750 kV transformator na mestu PD in izkušnja občutljivosti: primer in priporočila

I. Uvod

Demonstracijski projekt prenosa in pretvorbe napetosti 750 kV med Guantingom in Vzhodnim Lanzhoujem v Kitajski je bil zvrtalno začrtan 26. septembra 2005. Ta projekt vključuje dve pretvornici – Vzhodni Lanzhou in Guanting (vsaka opremljena s štirimi transformatorji 750 kV, od katerih tri oblikujejo operativno trofazni transformatorski kompleks, en pa je na čeku) – in eno prenosno linijo. Transformatorji 750 kV, uporabljeni v projektu, so bili samostojno razviti in izdelani v Kitajski. Med komisiskimi preskusi na mestu je bila odkrita prekomerna delna razsevanja (DR) v glavnem transformatorju faze A na pretvornici Vzhodni Lanzhou. Skupaj je bilo izvedenih 12 preskusov DR pred in po komisiji. Ta članek analizira referenčne standarde, postopke, podatke in povezane težave preskusov DR tega transformatorja, ter nudi praktične inženirske priporočila za podporo prihodnjim mestskega preskusa transformatorjev 750 kV in 1000 kV.

II. Osnovni parametri transformatorja

Glavni transformator na pretvornici Vzhodni Lanzhou je izdelala Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ključni parametri so naslednji:

• Model: ODFPS-500000/750

• Napetost: VH 750 kV, SH (s ±2,5% tap changer) kV, NH 63 kV

• Nominativna moč: 500/500/150 MVA

• Najvišja delovna napetost: 800/363/72,5 kV

• Način hlađenja: prisilno cirkulacijo olja z zrakom (OFAF)

• Teža olja: 84 ton; Skupna teža: 298 ton

• Raven izolacije VH navija: polni val impulza 1950 kV, rezani val impulza 2100 kV, kratkotrajna inducirana trdnost 1550 kV, trdnost pri strmi frekvenci 860 kV

III. Postopek in standardi preskusa

(A) Postopek preskusa

Glede na GB1094.3-2003 se postopek preskusa delne razsevanja transformatorjev sestoji iz petih obdobj – A, B, C, D in E – z določenimi uporabljanimi napetostmi za vsako. Prednapetost obdobja C je definirana kot 1,7 per unit (pu), kjer je 1 pu = Um/√3 (Um najvišja sistemska napetost). Ta vrednost je nekoliko nižja od Um, določene v GB1094.3-1985. Za transformator Vzhodni Lanzhou je Um = 800 kV, zato bi morala biti prednapetost 785 kV.

(B) Zahtevi glede trdnosti

• Kratkotrajna inducirana trdnost za transformator Vzhodni Lanzhou je 860 kV. Po standardih Državnega omrežja Kitajske "Standardi za komisiski preskus električne opreme visoke napetosti 750 kV" naj bi bila napetost na mestu 85 % vrednosti tovarniškega preskusa, torej 731 kV, kar je manj od zahtevane prednapetosti 1,7 pu (785 kV).

• Za reševanje konflikta med prednapetostjo in komisiskim preskusom trdnosti pravijo relevantni standardi, da, če preseže prednapetost 85 % tovarniške trdnosti, naj bo dejanska prednapetost dogovorjena med uporabnikom in proizvajalcem. "Tehnični standardi za glavne transformatorje 750 kV" jasno določajo, da naj bo prednapetost mestskega preskusa DR enaka 85 % tovarniške trdnosti. Torej je bila prednapetost za mesti preskus DR transformatorja Vzhodni Lanzhou nastavljena na 731 kV. Meritev DR in preskus trdnosti sta bila kombinirana, z fazo preskusa trdnosti, ki je služila kot prednapetostna faza preskusa DR.

(C) Kriteriji sprejetja za delno razsevanje

Pri preskusni napetosti 1,5 pu mora biti raven delne razsevanja transformatorja manjša od 500 pC.

IV. Postopek preskusa

Od 9. avgusta 2005 do 26. aprila 2006 je bilo skupaj izvedenih 12 preskusov DR na glavnem transformatorju faze A na pretvornici Vzhodni Lanzhou. Ključne informacije o preskusu so podane spodaj:

Skupaj je raven PD v srednjovoltnem vikovanju faze A glavnega transformatorja pred komisijo znašala med 600 in 910 pC, kar presega prijeto kriterij 500 pC. Vendar po ponovnem testiranju 26. aprila 2006, po komisiji, se je raven PD znižala na 280 pC, kar ustreza zahtevi.

V. Analiza testa

(A) Napetost nastanka delne razsevanje (PDIV) in napetost izginjanja delne razsevanje (PDEV)

• Definicija težav: GB7354-2003 in DL417-1991 dasta neprecizne definicije PDIV in PDEV. Na primer, "določena vrednost" v definiciji ni jasno določena – čeprav se pogosto privzame 500 pC, to vodi do velikih neskladij v praktični uporabi. Poleg tega je ozadnji šum med obiskom območja pogosto desetine do stotine pikokulomb, kar otežuje jasno identifikacijo začetka razsevanja.

• Opazitve primerov: V 12 testih PD, ki so bili izvedeni na transformatorju Lanzhou East faze A, se je raven PD postopoma povečevala z napetostjo, brez jasnega skoka (največja stopnja spremembe ~200 pC), kar onemogoča določitev jasne PDIV. V nekaterih testih je bilo mersko PD že prisotno pri nizkih napetostih, kar otežuje oceno, ali se je PDIV znižala. Poleg tega najnovejši nacionalni standard GB1094.3-2003 ne omenja PDIV ali PDEV, kar vodi do neskladnih tolmačenj in določitev med strokovnjaki.

(B) Lokalizacija razsevanja

• Omejitve pogostih metod: Široko uporabljena metoda ultrazvočne lokalizacije PD zaznava razliko v času, ko ultrazvoki, generirani z razsevanjem, prispeta do senzorjev na steni rezervoarja. Vendar ta metoda sooča s težavami, kot so nedozorela tehnologija, potreba po zadostno veliki energiji razsevanja (znotraj občutljivosti senzorja) in natančna lokalizacija zaradi večkratnih odbojev in lomov ultrazvokov z notranjimi vikovanji.

• Rezultati primerov: Med predkomisnimi testi je oprema za lokalizacijo PD pružila le približno oceno lokacije razsevanja. Sistem nadzora v kontrolovnici ni zaznal sprememb PD z napetostjo, kar omejuje uporabnost rezultatov. Kasneje nameščeni sistemi za nadzor v realnem času tudi niso zaznali relevantnih sprememb med testom 26. aprila 2006. Zato bi bilo treba rezultate ultrazvočne lokalizacije obravnavati z negotovostjo, kadar je raven PD nizka.

(C) Težavnost razsevanja

Čeprav standard določa mejo 500 pC pri 1,5 pu, v praksi ni bistvene razlike med 500 pC in 700 pC – oba spadata v isto rednost velikosti. Poleg tega, kadar je PD pod 1000 pC, običajno ni vidne sledi razsevanja znotraj transformatorja, in obiski na mestu z eliktom redko razkrivajo nenormalnosti. Vračanje 750 kV transformatorja (velikega in težkega) v tovarno za popravilo nosi visoke tveganje.

VI. Priporočila

(A) Povečanje ravni izolacije

Indukcija trpliva napetost transformatorja Lanzhou East je relativno nizka. Ob upoštevanju kratke zgodovine in omejenega izkušnje z domačim proizvodnjo 750 kV transformatorjev, skupaj z potrebo po obiskih PD na mestu, se priporoča, da bodo prihodnji 750 kV glavni transformatorji imeli indukcijo trpliva napetost vsaj 900 kV.

(B) Poenostavitev meril za testiranje PD pri komisiji na mestu

V tujini se testiranje PD strogo izvaja samo v tovarni, ne pa ponovno na mestu. V Kini pa je testiranje PD na mestu obvezni element komisije. Priporoča se, da se prihodnje merilo za sprejem testiranja PD na mestu za 750 kV transformatorje poenostavi na manj kot 1000 pC, zaradi naslednjih razlogov:

• Transformatorji z raven PD med 500–1000 pC pogosto kažejo zmanjšano PD po ponovnem testiranju po obdobju shranjevanja ali delovanja (na primer, transformator Lanzhou East faze A).

• Kadar je PD pod 1000 pC, običajno ni vidne sledi razsevanja, obiski na mestu redko zaznajo težave, in vračanje v tovarno nese visoka tveganja.

• Testiranje PD na mestu za 750 kV in 1000 kV transformatorje je v praksi "kvazi-trpliva testiranje":

• Malo marže napetosti: Za transformator Lanzhou East je testna napetost PD pri 1,5 pu (693 kV, ±3% merilna negotovost: 672–714 kV) zelo blizu komisije trpliva napetost 731 kV, kar pomeni le 2,4% marže. Čeprav bodo prihodnji 750 kV transformatorji imeli indukcijo trpliva napetost povišano na 900 kV, bo komisija test pri 765 kV še vedno omejena marža. Podobno za 1000 kV transformatorje je testna napetost PD (1,4 pu = 889 kV) zelo blizu 935 kV trplive napetosti.

• Dolga trajanje: Čeprav je standardna trpliva trajanje le približno 56 sekund (pri frekvenci testa 108 Hz), celoten test PD uporablja 1,5 pu do 65 minut. Ponavljanje testov lahko povzroči kumulativno poškodbo izolacije, kar vpliva na življenjsko dobo transformatorja.

• Obstaja malo primerov, kjer ponovno testiranje na mestu zmanjša previsoko PD na sprejemljivo raven; namesto tega se lahko raven PD poveča (na primer, transformator Lanzhou East faze A: 700 pC 10. avgusta 2005, povečan na 910 pC do 23. septembra).

(C) Redefinicija PDIV in PDEV

Obstoječi standardi nimajo jasnih definicij za PDIV in PDEV, kar lahko zmoti interpretacijo testov (kot je bilo videti v primeru Lanzhou East). Priporoča se, da se ti termini redefinirajo z jasnimi numeričnimi merili in vključijo usmeritve za primere, kjer PDIV in PDEV nista jasno opazljiva.

(D) Okrepiti raziskave praktičnih tehnik na mestu

• Zbiranje realnih vzorcev PD transformatorjev: Večina tipičnih vzorcev PD v literaturi izhaja iz laboratorijskih simulacij, ki se razlikujejo od dejanskega obnašanja transformatorjev. Ilustrativni diagrami niso zadostni za usmerjanje terenskega dela. Ključno je zbrati in analizirati realne vzorce PD in jih združiti v referenčne priročnike za kvalitativno analizo in lokacijo.

• Napredek v raziskovanju proti motnjam: Zunanje motnje so velik izziv pri na mestu testiranju PD. Trenutni sistemi merjenja ne morejo ločiti med resnimi razpadi in motnjami, kar se zanese precej na izkušnje operaterja. Potrebno je več raziskovanja o virih motenj in metodah njihovega utiševanja.

(E) Zahteva po certifikaciji osebja za testiranje

Merjenje PD je tehnično najzahtevnejše in najmanj predvidljivo med rednimi na mestu testi visokih napetosti. Vendar so pogosti nesporazumi. Osebje bi moralo prejeti sistematično usposabljanje v osnovnih načelih, povezavi opreme, ujemajočih se komponent, odstranjevanju motenj in lokaciji PD, in mora pridobiti certifikat preden mu je dovoljeno izvajati teste.

(F) Redno kalibriranje testnih instrumentov

GB7354-2003 jasno določa, da morajo biti instrumenti za merjenje PD vsaj dvakrat letno ali po večjih popravilih kalibrirani. V praksi to pogosto ni strogo sledilno, nekateri instrumenti se uporabljajo leta brez kalibracije - zabeležene so bile napake do desetkrat višje. Priporočljivo je strogo spremljanje kalibracije glede na nacionalne standarde, da se zagotovi točnost meritev.

(G) Uporaba on-line nadzora, kadar je potrebno

Tehnologija on-line nadzora je znatno napredovala. Za 750kV transformatorje z raven PD, ki presega meje, a ni kritično visoka, je okrepitveni on-line nadzor razumen pristop. Poleg PD bi morali biti tudi parametri, kot so temperatura, tok zemljenja jedra in klampa ter kromatografija olja, nadzorovani, da bi se omogočila celovita ocena zdravja transformatorja.

VII. Zaključek in perspektiva

• Zaključek: Obstoječi standardi ponujajo nedostatočne definicije za napetosti nastanka in izginjanja PD, kar omejuje njihovo uporabnost pri usmerjanju na mestu testov. Izolacijska raven 750kV transformatorja v vzhodnem Lanzhou je relativno nizka, kar naredi njegov test PD skoraj "kvazi preizkus trdnosti". 12 na mestu testov PD na transformatorju faze A verjetno povzročijo neko kumulativno stres izolacije. Prihodnji 750kV transformatorji bi morali imeti izolacijsko raven vsaj 900kV.

• Perspektiva: Raziskave in načrtovanje za kitajsko 1000kV AC ultra visoko napetostno prenosno omrežje so končane in demonstracijski projekti so v izgradnji. Glede na še manjšo margino izolacije 1000kV transformatorjev bi raziskave o na mestu testiranju za komisijo morale biti začete zgodaj, da bi se pružila tehnična podpora za praktične uporabe.