750kV Transformer On-Site PD at Induced Withstand Test: Kaso ng Pag-aaral at mga Rekomendasyon

I. Pagpapakilala

Ang proyektong Guanting–Lanzhou East 750kV transmission at substation demonstration sa Tsina ay opisyal na ipinatatakbo noong Setyembre 26, 2005. Ang proyektong ito ay kasama ang dalawang substation—Lanzhou East at Guanting (bawat isa ay may apat na 750kV transformers, tatlo sa kanila ay bumubuo ng isang three-phase transformer bank na nasa operasyon, at isa sa paghahanda)—at isang transmission line. Ang 750kV transformers na ginamit sa proyekto ay independiyenteng pinag-isyahan at gawa sa Tsina. Sa panahon ng on-site commissioning tests, natuklasan ang labis na partial discharge (PD) sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Isinasagawa ang kabuuang 12 PD tests bago at pagkatapos ng commissioning. Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng mga pamantayan, proseso, data, at isyu na kaugnay ng PD tests ng transformer na ito, at nagbibigay ng praktikal na mungkahing inhenyeriya upang suportahan ang mga susunod na on-site testing ng 750kV at 1000kV transformers.

II. Pamantayang Transformer Parameters

Ang pangunahing transformer sa Lanzhou East Substation ay gawa ng Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ang mga pangunahing parameter ay sumusunod:

• Modelo: ODFPS-500000/750

• Ratadong Voltaje: HV 750kV, MV (may ±2.5% tap changer) kV, LV 63kV

• Ratadong Kapasidad: 500/500/150 MVA

• Pinakamataas na Operating Voltage: 800/363/72.5 kV

• Paraan ng Paggamot: Pinipilit na oil circulation na may air cooling (OFAF)

• Peso ng Oil: 84 tonelada; Kabuuang Peso: 298 tonelada

• 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 at Pamantayan

(A) Test Procedure

Ayon sa GB1094.3-2003, ang procedure para sa partial discharge test ng transformers ay binubuo ng limang panahon—A, B, C, D, at E—na may tiyak na applied voltages para sa bawat isa. Ang pre-stress voltage sa panahon ng C period ay inilalarawan bilang 1.7 per unit (pu), kung saan 1 pu = Um/√3 (Um ang pinakamataas na system voltage). Ang halagang ito ay bahagyang mas mababa kaysa sa Um na inilalarawan sa GB1094.3-1985. Para sa Lanzhou East transformer, Um = 800kV, kaya ang pre-stress voltage ay dapat na 785kV.

(B) Withstand Voltage Requirements

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

• Upang lutasin ang kontradiksyon sa pagitan ng pre-stress voltage at commissioning withstand voltage, ang mga kaugnay na pamantayan ay nagsasaad na kung ang pre-stress voltage ay lumampas sa 85% ng factory withstand voltage, ang aktwal na pre-stress voltage ay dapat na kasunduan ng user at manufacturer. Ang "Technical Specification for 750kV Main Transformers" ay eksplisitong nagsasaad na ang on-site PD test pre-stress voltage ay katumbas ng 85% ng factory withstand voltage. Bilang resulta, ang pre-stress voltage para sa on-site PD test ng Lanzhou East transformer ay itinalaga sa 731kV. Ang PD measurement at withstand test ay pagsasama-samahin, at ang phase ng withstand test ay maglalakip ng pre-stress stage ng PD test.

(C) Tanggap na Pamantayan para sa Partial Discharge

Sa ilalim ng test voltage ng 1.5 pu, ang lebel ng partial discharge ng transformer ay dapat na mas mababa kaysa sa 500 pC.

IV. Proseso ng Test

Mula Agosto 9, 2005, hanggang Abril 26, 2006, isinasagawa ang kabuuang 12 PD tests sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Ang mahahalagang impormasyon tungkol sa test ay sumusunod:

Sa kabuuan, ang antas ng PD sa MV winding ng Phase A main transformer bago ito i-commission ay nasa pagitan ng 600 at 910 pC, na lumampas sa kriteryong 500 pC. Gayunpaman, pagkatapos ng retesting noong Abril 26, 2006, matapos ang commissioning, bumaba ang antas ng PD hanggang 280 pC, na sumasang-ayon sa pangangailangan.

V. Analisis ng Test

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

• Isyu sa Definisyon: Ang GB7354-2003 at DL417-1991 ay nagbibigay ng hindi malinaw na definisyon para sa PDIV at PDEV. Halimbawa, ang "espesipikong halaga" sa definisyon ay hindi malinaw na inilalarawan—bagama't karaniwang inaanggap na 500pC, ito ay nagdudulot ng mahalagang pagkakaiba-iba sa praktikal na aplikasyon. Bukod dito, ang background noise sa mga on-site test madalas na umabot sa daan-daang picocoulombs, kaya mahirap makilala ang malinaw na simula ng discharge.

• Pagmamasid sa Kaso: Sa 12 PD test na isinagawa sa Lanzhou East Phase A transformer, ang antas ng PD ay unti-unting tumataas kasabay ng voltage, nang walang malinaw na talon (pinakamalaking step change ~200pC), kaya imposible na maitukoy ang malinaw na PDIV. Sa ilang test, mayroon nang masusukat na PD sa mababang voltage, kaya mahirap suriin kung bumaba ang PDIV. Bukod dito, ang pinakabagong pambansang pamantayan na GB1094.3-2003 ay hindi nabanggit ang PDIV o PDEV, kaya nagiging inconsistent ang interpretasyon at pagtukoy sa mga praktisyoner.

(B) Lokalizasyon ng Discharge

• Limitedasyon ng Karaniwang Metodyo: Ang malawak na ginagamit na ultrasonic PD localization method ay nakikita ang time difference ng ultrasonic waves na lumilikha ng discharge na dumating sa mga sensor sa tank wall. Gayunpaman, ang metodyong ito ay may mga hamon tulad ng hindi pa sapat na teknolohiya, kailangan ng sapat na malaking discharge energy (sa loob ng sensitivity range ng sensor), at hindi malinaw na lokalizasyon dahil sa maraming reflections at refractions ng ultrasonic waves mula sa inner windings.

• Resulta ng Kaso: Sa mga pre-commissioning test, ang PD localization equipment ay nagbigay lamang ng kasarinlan na estimate ng lokasyon ng discharge. Ang control room monitoring system ay hindi nakadetect ng pagbabago ng PD sa voltage, kaya limitado ang kasipagan ng resulta. Ang mga later-installed online monitoring systems ay hindi rin nakadetect ng relevant na pagbabago sa test noong Abril 26, 2006. Kaya dapat alamin ang ultrasonic localization resulta nang may pag-iingat kapag ang antas ng PD ay mababa.

(C) Grabe ng Discharge

Bagama't ang pamantayan ay nagtatakda ng 500pC limit sa 1.5 pu, sa praktika, walang malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng 500pC at 700pC—sila ay nasa parehong order of magnitude. Bukod dito, kapag ang PD ay nasa ibaba ng 1000pC, madalas wala namang visible na discharge trace sa loob ng transformer, at ang mga on-site oil drainage inspections ay bihira na makita ang anumang abnormalidad. Ang pagbabalik ng 750kV transformer (malaki at mabigat) sa factory para sa repair ay may mataas na risks.

VI. Mga Rekomendasyon

(A) Tanggin ang Insulation Level

Ang induced withstand voltage ng Lanzhou East transformer ay relatibong mababa. Tinitingnan ang maikling kasaysayan at limitadong karanasan sa domestic 750kV transformer manufacturing, at ang kinakailangang on-site PD tests, inirerekomenda na ang mga susunod na 750kV main transformers ay magkaroon ng induced withstand voltage na hindi bababa sa 900kV.

(B) I-relax ang On-Site Commissioning PD Test Criteria

Sa abroad, ang PD tests ay estrictong ginagawa lamang sa factory, hindi na uulitin on-site. Sa China, gayunpaman, ang on-site PD testing ay isang mandatory commissioning item. Inirerekomenda na irelax ang acceptance criterion para sa on-site PD tests ng 750kV transformers hanggang sa less than 1000pC, dahil sa mga sumusunod na rason:

• Ang mga transformer na may PD levels na 500–1000pC madalas na nagpapakita ng reduced PD pagkatapos ng retesting pagkatapos ng isang panahon ng storage o operasyon (hal. Lanzhou East Phase A transformer).

• Kapag ang PD ay nasa ibaba ng 1000pC, madalas wala namang visible na discharge traces, ang mga on-site inspections ay bihira na makita ang mga isyu, at ang pagbabalik sa factory ay may mataas na risks.

• Ang on-site PD tests para sa 750kV at 1000kV transformers ay effectively "quasi-withstand tests":

• Maliit na voltage margin: Para sa Lanzhou East transformer, ang PD test voltage sa 1.5 pu (693kV, ±3% measurement uncertainty: 672–714kV) ay napakalapit sa commissioning withstand voltage ng 731kV, na nagiiwan lamang ng 2.4% margin. Kahit na ang future 750kV transformers ay may induced withstand voltage na itinaas hanggang 900kV, ang commissioning test sa 765kV ay nagiiwan pa rin ng limitadong margin. Pareho din sa 1000kV transformers, ang PD test voltage (1.4 pu = 889kV) ay napakalapit sa 935kV withstand level.

• Mahabang duration: Habang ang standard withstand duration ay lang ang 56 seconds (sa 108Hz test frequency), ang buong PD test ay nag-apply ng 1.5 pu hanggang sa 65 minutes. Ang repeated testing ay maaaring magdulot ng cumulative insulation damage, na nakakaapekto sa lifespan ng transformer.

• May kaunti lang na mga kaso kung saan ang repeated on-site tests ay nagbabawas ng excessive PD hanggang sa acceptable levels; sa halip, ang PD levels ay maaaring tumaas (hal. Lanzhou East Phase A transformer: 700pC noong Agosto 10, 2005, tumaas hanggang 910pC noong Setyembre 23).

(C) Redefine ang PD Inception at Extinction Voltages

Ang existing standards ay kulang sa malinaw na definisyon para sa PDIV at PDEV, na maaaring maling interpretin ang test (tulad ng narinig sa kaso ng Lanzhou East). Inirerekomenda na iredefine ang mga termino na ito na may explicit na numerical criteria at kasama ang guidance para sa mga kaso kung saan ang PDIV at PDEV ay hindi malinaw na observable.

(D) Palakasin ang Pag-aaral sa Practical On-Site Techniques

• Magkolekta ng Tunay na Pattern ng PD sa Transformer: Ang karamihan sa mga pattern ng PD na nakikita sa literatura ay mula sa mga pag-simulate sa laboratoryo, na iba-iba sa tunay na pag-uugali ng transformer. Ang mga diagramang pampagpapahayag ay hindi sapat upang gabayan ang mga gawain sa field. Mahalaga na makolekta at analisin ang mga pattern ng PD sa totoong mundo at isama sila sa mga manual ng sanggunian para sa pag-aanalisis ng kalidad at pagtukoy ng lokasyon.

• Pagtataguyod ng Pag-aaral Laban sa Interferensiya: Ang panlabas na interferensiya ay isang pangunahing hamon sa on-site PD testing. Ang kasalukuyang mga sistema ng pagsukat ay hindi makakilala ang pagitan ng tunay na pag-discharge at interferensiya, na nagpapahalagahan ng malaking karanasan ng operator. Kailangan pa ng mas maraming pag-aaral tungkol sa mga pinagmulan ng interferensiya at mga pamamaraan ng pag-supresyon.

(E) Kinakailangan ang Sertipikasyon para sa mga Tauhan ng Pagsusuri

Ang pagsukat ng PD ay ang pinaka-teknikal na mahirap at hindi inaasahang bahagi ng mga rutinong on-site high-voltage tests. Gayunpaman, karaniwan ang mga maling paghuhusga. Dapat magkaroon ng sistemang pagsasanay ang mga tauhan sa mga pundamental na prinsipyong, pag-konekta ng mga aparato, pagtugma ng mga komponente, pag-alis ng interferensiya, at pagtukoy ng PD, at kailangan silang makakuha ng sertipikasyon bago sila payagan na gumawa ng mga pagsusuri.

(F) Regular na Kalibrasyon ng mga Instrumento ng Pagsusuri

Ang GB7354-2003 ay malinaw na nagsasaad na ang mga instrumento ng pagsukat ng PD ay dapat ikalibro nang dalawang beses sa taon o pagkatapos ng mga malaking pagrerepair. Sa praktika, ito ay madalas hindi tiyak na sinusunod, na ang ilang mga instrumento ay ginagamit nang maraming taon nang walang kalibrasyon—narecord na ang mga error na may taas ng sampung ulit. Inirerekomenda ang tiyak na pagpapatupad ng kalibrasyon batay sa mga pambansang pamantayan upang matiyak ang katumpakan ng pagsukat.

(G) Gumamit ng Online Monitoring Kapag Kinakailangan

Ang teknolohiya ng online monitoring ay lubhang naimprove. Para sa mga 750kV transformer na may lebel ng PD na lumampas sa limitasyon ngunit hindi kritikal na mataas, ang pagpapahusay ng online monitoring ay isang mapagkakatiwalaang pamamaraan. Bukod sa PD, ang mga parameter tulad ng temperatura, core at clamp grounding current, at oil chromatography ay dapat imonitor upang komprehensibong i-assess ang kalusugan ng transformer.

VII. Pagtatapos at Pananaw

• Pagtatapos: Ang umiiral na mga pamantayan ay nagbibigay ng hindi sapat na definisyon para sa mga inception at extinction voltages ng PD, na naglimita sa kanilang kapaki-pakinabang sa paggabay sa mga on-site tests. Ang lebel ng insulasyon ng 750kV transformer ng Lanzhou East ay relatibong mababa, nagpapagawa ng kanilang test ng PD bilang isang "quasi-withstand" test. Ang 12 na on-site PD tests sa Phase A transformer ay malamang na nagdulot ng ilang cumulative insulation stress. Ang mga susunod na 750kV transformers ay dapat may lebel ng insulasyon ng hindi bababa sa 900kV.

• Pananaw: Ang pag-aaral at pagplano para sa 1000kV AC ultra-high-voltage transmission ng China ay tapos na, at ang mga proyektong demonstrasyon ay nasa proseso ng pagbuo. Dahil sa mas maliit na margin ng insulasyon ng 1000kV transformers, ang pag-aaral sa on-site commissioning tests ay dapat simulan agad upang magbigay ng teknikal na suporta para sa praktikal na aplikasyon.