Ujian PD dan Ketahanan Induksi di Tempat untuk Penjana 750kV: Kajian Kes dan Cadangan

I. Pengenalan

Projek demonstrasi penghantaran dan substesen 750kV Guanting–Lanzhou Timur di China telah secara rasmi mula beroperasi pada 26 September 2005. Projek ini merangkumi dua substesen—Lanzhou Timur dan Guanting (setiap satu dilengkapi dengan empat transformator 750kV, tiga daripadanya membentuk bank transformator tiga fasa yang beroperasi, dengan satu dalam keadaan sedia pakai)—dan satu laluan penghantaran. Transformator 750kV yang digunakan dalam projek ini telah dibangunkan dan dihasilkan secara bebas di China. Semasa ujian komisioning di tapak, pelepasan separa (PD) berlebihan telah dikesan pada transformator utama Fasa A di Substesen Lanzhou Timur. Jumlah 12 ujian PD telah dijalankan sebelum dan selepas komisioning. Kertas kerja ini menganalisis standard rujukan, prosedur, data, dan isu-isu berkaitan dengan ujian PD transformator ini, dan memberikan cadangan kejuruteraan praktikal untuk menyokong ujian di tapak masa hadapan bagi transformator 750kV dan 1000kV.

II. Parameter Asas Transformator

Transformator utama di Substesen Lanzhou Timur telah dihasilkan oleh Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Parameter penting adalah seperti berikut:

• Model: ODFPS-500000/750

• Voltan Ditetapkan: HV 750kV, MV (dengan pembolehubah tap ±2.5%) kV, LV 63kV

• Kapasiti Ditetapkan: 500/500/150 MVA

• Voltan Operasi Maksimum: 800/363/72.5 kV

• Kaedah Pembiakan: Sirkulasi minyak terpaksa dengan penyejukan udara (OFAF)

• Berat Minyak: 84 tan; Berat Keseluruhan: 298 tan

• Peringkat Pengecasan Winding HV: Impuls gelombang penuh 1950kV, impuls gelombang dipotong 2100kV, voltan tahan pendek masa 1550kV, voltan tahan frekuensi kuasa 860kV

III. Prosedur Ujian dan Standard

(A) Prosedur Ujian

Mengikut GB1094.3-2003, prosedur ujian pelepasan separa untuk transformator terdiri daripada lima tempoh masa—A, B, C, D, dan E—dengan voltan yang ditetapkan untuk setiap tempoh. Voltan prestres selama tempoh C ditakrifkan sebagai 1.7 per unit (pu), di mana 1 pu = Um/√3 (Um adalah voltan sistem maksimum). Nilai ini sedikit lebih rendah daripada Um yang ditetapkan dalam GB1094.3-1985. Untuk transformator Lanzhou Timur, Um = 800kV, jadi voltan prestres seharusnya ialah 785kV.

(B) Keperluan Voltan Tahan

• Voltan tahan pendek masa untuk transformator Lanzhou Timur adalah 860kV. Mengikut "Standard Ujian Komisioning untuk Peranti Elektrik UHV 750kV" Syarikat Negara Grid China, voltan ujian di tapak seharusnya ialah 85% daripada nilai ujian kilang, iaitu 731kV, yang kurang daripada voltan prestres yang diperlukan 1.7 pu (785kV).

• Untuk menyelesaikan konflik antara voltan prestres dan voltan tahan komisioning, standard yang berkaitan menyatakan bahawa jika voltan prestres melebihi 85% voltan tahan kilang, voltan prestres sebenar seharusnya disetujui oleh pengguna dan pembuat. "Spesifikasi Teknikal untuk Transformator Utama 750kV" secara jelas menetapkan bahawa voltan prestres ujian PD di tapak sama dengan 85% voltan tahan kilang. Oleh itu, voltan prestres untuk ujian PD di tapak transformator Lanzhou Timur ditetapkan pada 731kV. Pengukuran PD dan ujian tahan dikombinasikan, dengan fasa ujian tahan bertindak sebagai fasa prestres ujian PD.

(C) Kriteria Penerimaan untuk Pelepasan Separuh

Di bawah voltan ujian 1.5 pu, tahap pelepasan separa transformator mesti kurang daripada 500 pC.

IV. Proses Ujian

Dari 9 Ogos 2005 hingga 26 April 2006, jumlah 12 ujian PD telah dijalankan pada transformator utama Fasa A di Substesen Lanzhou Timur. Maklumat ujian utama diringkaskan di bawah:

Secara keseluruhan, tahap PD lilitan MV fasa A transformator utama sebelum pemasangan berada antara 600 hingga 910 pC, melebihi kriteria penerimaan 500 pC. Namun, selepas ujian semula pada 26 April 2006, setelah pemasangan, tahap PD menurun kepada 280 pC, memenuhi keperluan.

V. Analisis Ujian

(A) Voltan Penyulitan Pelepasan Parsial (PDIV) dan Voltan Penghentian (PDEV)

• Isu Definisi: GB7354-2003 dan DL417-1991 memberikan definisi yang tidak tepat untuk PDIV dan PDEV. Sebagai contoh, "nilai yang ditetapkan" dalam definisi tidak didefinisikan dengan jelas—meskipun 500pC sering dianggap, ini menyebabkan inkonsistensi yang signifikan dalam aplikasi praktikal. Selain itu, bunyi latar belakang semasa ujian di tapak sering mencapai puluhan hingga ratusan picocoulombs, membuatnya sukar untuk mengenal pasti permulaan pelepasan yang jelas.

• Pemerhatian Kasus: Dalam 12 ujian PD yang dijalankan pada transformator Fasa A Lanzhou Timur, tahap PD meningkat secara beransur-ansur bersamaan dengan voltan, tanpa lonjakan yang jelas (perubahan langkah maksimum ~200pC), menjadikan mustahil untuk menentukan PDIV yang jelas. Dalam beberapa ujian, PD yang boleh diukur sudah hadir pada voltan rendah, menjadikan sukar untuk menilai sama ada PDIV telah berkurang. Selain itu, piawaian nasional terkini GB1094.3-2003 tidak menyebut PDIV atau PDEV, menyebabkan interpretasi dan penentuan yang tidak konsisten di kalangan pelaku industri.

(B) Lokalisasi Pelepasan

• Keterbatasan Kaedah Umum: Kaedah lokalisasi PD ultrasonik yang luas digunakan mendeteksi perbezaan masa gelombang ultrasonik yang dihasilkan oleh pelepasan tiba di sensor pada dinding tangki. Namun, kaedah ini menghadapi cabaran seperti teknologi yang belum matang, keperluan tenaga pelepasan yang cukup besar (dalam julat sensitiviti sensor), dan lokalisasi yang tidak tepat disebabkan oleh pantulan dan biasan berganda gelombang ultrasonik dari lilitan dalaman.

• Keputusan Kasus: Semasa ujian pra-pemasangan, peralatan lokalisasi PD hanya memberikan anggaran kasar lokasi pelepasan. Sistem pemantauan ruang kawalan gagal mendeteksi variasi PD dengan voltan, membatasi kegunaan hasil. Sistem pemantauan dalam talian yang dipasang kemudian juga gagal mendeteksi perubahan yang berkaitan semasa ujian 26 April 2006. Oleh itu, hasil lokalisasi ultrasonik harus ditangani dengan berhati-hati apabila tahap PD rendah.

(C) Keparahan Pelepasan

Walaupun piawaian menetapkan had 500pC pada 1.5 pu, dalam amalan, tidak ada perbezaan yang signifikan antara 500pC dan 700pC—kedua-duanya termasuk dalam magnitud yang sama. Selain itu, apabila PD berada di bawah 1000pC, biasanya tidak ada jejak pelepasan yang terlihat di dalam transformator, dan pemeriksaan pengeluaran minyak di tapak jarang menunjukkan anormaliti. Mengembalikan transformator 750kV (besar dan berat) ke kilang untuk diperbaiki membawa risiko yang tinggi.

VI. Cadangan

(A) Tingkatkan Tahap Isolasi

Voltan tahanan terinduksi transformator Lanzhou Timur relatif rendah. Mengingat sejarah pendek dan pengalaman terbatas dalam pembuatan transformator 750kV domestik, serta keperluan ujian PD di tapak, disarankan bahawa transformator utama 750kV masa depan memiliki voltan tahanan terinduksi tidak kurang dari 900kV.

(B) Longgarkan Kriteria Ujian PD Pemasangan di Tapak

Di luar negara, ujian PD dilakukan secara ketat hanya di kilang, tidak diulangi di tapak. Di China, bagaimanapun, ujian PD di tapak adalah item pemasangan yang wajib. Disarankan untuk melonggarkan kriteria penerimaan ujian PD di tapak untuk transformator 750kV menjadi kurang dari 1000pC, berdasarkan alasan berikut:

• Transformator dengan tahap PD antara 500–1000pC sering menunjukkan penurunan PD semasa ujian semula setelah tempoh penyimpanan atau operasi (contohnya, transformator Fasa A Lanzhou Timur).

• Apabila PD berada di bawah 1000pC, biasanya tidak ada jejak pelepasan yang terlihat, pemeriksaan di tapak jarang mendeteksi masalah, dan pengembalian ke kilang membawa risiko yang tinggi.

• Ujian PD di tapak untuk transformator 750kV dan 1000kV secara efektif merupakan "ujian tahanan quasi":

• Margin voltan kecil: Untuk transformator Lanzhou Timur, voltan ujian PD pada 1.5 pu (693kV, ±3% ketidakpastian pengukuran: 672–714kV) sangat dekat dengan voltan tahanan pemasangan 731kV, hanya meninggalkan margin 2.4%. Walaupun transformator 750kV masa depan memiliki voltan tahanan terinduksi dinaikkan hingga 900kV, ujian pemasangan pada 765kV masih meninggalkan margin yang terbatas. Secara serupa, untuk transformator 1000kV, voltan ujian PD (1.4 pu = 889kV) sangat dekat dengan tahap tahanan 935kV.

• Tempoh panjang: Walaupun tempoh tahanan standard hanya sekitar 56 saat (pada frekuensi ujian 108Hz), ujian PD penuh menerapkan 1.5 pu selama hingga 65 minit. Ujian berulang-ulang mungkin menyebabkan kerosakan insulasi akumulatif, mempengaruhi usia hidup transformator.

• Terdapat sedikit kes di mana ujian berulang-ulang di tapak mengurangkan PD yang berlebihan kepada tahap yang dapat diterima; sebaliknya, tahap PD mungkin bertambah (contohnya, transformator Fasa A Lanzhou Timur: 700pC pada 10 Ogos 2005, meningkat menjadi 910pC pada 23 September).

(C) Tentukan Semula Voltan Penyulitan dan Penghentian PD

Piawaian sedia ada tidak memberikan definisi yang jelas untuk PDIV dan PDEV, yang boleh menyesatkan interpretasi ujian (seperti yang dilihat dalam kes Lanzhou Timur). Disarankan untuk menentukan semula istilah-istilah ini dengan kriteria numerik yang eksplisit dan menyertakan panduan untuk kes di mana PDIV dan PDEV tidak dapat dilihat dengan jelas.

(D) Kuatkan Penyelidikan Teknik Praktikal di Tapak

• Kumpulkan Pola PD Transformator Sebenar: Kebanyakan pola PD yang biasa dalam literatur adalah dari simulasi makmal, yang berbeza daripada tingkah laku transformator sebenar. Gambaran rajah ilustratif tidak mencukupi untuk membimbing kerja di lapangan. Ia adalah penting untuk mengumpul dan menganalisis pola PD dunia nyata dan mengkompilasikannya ke dalam manual rujukan untuk analisis kualitatif dan penempatan.

• Perkembangkan Penyelidikan Anti-Gangguan: Gangguan luar adalah cabaran utama dalam ujian PD di tapak. Sistem pengukuran semasa tidak dapat membezakan antara pelepasan sebenar dan gangguan, bergantung berat kepada pengalaman operator. Lebih banyak penyelidikan diperlukan tentang sumber-sumber gangguan dan kaedah-kaedah pengurangan.

(E) Memerlukan Pensijilan untuk Kakitangan Ujian

Pengukuran PD adalah ujian tegangan tinggi rutin di tapak yang paling sukar dan tidak menentu. Walau bagaimanapun, kesilapan penilaian adalah biasa. Kakitangan harus menjalani latihan sistematik dalam prinsip-prinsip asas, penyambungan peralatan, padanan komponen, penghapusan gangguan, dan penempatan PD, dan mesti mendapatkan pensijilan sebelum dibenarkan untuk menjalankan ujian.

(F) Kalibrasi Berkala Instrumen Ujian

GB7354-2003 jelas menyatakan bahawa instrumen pengukuran PD mesti dikalibrasi sekurang-kurangnya dua kali setahun atau selepas baiki besar. Dalam amalan, ini sering tidak dipatuhi dengan ketat, dengan beberapa instrumen digunakan selama bertahun-tahun tanpa kalibrasi—kesalahan sehingga puluhan kali telah direkodkan. Penguatkuasaan ketat kalibrasi mengikut piawaian negara disarankan untuk memastikan kejituan pengukuran.

(G) Gunakan Pemantauan Dalam Talian Bila Perlu

Teknologi pemantauan dalam talian telah meningkat secara signifikan. Untuk transformator 750kV dengan tahap PD melebihi had tetapi tidak terlalu tinggi, pemantauan dalam talian yang ditingkatkan adalah pendekatan yang munasabah. Selain PD, parameter seperti suhu, arus grounding inti dan cekap, serta kromatografi minyak harus dipantau untuk menilai kesihatan transformator secara menyeluruh.

VII. Kesimpulan dan Prospek

• Kesimpulan: Piawaian sedia ada memberikan definisi yang tidak mencukupi untuk voltan pencetus dan pemadam PD, membatasi kegunaannya dalam membimbing ujian di tapak. Tahap isolasi transformator 750kV Lanzhou Timur adalah relatif rendah, menjadikan ujian PD-nya hampir seperti ujian "quasi-withstand". 12 ujian PD di tapak pada transformator Fasa A mungkin telah menyebabkan beberapa tekanan isolasi kumulatif. Transformator 750kV masa depan harus mempunyai tahap isolasi sekurang-kurangnya 900kV.

• Prospek: Penyelidikan dan perancangan untuk transmisi tegangan ultra-tinggi AC 1000kV China telah diselesaikan, dan projek demonstrasi sedang dibina. Mengingat margin isolasi transformator 1000kV yang lebih kecil, penyelidikan ke atas ujian pemasangan di tapak harus dimulakan awal untuk menyediakan sokongan teknikal bagi aplikasi praktikal.