آزمون PD و تحمل القایی ترانسفورماتور ۷۵۰kV در محل: مطالعه موردی و پیشنهادات

۱. مقدمه

پروژه نمایشی انتقال و زیرстанسیون ۷۵۰kV بین گوانتینگ-لانژو شرق در چین رسمیاً در تاریخ ۲۶ سپتامبر ۲۰۰۵ به کار گرفته شد. این پروژه شامل دو زیرستانسیون - لانژو شرق و گوانتینگ (هر یک با چهار ترانسفورماتور ۷۵۰kV، که سه تای آنها در حالت عملیاتی یک بانک ترانسفورماتور سه فاز را تشکیل می‌دهند و یکی در حالت آماده به کار) - و یک خط انتقال است. ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV استفاده شده در این پروژه مستقل توسعه یافته و در چین تولید شده‌اند. در طول تست‌های کمیسیونینگ محلی، رها شدن جزئی (PD) بیش از حد در ترانسفورماتور اصلی فاز A در زیرستانسیون لانژو شرق مشاهده شد. مجموعاً 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 محلی آینده ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV و ۱۰۰۰kV ارائه می‌دهد.

۲. پارامترهای اصلی ترانسفورماتور

ترانسفورماتور اصلی زیرستانسیون لانژو شرق توسط شرکت Xi’an XD Transformer Co., Ltd. ساخته شده است. پارامترهای کلیدی عبارتند از:

• مدل: ODFPS-500000/750

• ولتاژ اسمی: HV ۷۵۰kV، MV (با تنظیم دهنده چینی ±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 هوا (OFAF)

• وزن روغن: ۸۴ تن؛ وزن کل: ۲۹۸ تن

• سطح عایق بندی سیم پیچ HV: ضربه کامل موج ۱۹۵۰kV، ضربه موج قطع شده ۲۱۰۰kV، تحمل ولتاژ القایی کوتاه مدت ۱۵۵۰kV، تحمل ولتاژ متناوب ۸۶۰kV

۳. رویه و استانداردهای تست

(الف) رویه تست

بر اساس GB1094.3-2003، رویه تست رها شدن جزئی (PD) ترانسفورماتورها شامل پنج دوره زمانی - A، B، C، D و E - با ولتاژهای اعمال شده 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 ماکزیمم). 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.

(ب) الزامات تحمل ولتاژ

• تحمل ولتاژ القایی کوتاه مدت برای ترانسفورماتور لانژو شرق ۸۶۰kV است. بر اساس "استانداردهای تست کمیسیونینگ تجهیزات الکتریکی UHV ۷۵۰kV" شرکت برق ملی چین، 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" صراحتاً 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 شد، با فاز تست تحمل به عنوان مرحله پیش‌تنش تست PD عمل می‌کرد.

(ج) معیارهای پذیرش رها شدن جزئی

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

۴. فرآیند تست

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

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

پنجم. تحلیل آزمون

(الف) ولتاژ شروع (PDIV) و ولتاژ خاتمه (PDEV) دیسشارژ جزئی

• مسائل تعریف: استانداردهای GB7354-2003 و DL417-1991 تعاریف دقیقی از PDIV و PDEV ارائه نمی‌دهند. به عنوان مثال، "مقدار مشخص" در تعریف به طور واضح تعریف نشده است - اگرچه معمولاً ۵۰۰ پیکوکولوم در نظر گرفته می‌شود، اما این منجر به ناسازگاری‌های قابل توجهی در کاربرد عملی می‌شود. علاوه بر این، نویز زمینه در آزمون‌های محلی معمولاً به ده‌ها تا صدها پیکوکولوم می‌رسد که تشخیص واضح شروع دیسشارژ را دشوار می‌کند.

• مشاهدات موردی: در ۱۲ آزمون PD انجام شده روی ترانسفورماتور فاز A لانژو شرقی، سطح PD به تدریج با افزایش ولتاژ افزایش یافت بدون اینکه پرش متمایزی وجود داشته باشد (تغییر بیشترین مرحله حدود ۲۰۰ پیکوکولوم)، که تعیین واضح PDIV را غیرممکن می‌کند. در برخی از آزمون‌ها، PD 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 نام برده نمی‌شود که منجر به تفسیر و تعیین ناسازگاری بین کارشناسان می‌شود.

(ب) محل‌یابی دیسشارژ

• محدودیت‌های روش‌های معمول: روش محل‌یابی دیسشارژ با امواج فوق صوتی که به طور گسترده استفاده می‌شود، تفاوت زمانی امواج فوق صوتی تولید شده توسط دیسشارژ‌ها را که به حسگرهای موجود در دیوار ظرف می‌رسند، تشخیص می‌دهد. با این حال، این روش با چالش‌هایی مواجه است مانند فناوری نابالغ، نیاز به انرژی دیسشارژ کافی (در محدوده حساسیت حسگر) و محل‌یابی نادرست به دلیل انعکاس‌ها و شکست‌های چندگانه امواج فوق صوتی از پیچش‌های داخلی.

• نتایج موردی: در طول آزمون‌های قبل از راه‌اندازی، تجهیزات محل‌یابی PD تنها تخمین خشنی از محل دیسشارژ ارائه می‌داد. سیستم نظارتی کنترل‌کننده نتوانست تغییرات PD با ولتاژ را تشخیص دهد که محدودیت‌هایی را در کاربرد نتایج ایجاد می‌کند. همچنین، سیستم‌های نظارت آنلاین نصب شده بعداً نیز در آزمون ۲۶ آوریل ۲۰۰۶ تغییرات مربوطه را تشخیص ندادند. بنابراین، نتایج محل‌یابی امواج فوق صوتی باید با احتیاط در نظر گرفته شوند وقتی سطح PD پایین است.

(ج) شدت دیسشارژ

هرچند 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 کمیتی تعلق دارند. علاوه بر این، وقتی PD کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم است، معمولاً ردیاب دیسشارژ قابل مشاهده‌ای در داخل ترانسفورماتور وجود ندارد و بازرسی‌های محلی نفت به ندرت ناهماهنگی‌ها را نشان می‌دهند. بازگرداندن یک ترانسفورماتور ۷۵۰kV (بزرگ و سنگین) به کارخانه برای تعمیر مخاطرات بالایی دارد.

ششم. پیشنهادات

(الف) افزایش سطح عایق

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

(ب) آزادسازی معیارهای آزمون PD محلی راه‌اندازی

خارج از کشور، آزمون‌های PD فقط در کارخانه به صورت دقیق انجام می‌شوند و در محل تکرار نمی‌شوند. در چین، اما آزمون PD محلی یک مورد الزامی راه‌اندازی است. پیشنهاد می‌شود معیار قبولی آزمون‌های PD محلی ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV به کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم آزاد شود به دلایل زیر:

• ترانسفورماتورهایی با سطح PD بین ۵۰۰-۱۰۰۰ پیکوکولوم معمولاً پس از مدتی ذخیره یا عملیات PD کمتری نشان می‌دهند (به عنوان مثال، ترانسفورماتور فاز A لانژو شرقی).

• وقتی PD کمتر از ۱۰۰۰ پیکوکولوم است، معمولاً ردیاب دیسشارژ قابل مشاهده‌ای یافت نمی‌شود، بازرسی‌های محلی به ندرت ناهماهنگی‌ها را تشخیص می‌دهند و بازگرداندن به کارخانه مخاطرات بالایی دارد.

• آزمون‌های PD محلی برای ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV و ۱۰۰۰kV به طور موثر "آزمون‌های تحمل نیمه‌واضح" هستند:

• حاشیه ولتاژ کوچک: برای ترانسفورماتور لانژو شرقی، ولتاژ آزمون PD در ۱.۵ pu (۶۹۳kV، عدم قطعیت اندازه‌گیری ±۳٪: ۶۷۲–۷۱۴kV) بسیار نزدیک به ولتاژ تحمل راه‌اندازی ۷۳۱kV است که تنها حاشیه ۲.۴٪ باقی می‌ماند. حتی اگر ترانسفورماتورهای ۷۵۰kV آینده ولتاژ تحمل القایی خود را به ۹۰۰kV افزایش دهند، آزمون راه‌اندازی در ۷۶۵kV حاشیه محدودی را باقی می‌گذارد. به همین ترتیب، برای ترانسفورماتورهای ۱۰۰۰kV، ولتاژ آزمون PD (۱.۴ pu = ۸۸۹kV) بسیار نزدیک به سطح تحمل ۹۳۵kV است.

• مدت طولانی: در حالی که مدت تحمل استاندارد فقط حدود ۵۶ ثانیه (در فرکانس آزمون ۱۰۸Hz) است، آزمون PD کامل ۱.۵ pu را تا ۶۵ دقیقه اعمال می‌کند. آزمون‌های مکرر می‌تواند به تلفیق آسیب عایقی منجر شود و عمر ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار دهد.

• مواردی که آزمون‌های مکرر محلی PD بیش از حد را به سطح قابل قبول کاهش می‌دهند کمی هستند؛ بلکه سطح PD 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).

(ج) بازتعریف ولتاژ‌های شروع و خاتمه دیسشارژ جزئی

استانداردهای موجود تعاریف واضحی برای PDIV و PDEV ارائه نمی‌دهند که می‌تواند تفسیر آزمون را میسر کند (همانطور که در مورد لانژو شرقی دیده شد). پیشنهاد می‌شود این اصطلاحات با معیارهای عددی صریح بازتعریف شوند و راهنمایی برای مواردی که PDIV و PDEV به وضوح قابل مشاهده نیستند ارائه شود.

(د) تقویت تحقیقات در تکنیک‌های 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. جمع‌آوری و تحلیل الگوهای واقعی PD و تدوین آنها به دستورالعمل‌های مرجع برای تحلیل کیفی و محل‌یابی ضروری است.

• پیشرفت تحقیقات ضد تداخل: تداخل خارجی چالش عمده‌ای در تست 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 بیشتر در مورد منابع تداخل و روش‌های کاهش آن وجود دارد.

(E) نیاز به مجوز برای پرسنل آزمایش

اندازه‌گیری PD پیچیده‌ترین و غیرقابل پیش‌بینی‌ترین تست بالقوه روتین در میدان است. با این حال، خطاهای تشخیصی معمول هستند. پرسنل باید آموزش نظاممند در مبانی اصلی، بسته‌بندی تجهیزات، تطابق قطعات، حذف تداخل و محل‌یابی PD ببینند و قبل از اجازه انجام آزمون‌ها باید مجوز دریافت کنند.

(F) کالیبراسیون منظم دستگاه‌های آزمایش

GB7354-2003 به طور واضح بیان می‌کند که دستگاه‌های اندازه‌گیری PD حداقل دو بار در سال یا پس از تعمیرات اصلی باید کالیبره شوند. در عمل، این مورد اغلب به طور دقیق دنبال نمی‌شود و بعضی از دستگاه‌ها بدون کالیبراسیون برای سال‌ها استفاده می‌شوند—خطاهای به اندازه ده برابر ثبت شده است. اجرای دقیق کالیبراسیون بر اساس استانداردهای ملی برای اطمینان از دقت اندازه‌گیری توصیه می‌شود.

(G) استفاده از نظارت آنلاین وقتی لازم است

فناوری نظارت آنلاین به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است. برای ترانسفورماتورهای 750kV با سطح PD بیش از حد مجاز اما نه بحرانی، نظارت آنلاین تقویت شده رویکرد مناسبی است. علاوه بر PD، پارامترهایی مانند دمای، جریان زمین کرن و کلیم، و کروماتوگرافی روغن باید نظارت شوند تا وضعیت سلامت ترانسفورماتور به صورت جامع ارزیابی شود.

فصل هفتم: نتیجه‌گیری و پیش‌بینی

• نتیجه‌گیری: استانداردهای موجود تعریف‌های ناکافی برای ولتاژهای آغاز و پایان PD ارائه می‌دهند که مفیدیت آنها در هدایت آزمون‌های میدانی محدود می‌شود. سطح عایق ترانسفورماتور 750kV شرق لانژو نسبتاً کم است که آزمون PD آن به نوعی "آزمون تحمل نیمه" است. ۱۲ آزمون PD محلی روی ترانسفورماتور فاز A ممکن است تنش‌های تجمعی عایق ایجاد کرده باشد. ترانسفورماتورهای 750kV آینده باید حداقل سطح عایق 900kV داشته باشند.

• پیش‌بینی: تحقیقات و برنامه‌ریزی برای انتقال بالقوه AC 1000kV فراوان در چین انجام شده و پروژه‌های نمونه در حال ساخت هستند. با توجه به حاشیه عایق حتی کمتر ترانسفورماتورهای 1000kV، تحقیقات درباره آزمون‌های کمیسیونینگ میدانی باید زودهنگام آغاز شود تا پشتیبانی فنی برای کاربردهای عملی ارائه شود.