750kV-transformator på stedet PD- og induksjonstålmodighetstest: Casestudie og anbefalinger

I. Innledning

Demonstrasjonsprosjektet for Guanting–Lanzhou Øst 750kV overføringslinje og understasjon i Kina ble formelt tatt i bruk den 26. september 2005. Dette prosjektet inkluderer to understasjoner – Lanzhou Øst og Guanting (hver utstyrt med fire 750kV-transformatorer, der tre danner en trefas transformatorbank i drift, mens en er på vent) – samt en overføringslinje. 750kV-transformatorene som ble brukt i prosjektet, ble selvstendig utviklet og produsert i Kina. Under plasseringstesting fantes det unormalt høy delvis dekningsavvik (PD) i fase A-hovedtransformatoren ved Lanzhou Øst Understasjon. Totalt ble 12 PD-tester gjennomført før og etter plassering. Denne artikkelen analyserer referansestandardene, prosedyrene, dataene og spørsmålene relatert til PD-testene av denne transformator, og gir praktiske ingeniørforslag for å støtte fremtidige plasseringstester av 750kV- og 1000kV-transformatorer.

II. Grunder i transformatorparametre

Hovedtransformatoren ved Lanzhou Øst Understasjon ble produsert av Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Nøkkelparametre er som følger:

• Modell: ODFPS-500000/750

• Spesifisert spenning: HV 750kV, MV (med ±2.5% tapchanger) kV, LV 63kV

• Spesifisert effekt: 500/500/150 MVA

• Maksimal driftsspenning: 800/363/72.5 kV

• Kjølingmetode: Tvinget omløp av olje med luftkjøling (OFAF)

• Oljevekt: 84 tonn; Total vekt: 298 tonn

• Isoleringnivå for HV-vinding: Fullbølgeimpuls 1950kV, kortbølgeimpuls 2100kV, kortvarig indusert holdbarhetsspenning 1550kV, nettspenningsholdbarhet 860kV

III. Testprosedyre og standarder

(A) Testprosedyre

Ifølge GB1094.3-2003 består delvis dekningsavviktestprosedyren for transformatorer av fem tidsperioder – A, B, C, D og E – med spesifikke anvendte spenninger for hver periode. Forhåndsbelastningsspenningen under perioden C er definert som 1.7 enheter (pu), hvor 1 pu = Um/√3 (Um er maksimal systemspenning). Dette verdien er litt lavere enn Um angitt i GB1094.3-1985. For transformatoren ved Lanzhou Øst er Um = 800kV, så forhåndsbelastningsspenningen burde være 785kV.

(B) Krav til holdbarhetsspenning

• Den kortvarige induserte holdbarhetsspenningen for transformatoren ved Lanzhou Øst er 860kV. Ifølge Statens kraftnettforeningens "Plasseringsteststandarder for 750kV UHV elektrisk utstyr" skal testspenningen på stedet være 85% av fabrikktestverdien, altså 731kV, som er mindre enn den nødvendige forhåndsbelastningsspenningen på 1.7 pu (785kV).

• For å løse konflikten mellom forhåndsbelastningsspenning og plasseringsholdbarhetsspenning, angir relevante standarder at hvis forhåndsbelastningsspenningen overstiger 85% av fabrikkholdbarhetsspenningen, skal den faktiske forhåndsbelastningsspenningen avtales mellom bruker og produsent. "Tekniske spesifikasjoner for 750kV hovedtransformatorer" spesifiserer uttrykkelig at forhåndsbelastningsspenningen for PD-test på stedet er lik 85% av fabrikkholdbarhetsspenningen. Som et resultat, ble forhåndsbelastningsspenningen for PD-testen på stedet for transformatoren ved Lanzhou Øst satt til 731kV. PD-målingen og holdbarhetstesten ble kombinert, med holdbarhetstestfasen som forhåndsbelastningsfasen av PD-testen.

(C) Akseptanseskriterier for delvis dekningsavvik

Under en testspenning på 1.5 pu må transformatorens nivå av delvis dekningsavvik være mindre enn 500 pC.

IV. Testprosess

Fra 9. august 2005 til 26. april 2006 ble totalt 12 PD-tester utført på fase A-hovedtransformatoren ved Lanzhou Øst Understasjon. Nøkkelinformasjon om testene er oppsummeret nedenfor:

Totalt sett var PD-nivået for MV-viklingen i fase A av hovedtransformatoren før tjenestenetting mellom 600 og 910 pC, noe som oversteg det akseptable kriteriet på 500 pC. Etter gjenprøving den 26. april 2006, etter tjenestenetting, falt PD-nivået til 280 pC, noe som oppfylte kravet.

V. Testanalyse

(A) Inngangsspenning for delvis utløp (PDIV) og utslukkelsesspenning (PDEV)

• Definisjonsproblemer: GB7354-2003 og DL417-1991 gir uklare definisjoner av PDIV og PDEV. For eksempel er "spesifisert verdi" i definisjonen ikke tydelig definert—selv om 500 pC ofte antas, kan dette føre til betydelige inkonsistens i praksis. I tillegg når bakgrunnsstøy under felttesting ofte nivåer på tiere til hundreler av pikokulomb, blir det vanskelig å identifisere en klar utløpsstart.

• Observasjoner fra tilfeller: I de 12 PD-testene utført på Lanzhou Øst fase A-transformator, økte PD-nivået gradvis med spenningen, uten en distinkt hop (maksimal trinnendring ~200 pC), noe som gjorde det umulig å bestemme en klar PDIV. I noen tester var målbart PD allerede til stede ved lave spenninger, noe som gjorde det vanskelig å vurdere om PDIV hadde sunket. I tillegg nevner den nyeste nasjonale standarden GB1094.3-2003 ikke PDIV eller PDEV, noe som fører til ulike tolkninger og avgjørelser blant praktikere.

(B) Lokalisering av utløp

• Begrensninger i vanlige metoder: Den ofte brukte ultralyd-PD-lokaliseringsmetoden måler tidsforskjellen for ultralyd bølger generert av utløp når de ankommer sensorer på tankveggen. Imidlertid møter denne metoden utfordringer som utilstrekkelig teknologi, behov for tilstrekkelig stor utløpsenergi (innenfor sensorers sensitivitetsområde) og unøyaktig lokalisering på grunn av flere refleksjoner og brytinger av ultralydbølger fra indre viklinger.

• Tilfellsresultater: Under prøving før tjenestenetting ga PD-lokaliseringsutstyr bare et grovt estimat av utløpslokasjonen. Kontrollroms overvåkingssystemet klarte ikke å oppdage endringer i PD med spenning, noe som begrenset nytten av resultater. Senere installerte online overvåkingssystemer klarte heller ikke å oppdage relevante endringer under testen den 26. april 2006. Derfor bør ultralyd-lokaliseringstester behandles med varsomhet når PD-nivåer er lave.

(C) Alvorlighetsgrad av utløp

Selv om standarden spesifiserer en grense på 500 pC ved 1.5 pu, er det i praksis ingen signifikant forskjell mellom 500 pC og 700 pC—de tilhører samme størrelsesorden. I tillegg er det sjeldent synlige utløpsmerker inne i transformatoren når PD er under 1000 pC, og feltinspeksjoner av olje drainering avdekker sjelden avvik. Å returnere en 750 kV-transformator (stor og tung) til fabrikken for reparasjon innebærer høye risikoer.

VI. Anbefalinger

(A) Øke isolasjonsnivå

Den induerte tålmodighetsvoltage for Lanzhou Øst-transformator er relativt lav. Med tanke på den korte historien og begrenset erfaring med innenlands produksjon av 750 kV-transformatorer, samt nødvendigheten av felt-PD-tester, anbefales det at fremtidige 750 kV-hovedtransformatorer har en induert tålmodighetsvoltage på minst 900 kV.

(B) Oppheve kriterier for felt-PD-tester ved tjenestenetting

I utlandet utføres PD-tester strengt kun i fabrikken, ikke på nytt på felt. I Kina er imidlertid felt-PD-testing en obligatorisk tjenestenettingspunkt. Det anbefales å oppheve akseptansetoleransen for felt-PD-tester av 750 kV-transformatorer til under 1000 pC, av følgende grunner:

• Transformatorer med PD-nivåer mellom 500–1000 pC viser ofte redusert PD ved gjenprøving etter en periode med lagring eller drift (for eksempel Lanzhou Øst fase A-transformator).

• Når PD er under 1000 pC, finnes det vanligvis ingen synlige utløpsmerker, feltinspeksjoner oppdager sjelden problemer, og retur til fabrikken innebærer høye risikoer.

• Felt-PD-tester for 750 kV og 1000 kV-transformatorer er effektivt "quasi-tålmodighetsprøver":

• Liten spenningsmargin: For Lanzhou Øst-transformator, er PD-prøvespenningen ved 1.5 pu (693 kV, ±3% målemarg: 672–714 kV) veldig nær tjenestenettingstålmodighetsvoltage på 731 kV, med bare en 2.4% margin. Selv om fremtidige 750 kV-transformatorer har en induert tålmodighetsvoltage økt til 900 kV, vil tjenestenettingstesten ved 765 kV fortsatt gi en begrenset margin. På samme måte, for 1000 kV-transformatorer, er PD-prøvespenningen (1.4 pu = 889 kV) veldig nær 935 kV tålmodighetsvoltage.

• Lang varighet: Mens standard tålmodighetsvarighet er bare omtrent 56 sekunder (ved 108Hz prøvefrekvens), anvendes full PD-prøve 1.5 pu i opptil 65 minutter. Gjentatte tester kan føre til kumulativ isolasjons skade, noe som påvirker transformatorens levetid.

• Det er få tilfeller der gjentatte felttester reduserer for høyt PD til akseptabelt nivå; i stedet kan PD-nivåer øke (for eksempel Lanzhou Øst fase A-transformator: 700 pC den 10. august 2005, økt til 910 pC den 23. september).

(C) Redefinere inngangsspenning for delvis utløp (PDIV) og utslukkelsesspenning (PDEV)

Eksisterende standarder mangler klare definisjoner for PDIV og PDEV, noe som kan mislede tolkningen av tester (som sett i Lanzhou Øst-tilfellet). Det anbefales å redefinere disse termene med eksplisitte numeriske kriterier og inkludere veiledning for tilfeller der PDIV og PDEV ikke er klart observerbare.

(D) Styrke forskning på praktiske feltteknikker

• Samle ekte transformator PD-mønstre: De mest typiske PD-mønstrene i litteraturen kommer fra laboratorieforsøk, som skiller seg fra sanntidsoppførsel hos transformatorer. Illustrative diagrammer er utilstrekkelige for å veilede feltarbeid. Det er nødvendig å samle og analysere sanntids PD-mønstre og kompilere dem til referansemålinger for kvalitativ analyse og lokalisering.

• Fremme av forskning om antistøy: Eksterne støykilder er en stor utfordring ved på-stedet PD-testing. Nåværende målesystemer kan ikke skille mellom ekte utslipp og støy, og de er sterkt avhengige av operatørers erfaring. Det trengs mer forskning på støykilder og undertrykkingsmetoder.

(E) Krever sertifisering for testpersonell

PD-måling er den teknisk mest kravfulle og uforutsigbare av rutinemessige på-stedet høyspenningsprøver. Imidlertid er feilbedømmelser vanlige. Personell bør gjennomgå systematisk opplæring i grunnleggende prinsipper, anløpskabling, komponentmatch, støyeliminering og PD-lokalisering, og må oppnå sertifisering før de tillates å utføre tester.

(F) Regelmessig kalibrering av testinstrumenter

GB7354-2003 fastslår klart at PD-måleinstrumenter må kalibreres minst to ganger i året eller etter store reparasjoner. I praksis følges dette ofte ikke strengt, med noen instrumenter brukt i flere år uten kalibrering—feil så høye som ti ganger er registrert. Det anbefales streng overholdelse av kalibrering ifølge nasjonale standarder for å sikre målnøyaktighet.

(G) Bruk online overvåking når det er nødvendig

Online overvåkingsteknologi har forbedret seg betydelig. For 750kV-transformatorer med PD-nivåer over grensen, men ikke kritisk høye, er forbedret online overvåking en rimelig tilnærming. I tillegg til PD, bør parametre som temperatur, kjernens og spenningsklampens jordstrøm, samt olje-kromatografi overvåkes for å vurdere transformatorhelsen helt.

VII. Konklusjon og utsikt

• Konklusjon: Eksisterende standarder gir utilstrekkelige definisjoner for PD-innekommende og -utgangsspenninger, noe som begrenser deres nytteverdi for å veilede på-stedet tester. Isolasjonsnivået for 750kV-transformatoren i Øst-Lanzhou er relativt lavt, noe som gjør at dens PD-test i realiteten er en "kvase-holdbarhetstest". De 12 på-stedet PD-testene på fase A-transformatoren har sannsynligvis forårsaket en viss akkumulert isolasjonsspenning. Fremtidige 750kV-transformatorer bør ha et isolasjonsnivå på minst 900kV.

• Utsikt: Forskning og planlegging for Kinas 1000kV AC ultra-høyspenningsoverføring er fullført, og demonstrasjonsprosjekter er under konstruksjon. Ettersom isolasjonsmarginen for 1000kV-transformatorer er enda mindre, bør forskning om på-stedet kommisjoneringstester initieres tidlig for å gi teknisk støtte for praktiske applikasjoner.