت نظارت قرار گیرند تا وضعیت سلامتی ترانسفورماتور به طور جامع ارزیابی شود.

VII. نتیجه‌گیری و چشم‌انداز

• نتیجه‌گیری: استانداردهای موجود تعریف‌های ناکافی برای ولتاژ شروع و پایان PD ارائه می‌دهند که محدودیت‌هایی در هدایت آزمون‌های محلی دارند. سطح عایق ترانسفورماتور 750kV شرق لنگژو نسبتاً پایین است که آزمون PD آن عملاً یک آزمون "شبه تحمل" است. 12 آزمون PD محلی روی ترانسفورماتور فاز A ممکن است تنش تجمعی عایقی ایجاد کند. ترانسفورماتورهای 750kV آینده باید دارای سطح عایق حداقل 900kV باشند.

• چشم‌انداز: تحقیقات و برنامه‌ریزی برای انتقال ولتاژ بسیار بالای 1000kV AC در چین به پایان رسیده و پروژه‌های نمونه در حال ساخت هستند. با توجه به حاشیه عایقی حتی کوچکتر ترانسفورماتورهای 1000kV، تحقیقات در زمینه آزمون‌های کمیسیونینگ محلی باید از زود همانند شروع شود تا پشتیبانی فنی برای کاربردهای عملی ارائه شود.