750kV transformatora vietas PD un inducētā izturības tests: kāzu izpēte un ieteikumi

I. Ievads

Ķīnas Guanting–Lanzhou Austrumu 750kV pārvades un pārveidošanas stacijas demonstrējošais projekts tika oficiāli uzsākts 2005. gada 26. septembrī. Šis projekts ietver divas pārveidošanas stacijas—Lanzhou Austrumu un Guanting (katrā no tām ir četri 750kV transformatori, no kuriem trīs veido trīsfazu transformatoru bloku strādā, bet viens ir rezerve)—un vienu pārvades līniju. Projektā izmantotie 750kV transformatori tika neatkarīgi izstrādāti un ražoti Ķīnā. Vietējos komisijas testos Lanzhou Austrumu pārveidošanas stacijas fāzes A galvenajā transformatorā tika konstatēta pārmērīga daļējā izplūde (PD). Pirms un pēc komisijas testiem tika veikti kopā 12 PD testi. Šajā rakstā analizēti atsauces standarti, procedūras, dati un problēmas, kas saistītas ar šī transformatora PD testiem, un piedāvāti praktiski inženierzinātņu ieteikumi, lai atbalstītu nākotnes vietējos 750kV un 1000kV transformatoru testus.

II. Galvenie transformatora parametri

Lanzhou Austrumu pārveidošanas stacijas galvenais transformators tika ražots Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Galvenie parametri ir šādi:

• Modelis: ODFPS-500000/750

• Nominaļā sprieguma: VH 750kV, VM (ar ±2,5% tap mainītāju) kV, ZI 63kV

• Nominaļā jauda: 500/500/150 MVA

• Maksimālais darbības spriegums: 800/363/72,5 kV

• Dzesēšanas metode: Spēka dzesēšana ar piesātinātu eļļas cirkulāciju (OFAF)

• Eļļas svars: 84 tonnas; Kopējais svars: 298 tonnas

• VH vija izolācijas līmenis: Pilnvilnis impulss 1950kV, apgriezts impulss 2100kV, īslaicīgs inducēts noturības spriegums 1550kV, tālumsprieguma noturības spriegums 860kV

III. Testa procedūra un standarti

(A) Testa procedūra

Saskaņā ar GB1094.3-2003, transformatoru daļējās izplūdes testa procedūra sastāv no pieciem laika periodiem—A, B, C, D un E—ar noteiktiem piemērotajiem spriegumiem katram. Perioda C priekšsprieguma vērtība ir definēta kā 1,7 per unit (pu), kur 1 pu = Um/√3 (Um ir maksimālais sistēmas spriegums). Šī vērtība ir nedaudz zemāka nekā GB1094.3-1985 noteiktā Um. Lanzhou Austrumu transformatoram Um = 800kV, tāpēc priekšspriegums jānosaka kā 785kV.

(B) Noturības sprieguma prasības

• Lanzhou Austrumu transformatora īslaicīgais inducēts noturības spriegums ir 860kV. Saskaņā ar Ķīnas Valsts Tīkla korporācijas "750kV UHV elektriskā aprīkojuma komisijas testa standartiem," vietējais testa spriegums jānosaka kā 85% no rūpnīcas testa vērtības, t.i., 731kV, kas ir mazāk nekā nepieciešamais priekšspriegums 1,7 pu (785kV).

• Lai atrisinātu konfliktu starp priekšspriegumu un komisijas noturības spriegumu, atbilstošie standarti norāda, ka, ja priekšspriegums pārsniedz 85% no rūpnīcas noturības sprieguma, faktiskais priekšspriegums jānosaka lietotāja un ražotāja vienošanās. "750kV Galveno transformatoru tehniskajā specifikācijā" tieši norādīts, ka vietējā PD testa priekšspriegums ir vienāds ar 85% no rūpnīcas noturības sprieguma. Tāpēc Lanzhou Austrumu transformatora vietējā PD testa priekšspriegums tika nosakts kā 731kV. PD mērījums un noturības tests tika kombinēti, izmantojot noturības testa fazē kā PD testa priekšsprieguma fazē.

(C) Daļējās izplūdes pieņemšanas kritēriji

Testa sprieguma 1,5 pu apstākļos, transformatora daļējās izplūdes līmenis jābūt mazākam par 500 pC.

IV. Tests process

No 2005. gada 9. augusta līdz 2006. gada 26. aprīlim Lanzhou Austrumu pārveidošanas stacijas fāzes A galvenajam transformatoram tika veikti kopā 12 PD testi. Galvenie testa informācijas punkti ir apkopoti tālāk:

Vispārīgi runājot, pirms iebrukšanas fāzes A galvenā transformatora MV viklē pieaugušās PD līmenis bija starp 600 un 910 pC, pārsniedzot 500 pC pieņemamā kritērija. Tomēr, pēc komisijas darba un atkārtotas pārbaudes 26. aprīlī, 2006, PD līmenis samazinājās līdz 280 pC, atbilstot prasībām.

V. Testa analīze

(A) Daļējas izplūdes uzsākšanas spriegums (PDIV) un iznīcināšanas spriegums (PDEV)

• Definīciju problēmas: GB7354-2003 un DL417-1991 sniedz neprecīzas definīcijas par PDIV un PDEV. Piemēram, definīcijā minētā "noteiktā vērtība" nav skaidri definēta — lai arī bieži tiek pieņemts 500 pC, tas rada zināmas nesaskaņas praktiskajā piemērošanā. Papildus tam, uz vietas veikto testu fona troksnis bieži sasniedz desmitiem vai simtus pikokulonu, padarot grūtu identificēt skaidru izplūdi.

• Gadījuma novērojumi: Lanzhou Austrumu fāzes A transformatora 12 PD testos PD līmenis palielinājās ar sprieguma pieaugumu, bez skaidra sprādziena (maksimālais solis aptuveni 200 pC), kas padara neiespējamu noteikt skaidru PDIV. Dažos testos mērāmas PD jau bija zemākiem spriegumiem, padarot grūtu novērtēt, vai PDIV ir samazinājies. Turklāt jaunākajā valsts standarta GB1094.3-2003 versijā netiek minēts PDIV vai PDEV, radot neatbilstošu interpretāciju un noteikšanu starp speciālistiem.

(B) Izplūdu lokālizācija

• Bieži lietoto metožu ierobežojumi: Platīgi izmantotā ultrasonora PD lokālizācijas metode izmanto laika starpību, ko ultrasonoras viļņi, kas ģenerēti izplūdēm, nonāk sensoros uz tvertnes sienām. Tomēr šai metodai ir daudz problēmu, piemēram, nepilnīga tehnoloģija, nepieciešamība pietiekami lielā izplūdes enerģijai (sensora jūtības diapazonā) un neprecīza lokālizācija dēļ daudzkārtējiem ultrasonora viļņu atstarojumiem un refrakcijām no iekšējiem vikļiem.

• Gadījuma rezultāti: Pirms komisijas darba testos PD lokālizācijas ierīces sniedza tikai aptuvenu izplūdes atrašanās vietu. Kontroles istaba nepanesa izsekot PD maiņai ar spriegumu, ierobežojot rezultātu noderīgumu. Vēlāk instalētās tiešsaistes monitoringa sistēmas arī neuzskaitīja attiecīgus izmaiņus 26. aprīlī, 2006. Tāpēc ultrasonora lokālizācijas rezultātiem jābūt rūpīgiem, kad PD līmenis ir zems.

(C) Izplūdu smagums

Lai arī standarts nosaka 500 pC robežu 1.5 pu, praksē starp 500 pC un 700 pC nav būtiska atšķirība — tie pieder vienā lieluma kārtā. Tāpat, ja PD ir zem 1000 pC, parasti transformatorā nav redzamas izplūdes pēdas, un vietas pārbaudes naftas izliešanā reti atklāj nekorektumus. Atgriešana 750 kV transformatoram (liels un smags) uz rūpnīcu remontēšanai rada lielas riska situācijas.

VI. Ieteikumi

(A) Paaugstināt izolācijas līmeni

Lanzhou Austrumu transformatora inducētais izturības spriegums ir salīdzinoši zems. Ņemot vērā īso vēsturi un ierobežoto pieredzi 750 kV transformatoru ražošanā, kā arī nepieciešamību veikt uz vietas PD testus, ieteicams, ka nākotnes 750 kV galvenie transformatori būtu jāpiešķir inducēts izturības spriegums vismaz 900 kV.

(B) Novilkt uz vietas komisijas darba PD testa kritērijus

Ārvalstu PD testi tiek stingri veikti tikai rūpnīcā, nevis atkārtoti uz vietas. Ķīnā, tomēr, uz vietas PD testi ir obligāts komisijas darba punkts. Ieteicams novilkt pieņemamo kritēriju uz vietas PD testiem 750 kV transformatoriem līdz 1000 pC, tādēļ:

• Transformatoros ar PD līmeni starp 500–1000 pC bieži atkārtotās pārbaudes pēc laika glabāšanas vai darbības parāda samazinātu PD (piemēram, Lanzhou Austrumu fāzes A transformators).

• Ja PD ir zem 1000 pC, parasti nav redzamas izplūdes pēdas, uz vietas inspekcijas reti atklāj problēmas, un rūpnīcas atgriešana rada lielu risku.

• Uz vietas PD testi 750 kV un 1000 kV transformatoriem efektīvi ir "kvazi izturības testi":

• Mazs sprieguma mārs: Lanzhou Austrumu transformatoram PD testa spriegums 1.5 pu (693 kV, ±3% mērījuma nezināmība: 672–714 kV) ir ļoti tuvu komisijas izturības spriegumam 731 kV, atstājot tikai 2.4% māru. Pat ja nākotnes 750 kV transformatoriem tiks paaugstināts inducētais izturības spriegums līdz 900 kV, komisijas testa 765 kV mārs joprojām būs ierobežots. Līdzīgi, 1000 kV transformatoriem PD testa spriegums (1.4 pu = 889 kV) ir ļoti tuvu 935 kV izturības līmenim.

• Ilgstošs laiks: Standarta izturības laiks ir tikai aptuveni 56 sekundes (testa frekvence 108 Hz), bet pilns PD tests piemēro 1.5 pu līdz 65 minūtēm. Atkārtotie testi var rast kumulatīvu izolācijas bojājumu, ietekmējot transformatora ilgumu.

• Ir reti gadījumi, kad atkārtotie uz vietas testi samazina pārmērīgu PD līdz pieņemamam līmenim; gan PD līmenis var palielināties (piemēram, Lanzhou Austrumu fāzes A transformatoram: 700 pC 10. augustā, 2005, palielinājās līdz 910 pC 23. septembrī).

(C) Pārdefinēt PD uzsākšanas un iznīcināšanas spriegumu

Esošie standarti trūkst skaidru definīciju par PDIV un PDEV, kas var vilcināt testa interpretāciju (kā to pierādīja Lanzhou Austrumu gadījums). Ieteicams pārdefinēt šos terminus ar skaidri skaitliskiem kritērijiem un iekļaut norādījumus gadījumos, kad PDIV un PDEV nav skaidri novērojami.

(D) Uzlabot pētījumus par praktiskām uz vietas tehnikām

• Izveidojiet reālas transformatoru PD modelis: Lielākā daļa tipiskajiem PD modeļiem literatūrā ir no laboratorijas simulācijām, kas atšķiras no reālo transformatoru uzvedības. Ilustratīvie diagrammas nav pietiekami, lai vadītu darbus terenē. Ir būtiski izveidot un analizēt reālās situācijas PD modelis un apkopot tos referencē mapes kvalitatīvai analīzei un lokālizācijai.

• Uzlabojiet antiinterferences pētījumus: Ārējā interferences ir galvenais izaicinājums vietas PD testēšanā. Pašreizējie mērījumu sistēmas nevar atšķirt patiesus izplūdes no interferenci, lielā mērā uzticoties operatora pieredzei. Ir nepieciešama vēl vairāk pētījumu par interferences avotiem un apspiešanas metodes.

(E) Prasība par sertifikātu testa personālam

PD mērījumi ir vistehniskākie un neparedzamākie no rutīnajiem vietas augstsprieguma testiem. Tomēr, nepareizi secinājumi ir bieži. Personālam jādodas caur sistēmisku apmācību pamatprincipos, iekārtu pieslēgšanā, komponentu atbilstībā, interferences novēršanā un PD lokālizācijā, un tiem jāiegūst sertifikāts pirms to atļaujas veikt testus.

(F) Regulāra kalibrēšana testa instrumentiem

GB7354-2003 skaidri norāda, ka PD mērījumu instrumenti jākalibrē vismaz divreiz gadā vai pēc lieliem remontiem. Praksē tas bieži netiek stingri ievērots, ar dažiem instrumentiem, kas tiek izmantoti gadiem bez kalibrēšanas—ir reģistrētas kļūdas līdz pat desmitkārt. Ieteikts stingri ievērot kalibrēšanu saskaņā ar nacionālajiem standartiem, lai nodrošinātu mērījumu precizitāti.

(G) Naudiet tiešsaistes monitoringu, ja nepieciešams

Tiešsaistes monitorings tehnoloģija ir būtiski uzlabojusies. 750kV transformatoriem ar PD līmeņiem, kas pārsniedz robežas, bet nav kritiski augsti, pastiprināta tiešsaistes monitorings ir saprātīgs pieejas veids. Kā papildus PD, tāpat jāmonitorē parametri, piemēram, temperatūra, dzirkstošā un klampa nomagnēšanas strāva, un eļļas hromatogrāfija, lai pilnībā novērtētu transformatora veselību.

VII. Secinājumi un perspektīva

• Secinājums: Esošie standarti sniedz nepietiekamu definīciju PD izcelšanās un izmiršanas spriegumiem, ierobežojot to noderīgumu kā vadlīnijas vietas testiem. Lanzhou Austrumu 750kV transformatora izolācijas līmenis ir relatīvi zems, padarot to PD testu par "kvazi izturības" testu. Fāzes A transformatora 12 vietas PD testi droši rada kādu kumulatīvo izolācijas stresu. Nākotnes 750kV transformatori jāizstrādā ar izolācijas līmeni vismaz 900kV.

• Perspektīva: Pētījumi un plānošana Ķīnas 1000kV AC superaugstsprieguma pārvades ir pabeigta, un demonstrācijas projekti tiek izveidoti. Ņemot vērā pat mazāko 1000kV transformatoru izolācijas margināli, pētījumi par vietas komisijas testiem jāsāk agrāk, lai nodrošinātu tehnisko atbalstu praktiskajai lietošanai.