750kV transzformátor helyszíni PD és indukált kitartó próbálkozás: esettanulmány és ajánlások

I. Bevezetés

A kínai Guanting–Lanzhou Keleti 750kV áramszállító és alátámasztó bemutatóprojekt hivatalosan működésbe lépett 2005. szeptember 26-án. Ez a projekt két alátámasztót (Lanzhou Keleti és Guanting, mindegyik négy 750kV transzformátorral, amelyek közül három egy háromfázisú transzformátorbankot alkot, az egyik pedig tartalékban van) és egy átviteli vonalt tartalmaz. A projekten használt 750kV transzformátorok Kínában fejlesztették és gyártották. Az üzembe helyezési tesztek során a Lanzhou Keleti alátámasztó A fázisbeli főtranszformátorban túl magas részleges lezárlódás (PD) észlelhető volt. Összesen 12 PD-tesztet végeztek az üzembe helyezés előtt és után. Ez a tanulmány elemzi a PD-tesztekhez kapcsolódó referenciastandardeket, eljárásokat, adatokat és problémákat, valamint praktikus mérnöki ajánlásokat nyújt jövőbeli 750kV és 1000kV transzformátorok helyszíni tesztelése támogatására.

II. Alapvető Transzformátor Paraméterek

A Lanzhou Keleti alátámasztó főtranszformátora a Xi’an XD Transformer Co., Ltd. gyártotta. A kulcsfontosságú paraméterek a következők:

• Modell: ODFPS-500000/750

• Nominalis feszültség: MV 750kV, MV (±2,5% csapágyozóval) kV, LV 63kV

• Nominalis teljesítmény: 500/500/150 MVA

• Maximális működési feszültség: 800/363/72,5 kV

• Hűtési mód: Kényszerített olajcirkuláció levegőhűtésre (OFAF)

• Olaj súlya: 84 tonna; Teljes súly: 298 tonna

• MV tekercs izolációs szintje: Többnyire hullám 1950kV, vágott hullám 2100kV, rövid idejű indukált kitartó feszültség 1550kV, huzamos kitartó feszültség 860kV

III. Tesztelési Eljárás és Szabványok

(A) Tesztelési Eljárás

A GB1094.3-2003 szerint a transzformátorok részleges lezárlódásának tesztelési eljárása öt időszakból áll—A, B, C, D, E—minden időszakra meghatározott alkalmazott feszültséggel. A C időszakban alkalmazott előzetes stresszfeszültség 1,7 per unit (pu), ahol 1 pu = Um/√3 (Um a maximális rendszerfeszültség). Ez az érték kissé alacsonyabb, mint a GB1094.3-1985-ben meghatározott Um. A Lanzhou Keleti transzformátor esetében Um = 800kV, így az előzetes stresszfeszültség 785kV kellene legyen.

(B) Kitartó Feszültség Követelményei

• A Lanzhou Keleti transzformátor rövid idejű indukált kitartó feszültsége 860kV. A Kínai Állami Villamosenergia Szövetség "750kV UHV Elektromos Berendezések Üzembe Helyezési Tesztelési Szabványai" szerint a helyszíni tesztelési feszültségnek 85%-nak kell lennie a gyári tesztértéknél, azaz 731kV, ami kevesebb, mint a 1,7 pu (785kV) előzetes stresszfeszültség.

• Az előzetes stresszfeszültség és az üzembe helyezési kitartó feszültség konfliktusának megoldásához a releváns szabványok szerint, ha az előzetes stresszfeszültség meghaladja a gyári kitartó feszültség 85%-át, az tényleges előzetes stresszfeszültséget a felhasználó és a gyártó között kell megállapodni. A "750kV Főtranszformátorok Technikai Specifikációi" kifejezetten meghatározza, hogy a helyszíni PD-teszt előzetes stresszfeszültsége egyenlő a gyári kitartó feszültség 85%-ával. Így a Lanzhou Keleti transzformátor helyszíni PD-tesztének előzetes stresszfeszültsége 731kV lett beállítva. A PD-mérés és a kitartó teszt kombinált módon történt, a kitartó teszt szakasz a PD-teszt előzetes stressz szakaszaként szolgált.

(C) Részleges Lezárlódás Elfogadási Kritériumai

1,5 pu tesztelési feszültség mellett a transzformátor részleges lezárlódási szintje 500 pC-nél alacsonyabb kell legyen.

IV. Tesztelési Folyamat

2005. augusztus 9-én és 2006. április 26-án között összesen 12 PD-tesztet végeztek a Lanzhou Keleti alátámasztó A fázisbeli főtranszformátorán. A tesztelés kulcsfontosságú információi a következők:

Összességében az A fázis főtranszformátorjának MV tekercsének PD szintje a beavatkozás előtt 600 és 910 pC között mozogott, ami meghaladta a 500 pC elfogadhatósági kritériumot. Azonban a beavatkozást követő újraszemléltetésen, 2006. április 26-án, a PD szint csökkent 280 pC-ra, megfelelve az elvárásoknak.

V. Próbaelemzés

(A) Részleges kibocsátás kezdőfeszültsége (PDIV) és kikapcsoló feszültsége (PDEV)

• Definíciós kérdések: A GB7354-2003 és a DL417-1991 imprecíz definíciókat ad a PDIV és PDEV számára. Például a "meghatározott érték" a definícióban nem egyértelműen van meghatározva - bár gyakran feltételezik 500 pC-t, ez jelentős inkonzisztenciákat okoz a gyakorlati alkalmazásban. Ezenkívül a helyszíni tesztek során a háttérzaj gyakran elérheti a tucatok vagy századok picocoulombját, ami nehézzé teszi a kibocsátás egyértelmű kezdetének azonosítását.

• Esettanulmányok: A Lanzhou Keleti A fázis transzformátoron végzett 12 PD-próbánál a PD-szint fokozatosan nőtt a feszültséggel, anélkül, hogy egyértelmű ugrás történt volna (a legnagyobb lépésváltás körülbelül 200 pC), ami lehetetlenné tette a PDIV egyértelmű meghatározását. Néhány próban már alacsony feszültségnél is mérhető PD volt jelen, ami nehézséget okozott a PDIV-csökkenés értékelésében. Továbbá a legfrissebb nemzeti szabvány, a GB1094.3-2003, nem említi a PDIV-et vagy PDEV-et, ami eltérő értelmezést és döntést eredményez a gyakorlatban.

(B) Kibocsátás helyzetének meghatározása

• Gyakori módszerek korlátai: A széles körben használt ultrahangos PD helyzetmeghatározó módszer a kibocsátásból eredő ultrahang hullámok időeltéréseinek detektálását használja a tartály falán lévő szenzorokhoz érkező hullámok alapján. Azonban ezen módszernél technológiai fejlődés hiánya, elégséges kibocsátási energia (a szenzor érzékenységi tartományon belül) szükségessége, valamint a többszörös visszaverődés és törések miatti pontatlan helyzetmeghatározás jellemző.

• Eseteredmények: A beavatkozás előtti tesztek során a PD helyzetmeghatározó berendezés csak közelítően határozta meg a kibocsátás helyét. A vezérlő szobában lévő monitorozási rendszer nem tudta detektálni a PD változásait a feszültséggel, ami korlátozotta az eredmények hasznosságát. A később telepített online monitorozási rendszerek sem tudták detektálni a releváns változásokat a 2006. április 26-án végzett teszten. Tehát az ultrahangos helyzetmeghatározási eredmények óvatosan kell, hogy legyenek kezelve, amikor a PD szint alacsony.

(C) Kibocsátás súlyossága

Bár a szabvány 500 pC határt állapít meg 1,5 pu-nál, a gyakorlatban nincs jelentős különbség a 500 pC és 700 pC között - ugyanazon nagyságrendbe tartoznak. Továbbá, ha a PD 1000 pC alatt van, általában nincs látható kibocsátási nyom a transzformátoron belül, és a helyszíni olajleválasztó vizsgálatok ritkán mutatnak anomáliát. A 750 kV transzformátor (nagy és nehéz) visszaforgalmazása a gyárhoz javítás céljából magas kockázatot jelent.

VI. Javaslatok

(A) Izolációs szint emelése

A Lanzhou Keleti transzformátor indukált tartsási feszültsége viszonylag alacsony. Figyelembe véve a hazai 750 kV transzformátor-gyártás rövid történelmét és korlátozott tapasztalatait, valamint a helyszíni PD-próbák szükségességét, ajánlott, hogy a jövőbeli 750 kV főtranszformátoroknak legalább 900 kV-os indukált tartsási feszültségük legyen.

(B) Helyszíni beavatkozás PD-próba kritériumának enyhítése

Külföldön a PD-próbát szigorúan csak a gyárban végezik, nem ismétlik helyszínen. Kínában azonban a helyszíni PD-próba kötelező beavatkozási elem. Ajánlott, hogy a 750 kV transzformátorok helyszíni PD-próbájának elfogadhatósági kritériumát enyhítsék 1000 pC alatt, a következők miatt:

• A 500–1000 pC közötti PD-szintű transzformátorok gyakran csökkent PD-t mutatnak a tárolás vagy működés után végzett újraszemléltetésen (pl. Lanzhou Keleti A fázis transzformátor).

• Ha a PD 1000 pC alatt van, általában nincs látható kibocsátási nyom, a helyszíni vizsgálatok ritkán mutatnak problémát, és a gyári visszaforgalmazás magas kockázatot jelent.

• A 750 kV és 1000 kV transzformátorok helyszíni PD-próbái hatáskörben "quasi-tartsási próbák":

• Kis feszültségi margó: A Lanzhou Keleti transzformátor esetén a PD-próba feszültsége 1,5 pu-nál (693 kV, ±3% mérési hiba: 672–714 kV) nagyon közeli a beavatkozás tartsási feszültségéhez, 731 kV, így csak 2,4%-os margó marad. Még ha a jövőbeni 750 kV transzformátorok indukált tartsási feszültsége 900 kV-ra is emelkedne, a 765 kV-os beavatkozási próba továbbra is korlátozott margót hagy. Ugyanígy, a 1000 kV transzformátoroknál a PD-próba feszültsége (1,4 pu = 889 kV) nagyon közeli a 935 kV tartsási szintnek.

• Hosszú időtartam: Habár a szabványos tartsási idő csak körülbelül 56 másodperc (108 Hz-es próbafrekvenciánál), a teljes PD-próba 1,5 pu-t akár 65 percig is alkalmaz. A többszörös tesztelés kumulatív izolációs károsodást okozhat, ami befolyásolja a transzformátor élettartamát.

• Néha a többszörös helyszíni tesztek nem csökkentik a túl magas PD-t elfogadható szintre, hanem növelik (pl. Lanzhou Keleti A fázis transzformátor: 2005. augusztus 10-én 700 pC, 2005. szeptember 23-án 910 pC).

(C) PD kezdő- és kikapcsoló feszültségének újradefiníciója

A meglévő szabványok nem adják meg egyértelműen a PDIV és PDEV definícióját, ami félrevezetheti a tesztek értelmezését (ahogy a Lanzhou Keleti esetben is látható). Ajánlott, hogy ezeket a fogalmakat újra definiáljuk explicit numerikus kritériumokkal, és olyan iránymutatásokat adjunk, amikor a PDIV és PDEV nem egyértelműen megfigyelhető.

(D) Gyakorlati helyszíni technikák kutatásának erősítése

• Valódi transzformátor PD-minták gyűjtése: A legtöbb tipikus PD-minta az irodalomban laboratóriumi szimulációkból származik, amelyek eltérnek a valós transzformátorok viselkedésétől. Az illuszratív diagramok nem elegendőek a területi munka útmutatásához. Lényeges, hogy gyűjtsünk és elemezzük a valós világ PD-mintáit, és egy referenciaújságban osszuk őket fel minőségi elemzés és helymeghatározás céljából.

• Anti-zavaró kutatás fejlesztése: A külső zavaró hatás a helyszíni PD-tesztekben jelentős kihívást jelent. A jelenlegi mérőrendszerek nem tudják megkülönböztetni a valódi kilövődéseket és a zavaró hatásokat, nagy mértékben az operátor tapasztalatától függve. További kutatásra van szükség a zavaró forrásokra és a nyomtatások elnyomására vonatkozó módszerekre.

(E) Tanúsítvány szükséges a tesztelő személyzet számára

A PD-mérés a legtechnikailag kívánatosabb és legharderálisabb rutin helyszíni magfeszültség-teszt. Ugyanakkor a tévedések gyakoriak. A személyzet alapvető elvekre, berendezések behúzására, komponensek párosítására, zavaró hatások kiküszöbölésére, valamint PD-helymeghatározásra vonatkozó rendszeres képzést kell megtennie, és tanúsítványt kell szereznie, mielőtt teszteket végezhetne.

(F) Tesztberendezések rendszeres kalibrálása

A GB7354-2003 egyértelműen kimondja, hogy a PD-mérő eszközöket legalább kétszer évente vagy nagyobb javítás után kell kalibrálni. A gyakorlatban ez gyakran nincs szigorúan betartva, néhány eszköz éveken át használható kalibrálás nélkül - akár tizedekkel ismert hibák vannak naplózva. Javasoljuk, hogy a nemzeti szabványoknak megfelelően szigorúan tartassák be a kalibrálást, hogy biztosítsák a mérés pontosságát.

(G) Online monitorozás szükség szerinti használata

Az online monitorozási technológia jelentősen fejlődött. 750kV transzformátoroknál, ahol a PD-szintek meghaladják a határokat, de nem kritikusan magasak, az erősített online monitorozás egy ésszerű megközelítés. A PD mellett paramétereket, mint például a hőmérséklet, a tömb és csavarkötő talajáram, valamint az olajkromatográfiát is figyelembe kell venni a transzformátor egészség teljes értékeléséhez.

VII. Következtetés és kilátás

• Következtetés: A meglévő szabványok kevés hatáskörrel bírnak a PD-induló és kihalt feszültségek definíciójával, korlátozva a hasznosságukat a helyszíni tesztek irányításában. A Lanzhou Kelet 750kV transzformátor izolációs szintje relatíve alacsony, így a PD-teszte a lényegében egy "quasi-támasztó" teszt. A Fázis A transzformátoron végzett 12 helyszíni PD-teszt valószínűleg bizonyos kumulatív izolációs stresszhez vezetett. A jövőbeli 750kV transzformátoroknak legalább 900kV-ig kellene, hogy az izolációs szintjük legyen.

• Kilátás: A Kína 1000kV AC ultra-magfeszültség-átviteli rendszerének kutatása és tervezése befejeződött, és demonstrációs projektek épülnek. Figyelembe véve a 1000kV transzformátorok még kisebb izolációs margóját, a helyszíni beüzemelési tesztekre vonatkozó kutatásokat korai szakaszban kell megindítani, hogy technikai támogatást nyújtsanak a gyakorlati alkalmazásokhoz.