750kV transformator na mestu PD i test održljivosti pod uticajem: studija slučaja i preporuke

I. Uvod

Demonstracioni projekat prenosa i transformacije na 750kV između Guantinga i Istočnog Lanzhoua u Kini je zvanično ušao u operaciju 26. septembra 2005. Ovaj projekat uključuje dve transformatorske stanice - Istočni Lanzhou i Guanting (svaka opremljena četiri 750kV transformatora, od kojih tri formiraju trofaznu banku transformatora u funkciji, dok je jedan u rezervi) - i jednu prenosnu liniju. 750kV transformatori koristi u ovom projektu su samostalno razvijeni i proizvedeni u Kini. Tijekom komisija testiranja na terenu, otkriven je prekomjerni djelomični ispit (PD) u fazi A glavnog transformatora na transformatorskoj stanci Istočni Lanzhou. Ukupno je izvršeno 12 PD testova prije i poslije komisije. Ovaj rad analizira referentne standarde, procedure, podatke i probleme vezane za PD testove ovog transformatora, te nudi praktične inženjerske preporuke kako bi se podržalo buduće testiranje na terenu 750kV i 1000kV transformatora.

II. Osnovni parametri transformatora

Glavni transformator na transformatorskoj stanci Istočni Lanzhou proizveden je od strane Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ključni parametri su sljedeći:

• Model: ODFPS-500000/750

• Naponska snaga: HV 750kV, MV (sa ±2.5% tap changer) kV, LV 63kV

• Imenitana snaga: 500/500/150 MVA

• Maksimalna radna naponska snaga: 800/363/72.5 kV

• Metoda hlađenja: prisilno cirkulacije ulja s zračnim hlađenjem (OFAF)

• Težina ulja: 84 tona; Ukupna težina: 298 tona

• Razina izolacije HV vijaka: punovalni udar 1950kV, prekinuti udar 2100kV, kratkotrajna inducirana otpornost na napon 1550kV, otpornost na napon strujnog vala 860kV

III. Postupak testiranja i standardi

(A) Postupak testiranja

Prema GB1094.3-2003, postupak testiranja djelomičnog ispuštanja transformatora sastoji se od pet vremenskih perioda - A, B, C, D i E - sa definisanim primjenjenim naponima za svaki. Pretpodstresni napon tijekom perioda C definisan je kao 1.7 per unit (pu), gde 1 pu = Um/√3 (Um maksimalni sistemski napon). Ova vrijednost je neznatno niža od Um definisanog u GB1094.3-1985. Za transformator Istočni Lanzhou, Um = 800kV, pa bi pretpodstresni napon trebao biti 785kV.

(B) Zahtevi za otpornost na napon

• Kratkotrajna inducirana otpornost na napon za transformator Istočni Lanzhou je 860kV. Prema "Standardima za testiranje pri komisiji 750kV UHV električne opreme" državnog električnog preduzeća Kine, testni napon na terenu treba da bude 85% fabrične testne vrijednosti, tj. 731kV, što je manje od potrebnog pretpodstresnog napona od 1.7 pu (785kV).

• Da bi se rešio sukob između pretpodstresnog napona i otpornosti na napon pri komisiji, relevantni standardi navode da ako pretpodstresni napon prelazi 85% fabrične otpornosti na napon, stvarni pretpodstresni napon treba da se dogovori između korisnika i proizvođača. "Tehnički specifikacije za 750kV glavne transformatore" eksplicitno navode da pretpodstresni napon za PD test na terenu jednak je 85% fabrične otpornosti na napon. Stoga je pretpodstresni napon za PD test na terenu transformatora Istočni Lanzhou postavljen na 731kV. Mjerene PD i testovi otpornosti na napon su kombinirani, s fazom testa otpornosti na napon koji služi kao pretpodstresna faza PD testa.

(C) Kriteriji prihvatljivosti za djelomično ispuštanje

Pod testnim naponom od 1.5 pu, razine djelomičnog ispuštanja transformatora moraju biti manje od 500 pC.

IV. Testni proces

Od 9. augusta 2005. do 26. aprila 2006. ukupno je izvršeno 12 PD testova na fazi A glavnog transformatora na transformatorskoj stanci Istočni Lanzhou. Ključne informacije o testu su sažete ispod:

Ukupno, nivo PD visokonaponskog zavojnice faze A glavnog transformatora pre komisionisanja se kretao između 600 i 910 pC, premašujući kriterijum prihvatljivosti od 500 pC. Međutim, nakon ponovnog testiranja 26. aprila 2006. godine, nakon komisionisanja, nivo PD je pao na 280 pC, ispunjavajući zahtev.

V. Analiza testa

(A) Napon nastanka parcijalne razlaganice (PDIV) i napon ugašenja (PDEV)

• Problemi sa definicijom: GB7354-2003 i DL417-1991 daju neprecizne definicije PDIV i PDEV. Na primer, "određena vrednost" u definiciji nije jasno definisana - iako se često pretpostavlja da je to 500 pC, ovo dovodi do značajnih nesaglasica u praktičnom primeni. Dodatno, pozadinski šum tokom terenskih testova često dostiže desetke do stotine pikokulomba, čime se otežava identifikacija jasnog početka razlaganice.

• Nabrojani slučajevi: U 12 PD testova provedenih na transformatoru faze A u Istočnom Lanzhou, nivo PD se postepeno povećavao s naponom, bez izraženog skoka (maksimalna promena koraka oko 200 pC), čime se čini nemoguće odrediti jasan PDIV. U nekim testovima, merljivi PD je već prisutan na niskim naponima, čime se otežava procena da li je PDIV smanjen. Takođe, najnoviji nacionalni standard GB1094.3-2003 ne spominje PDIV ili PDEV, što dovodi do nesaglasica u tumačenju i određivanju među stručnjacima.

(B) Lokalizacija razlaganice

• Ograničenja običnih metoda: Široko korišćena ultrazvučna metoda lokalizacije PD detektuje razliku u vremenu dolaska ultrazvučnih talasa generisanih razlaganicama na senzore na zidu rezervoara. Međutim, ova metoda se suočava sa izazovima poput nedozrele tehnologije, potrebe za dovoljno velikom energijom razlaganice (unutar opsega osjetljivosti senzora) i netočnom lokalizacijom zbog više refleksija i refrakcija ultrazvučnih talasa sa unutrašnjih zavoja.

• Rezultati slučaja: Tokom testova pre komisionisanja, oprema za lokalizaciju PD pružila je samo približnu procenu lokacije razlaganice. Sistem nadzora u kontrolnoj sobi nije detektirao promene PD-a s naponom, ograničavajući korisnost rezultata. Kasnije instalirani sistemi za online nadzor takođe nisu detektirali relevantne promene tokom testa 26. aprila 2006. godine. Stoga, rezultati ultrazvučne lokalizacije treba da se tretiraju s pažnjom kada su nivoi PD niski.

(C) Težina razlaganice

Iako standard određuje granicu od 500 pC na 1.5 pu, u praksi, nema značajne razlike između 500 pC i 700 pC - oni pripadaju istom redosledu magnituda. Takođe, kada je PD ispod 1000 pC, obično ne postoje vidljive tragove razlaganice unutar transformatora, a terenski pregledi mase uglavnom ne otkrivaju anomalije. Vraćanje 750 kV transformatora (velikog i teškog) u fabriku za popravku nosi veliki rizik.

VI. Preporuke

(A) Povećanje razine izolacije

Indukovani napon otpornosti transformatora u Istočnom Lanzhou je relativno nizak. Uzimajući u obzir kratku istoriju i ograničen iskustvo u proizvodnji domaćih 750 kV transformatora, kao i nužnost terenskih PD testova, preporučuje se da budući 750 kV glavni transformatori imaju indukovani napon otpornosti od najmanje 900 kV.

(B) Oslabiti kriterijume za terenske PD testove pri komisionisanju

U inostranstvu, PD testovi se strogo vrše samo u fabrici, a ne ponovo na terenu. U Kini, međutim, terensko PD testiranje je obavezni element komisionisanja. Preporučuje se da se oslabi kriterijum prihvatljivosti za terenske PD testove 750 kV transformatora na manje od 1000 pC, iz sledećih razloga:

• Transformatori sa nivoima PD između 500–1000 pC često pokazuju smanjen PD nakon perioda skladištenja ili eksploatacije (npr. transformator faze A u Istočnom Lanzhou).

• Kada je PD ispod 1000 pC, obično se ne otkrivaju vidljivi tragovi razlaganice, terenski pregledi rijetko otkrivaju probleme, a vraćanje u fabriku nosi veliki rizik.

• Terenski PD testovi za 750 kV i 1000 kV transformatore su efektivno "kvazi-otporni testovi":

• Mali margina napona: Za transformator u Istočnom Lanzhou, PD testni napon na 1.5 pu (693 kV, ±3% nepreciznosti merenja: 672–714 kV) je vrlo blizu komisionisanog naponotpornog nivoa od 731 kV, ostavljajući samo 2.4% margine. Čak i ako budući 750 kV transformatori imaju podignuti indukovani napon otpornosti na 900 kV, komisionisanje na 765 kV ostavlja ograničenu marginu. Slično tome, za 1000 kV transformatore, PD testni napon (1.4 pu = 889 kV) je vrlo blizu 935 kV naponotpornog nivoa.

• Dugačko trajanje: Dok je standardni vremenski period otpornosti samo oko 56 sekundi (na frekvenci testa od 108 Hz), celi PD test primenjuje 1.5 pu do 65 minuta. Ponovljeno testiranje može uzrokovati kumulativnu štetu izolaciji, utičući na životni vek transformatora.

• Postoji malo slučajeva gde ponovljeno terensko testiranje smanjuje previše PD na prihvatljive nivoe; umesto toga, nivoi PD mogu porasti (npr. transformator faze A u Istočnom Lanzhou: 700 pC 10. avgusta 2005., porastao na 910 pC do 23. septembra).

(C) Redefinisanje naponotpornih i ugašenih napona PD

Postojeći standardi nemaju jasne definicije za PDIV i PDEV, što može dovesti do zabune u tumačenju testova (kao što je vidljivo u slučaju Istočnog Lanzhou). Preporučuje se da se ove termine redefinišu sa eksplicitnim numeričkim kriterijumima i da se uključe uputstva za slučajeve kada PDIV i PDEV nisu jasno vidljivi.

(D) Jačanje istraživanja praktičnih terenskih tehnika

• Sakupljanje stvarnih PD modela transformatora: Najčešći PD modeli u literaturi potiču iz laboratorijskih simulacija, koje se razlikuju od ponašanja stvarnih transformatora. Ilustrativni dijagrami nisu dovoljni za vodjenje terenskih radova. Važno je sakupiti i analizirati stvarne PD modele i kompajlirati ih u referentne priručnike za kvalitativnu analizu i lokalizaciju.

• Napredne istraživanje o suzbijanju interferencije: Vanjska interferencija predstavlja veliki izazov pri na-mjestnim PD testiranjima. Trenutni sistemi za merenje ne mogu razlikovati između autentičnih iskorenjenja i interferencije, veoma zaviseći od iskustva operatera. Potrebno je više istraživanja o izvorima interferencije i metodama suzbijanja.

(E) Zahtevanje sertifikata za osoblje koje vrši testiranje

Merenje PD-a je najtehnološki zahtevniji i najmanje predvidljivi od redovnih na-mjestnih visokonaponskih testova. Međutim, pogrešne procene su česte. Osoblje treba da prođe sistematsko obučavanje u osnovnim principima, spajanjima opreme, podudaranju komponenata, eliminaciji interferencije i lokalizaciji PD-a, i mora da dobije sertifikat pre nego što mu bude dozvoljeno da vrši testove.

(F) Redovna kalibracija testnih instrumenata

GB7354-2003 jasno navodi da se instrumenti za merenje PD moraju kalibrirati barem dva puta godišnje ili nakon velikih popravaka. U praksi, to se često ne strogo prati, sa nekim instrumentima koji se koriste godinama bez kalibracije—zabeleženi su greške do desetina puta. Preporučuje se strogo sprovoditi kalibraciju prema nacionalnim standardima kako bi se osigurala tačnost merenja.

(G) Korišćenje on-line nadgledanja kad je potrebno

Tehnologija on-line nadgledanja je značajno poboljšana. Za 750kV transformatore sa nivoima PD-a koji prelaze granice, ali nisu kritično visoki, pojačano on-line nadgledanje predstavlja razumnu pristup. Pored PD-a, trebalo bi pratiti parametre kao što su temperatura, struja zemljenja jezgra i klampa, te hromatografija ulja kako bi se kompleksno procenila zdravstvenost transformatora.

VII. Zaključak i perspektiva

• Zaključak: Postojeći standardi pružaju nedovoljna definicija za napone nastanka i nestanka PD, ograničavajući njihovu korisnost u uputstvu za na-mjestne testove. Nivo izolacije 750kV transformatora u Istok Lanzhou je relativno nizak, čime se njegov PD test praktično svodi na "kvazi izdržljivost" test. 12 na-mjestnih PD testova na fazi A transformatoru verovatno su uzrokovali neku akumulativnu stres izolacije. Budući 750kV transformatori bi trebalo da imaju nivo izolacije od najmanje 900kV.

• Perspektiva: Istraživanja i planiranje za 1000kV AC ultra-visokonaponsku prenosu u Kini su završena, a demonstracioni projekti su u izgradnji. Uz još manju maržu izolacije 1000kV transformatora, istraživanja o na-mjestnim komisijalnim testovima trebalo bi započeti rano kako bi se pružila tehnička podrška za praktičnu primenu.