การทดสอบ PD และการทนแรงดันที่เกิดจากการเหนี่ยวนำในหม้อแปลง 750kV ณ สถานที่: กรณีศึกษาและข้อเสนอแนะ

I. บทนำ

โครงการสาธิตการส่งและแปลงไฟฟ้าแรงดัน 750kV จากกวนติงถึงลั่นโจวตะวันออกในประเทศจีนได้เริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 26 กันยายน ปี 2005 โครงการนี้ประกอบด้วยสถานีแปลงไฟฟ้าสองแห่งคือ ลั่นโจวตะวันออกและกวนติง (แต่ละแห่งมีเครื่องแปลงไฟฟ้า 750kV สี่ชุด สามชุดทำงานเป็นแบงค์เฟสสามเฟส และหนึ่งชุดสำรอง) และสายส่งไฟฟ้าหนึ่งเส้น เครื่องแปลงไฟฟ้า 750kV ที่ใช้ในโครงการนี้ได้รับการพัฒนาและผลิตขึ้นเองในประเทศจีน ในระหว่างการทดสอบในการติดตั้งพบว่ามีการปล่อยประจุบางส่วน (PD) มากเกินไปในเครื่องแปลงไฟฟ้าหลักเฟส A ที่สถานีแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออก มีการทดสอบ PD ทั้งหมด 12 ครั้งก่อนและหลังการติดตั้ง บทความนี้วิเคราะห์มาตรฐานอ้างอิง ขั้นตอน การทดสอบ ข้อมูล และปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบ PD ของเครื่องแปลงไฟฟ้านี้ และนำเสนอคำแนะนำเชิงปฏิบัติงานเพื่อสนับสนุนการทดสอบบนไซต์ในอนาคตของเครื่องแปลงไฟฟ้า 750kV และ 1000kV

II. พารามิเตอร์พื้นฐานของเครื่องแปลงไฟฟ้า

เครื่องแปลงไฟฟ้าหลักที่สถานีแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออกถูกผลิตโดยบริษัท Xi’an XD Transformer Co., Ltd. พารามิเตอร์สำคัญมีดังนี้:

• รุ่น: ODFPS-500000/750

• แรงดันไฟฟ้ากำหนด: HV 750kV, MV (พร้อมสวิตช์เปลี่ยนระดับ ±2.5%) kV, LV 63kV

• กำลังกำหนด: 500/500/150 MVA

• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการทำงาน: 800/363/72.5 kV

• วิธีการทำความเย็น: การหมุนเวียนน้ำมันบังคับด้วยอากาศ (OFAF)

• น้ำหนักน้ำมัน: 84 ตัน; น้ำหนักรวม: 298 ตัน

• ระดับฉนวนวงจร HV: แรงดันกระแทกแบบคลื่นเต็ม 1950kV, แรงดันกระแทกแบบคลื่นตัด 2100kV, แรงดันทนทานสั้นๆ ที่เหนี่ยวนำ 1550kV, แรงดันทนทานความถี่พลังงาน 860kV

III. ขั้นตอนการทดสอบและมาตรฐาน

(A) ขั้นตอนการทดสอบ

ตาม GB1094.3-2003 ขั้นตอนการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยระยะเวลาห้าช่วง—A, B, C, D, และ E—พร้อมแรงดันที่กำหนดสำหรับแต่ละช่วง แรงดันก่อนการทดสอบในช่วง C ถูกกำหนดไว้ที่ 1.7 pu (pu = Um/√3 โดยที่ Um เป็นแรงดันสูงสุดของระบบ) ค่านี้ต่ำกว่า Um ที่ระบุใน GB1094.3-1985 สำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออก Um = 800kV ดังนั้นแรงดันก่อนการทดสอบควรเป็น 785kV

(B) ข้อกำหนดแรงดันทนทาน

• แรงดันทนทานสั้นๆ ที่เหนี่ยวนำสำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออกคือ 860kV ตาม "มาตรฐานการทดสอบการติดตั้งสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูง 750kV" ของ State Grid Corporation of China แรงดันทดสอบบนไซต์ควรเป็น 85% ของค่าทดสอบจากโรงงาน คือ 731kV ซึ่งน้อยกว่าแรงดันก่อนการทดสอบที่กำหนด 1.7 pu (785kV)

• เพื่อแก้ไขข้อขัดแย้งระหว่างแรงดันก่อนการทดสอบและแรงดันทนทานในการติดตั้ง มาตรฐานที่เกี่ยวข้องระบุว่าหากแรงดันก่อนการทดสอบสูงกว่า 85% ของแรงดันทนทานจากโรงงาน แรงดันก่อนการทดสอบที่แท้จริงควรถูกตกลงระหว่างผู้ใช้และผู้ผลิต "ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าหลัก 750kV" ระบุอย่างชัดเจนว่าแรงดันก่อนการทดสอบ PD บนไซต์เท่ากับ 85% ของแรงดันทนทานจากโรงงาน ดังนั้น แรงดันก่อนการทดสอบ PD บนไซต์สำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออกถูกตั้งไว้ที่ 731kV การวัด PD และการทดสอบทนทานถูกรวมเข้าด้วยกัน โดยระยะทดสอบทนทานทำหน้าที่เป็นระยะก่อนการทดสอบ PD

(C) ข้อกำหนดการยอมรับสำหรับการปล่อยประจุบางส่วน

ภายใต้แรงดันทดสอบ 1.5 pu ระดับการปล่อยประจุบางส่วนของเครื่องแปลงไฟฟ้าต้องน้อยกว่า 500 pC

IV. กระบวนการทดสอบ

ตั้งแต่วันที่ 9 สิงหาคม 2005 ถึงวันที่ 26 เมษายน 2006 มีการทดสอบ PD ทั้งหมด 12 ครั้งบนเครื่องแปลงไฟฟ้าหลักเฟส A ที่สถานีแปลงไฟฟ้าลั่นโจวตะวันออก ข้อมูลการทดสอบสำคัญสรุปดังนี้:

โดยรวมแล้ว ระดับ PD ของขดลวด MV ของหม้อแปลงหลักเฟส A ก่อนเริ่มใช้งานอยู่ระหว่าง 600 ถึง 910 pC ซึ่งเกินเกณฑ์การยอมรับที่ 500 pC แต่หลังจากทดสอบใหม่เมื่อวันที่ 26 เมษายน 2006 หลังจากเริ่มใช้งาน ระดับ PD ลดลงเหลือ 280 pC ซึ่งตรงตามความต้องการ

V. การวิเคราะห์ผลทดสอบ

(A) แรงดันเริ่มต้นของการปล่อยประจุบางส่วน (PDIV) และแรงดันสิ้นสุดของการปล่อยประจุบางส่วน (PDEV)

• ปัญหาการกำหนดความหมาย: GB7354-2003 และ DL417-1991 ให้คำนิยามที่ไม่ชัดเจนสำหรับ PDIV และ PDEV เช่น "ค่าที่กำหนด" ในคำนิยามไม่ได้ระบุไว้อย่างชัดเจน—แม้ว่า 500pC จะถูกสมมติว่าเป็นค่านั้น แต่ก็ทำให้เกิดความไม่สอดคล้องกันอย่างมากในการใช้งานจริง นอกจากนี้ เสียงรบกวนในสถานที่ทดสอบมักจะสูงถึงหลายสิบถึงหลายร้อยพิโคคูลอมบ์ ทำให้ยากที่จะระบุจุดเริ่มต้นของการปล่อยประจุ

• การสังเกตกรณีศึกษา: จากการทดสอบ PD 12 ครั้งที่ทำการทดสอบบนหม้อแปลงเฟส A ที่ภาคตะวันออกของ Lanshou ระดับ PD เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปตามแรงดัน โดยไม่มีการกระโดดที่ชัดเจน (การเปลี่ยนแปลงสูงสุดประมาณ 200pC) ทำให้ไม่สามารถระบุ PDIV ที่ชัดเจนได้ ในบางการทดสอบ มีการวัด PD ที่ระดับแรงดันต่ำ ทำให้ยากที่จะประเมินว่า PDIV ลดลงหรือไม่ ยิ่งไปกว่านั้น มาตรฐานแห่งชาติฉบับล่าสุด GB1094.3-2003 ไม่ได้กล่าวถึง PDIV หรือ PDEV ทำให้เกิดการตีความและกำหนดที่ไม่สอดคล้องกันระหว่างผู้ปฏิบัติงาน

(B) การระบุตำแหน่งการปล่อยประจุ

• ข้อจำกัดของวิธีที่ใช้ทั่วไป: วิธีการระบุตำแหน่งการปล่อยประจุด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ตรวจจับเวลาที่แตกต่างของคลื่นเสียงที่สร้างจากการปล่อยประจุที่มาถึงเซ็นเซอร์บนผนังถัง แต่วิธีนี้เผชิญกับปัญหาเช่น เทคโนโลยีที่ยังไม่สมบูรณ์ ต้องการพลังงานการปล่อยประจุที่เพียงพอ (อยู่ในช่วงความไวของเซ็นเซอร์) และการระบุตำแหน่งที่ไม่แม่นยำเนื่องจากการสะท้อนและหักเหของคลื่นเสียงจากขดลวดภายใน

• ผลการทดสอบกรณีศึกษา: ระหว่างการทดสอบก่อนเริ่มใช้งาน อุปกรณ์ระบุตำแหน่งการปล่อยประจุให้ผลประมาณการคร่าวๆ ของตำแหน่งการปล่อยประจุ ระบบตรวจสอบในห้องควบคุมไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ PD ตามแรงดันได้ ทำให้ผลลัพธ์มีประโยชน์น้อย ระบบตรวจสอบออนไลน์ที่ติดตั้งภายหลังก็ไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องระหว่างการทดสอบวันที่ 26 เมษายน 2006 ดังนั้น ผลการระบุตำแหน่งด้วยคลื่นเสียงควรใช้ด้วยความระมัดระวังเมื่อระดับ PD ต่ำ

(C) ความรุนแรงของการปล่อยประจุ

แม้ว่ามาตรฐานจะระบุขีดจำกัดที่ 500pC ที่ 1.5 pu แต่ในทางปฏิบัติ ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง 500pC และ 700pC—ทั้งสองอยู่ในระดับเดียวกัน นอกจากนี้ เมื่อ PD ต่ำกว่า 1000pC มักจะไม่มีร่องรอยการปล่อยประจุที่มองเห็นได้ภายในหม้อแปลง และการตรวจสอบด้วยการระบายน้ำมันที่สถานที่มักจะไม่พบความผิดปกติ การส่งหม้อแปลง 750kV (ขนาดใหญ่และหนัก) กลับไปที่โรงงานเพื่อซ่อมแซมมีความเสี่ยงสูง

VI. ข้อเสนอแนะ

(A) เพิ่มระดับฉนวน

แรงดันทนทานที่เหนี่ยวนำของหม้อแปลงภาคตะวันออกของ Lanshou ค่อนข้างต่ำ ด้วยประวัติศาสตร์การผลิตหม้อแปลง 750kV ในประเทศที่ยังสั้นและประสบการณ์ที่จำกัด รวมถึงความจำเป็นในการทดสอบ PD ที่สถานที่ เราขอแนะนำให้หม้อแปลงหลัก 750kV ในอนาคตมีแรงดันทนทานที่เหนี่ยวนำไม่น้อยกว่า 900kV

(B) ผ่อนปรนเกณฑ์การทดสอบ PD ที่สถานที่

ต่างประเทศ การทดสอบ PD ดำเนินการเฉพาะที่โรงงานเท่านั้น ไม่ได้ทำการทดสอบซ้ำที่สถานที่ ในประเทศจีน อย่างไรก็ตาม การทดสอบ PD ที่สถานที่เป็นรายการที่ต้องมีในการเริ่มใช้งาน เราขอแนะนำให้ผ่อนปรนเกณฑ์การยอมรับสำหรับการทดสอบ PD ที่สถานที่ของหม้อแปลง 750kV ให้ต่ำกว่า 1000pC ด้วยเหตุผลดังนี้:

• หม้อแปลงที่มีระดับ PD ระหว่าง 500–1000pC มักจะแสดงระดับ PD ที่ลดลงเมื่อทำการทดสอบซ้ำหลังจากเก็บหรือใช้งานเป็นระยะเวลานึง (เช่น หม้อแปลงเฟส A ที่ภาคตะวันออกของ Lanshou)

• เมื่อ PD ต่ำกว่า 1000pC มักจะไม่พบร่องรอยการปล่อยประจุที่มองเห็นได้ การตรวจสอบที่สถานที่มักจะไม่พบปัญหา และการส่งกลับไปที่โรงงานมีความเสี่ยงสูง

• การทดสอบ PD ที่สถานที่สำหรับหม้อแปลง 750kV และ 1000kV เป็นเหมือนการทดสอบ "ทนทานแบบกึ่ง"

• ขอบเขตแรงดันที่เล็ก: สำหรับหม้อแปลงภาคตะวันออกของ Lanshou แรงดันทดสอบ PD ที่ 1.5 pu (693kV, ±3% ความไม่แน่นอนในการวัด: 672–714kV) ใกล้เคียงกับแรงดันทนทานที่เริ่มใช้งานที่ 731kV ซึ่งเหลือขอบเขตเพียง 2.4% แม้ว่าในอนาคต หม้อแปลง 750kV จะมีแรงดันทนทานที่เหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นเป็น 900kV การทดสอบที่เริ่มใช้งานที่ 765kV ก็ยังคงมีขอบเขตที่จำกัด เช่นเดียวกัน สำหรับหม้อแปลง 1000kV แรงดันทดสอบ PD (1.4 pu = 889kV) ใกล้เคียงกับระดับทนทานที่ 935kV

• ระยะเวลาที่ยาวนาน: แม้ว่าระยะเวลาการทดสอบทนทานมาตรฐานจะอยู่ที่ประมาณ 56 วินาที (ที่ความถี่ทดสอบ 108Hz) การทดสอบ PD ที่เต็มรูปแบบใช้แรงดัน 1.5 pu นานถึง 65 นาที การทดสอบซ้ำอาจทำให้เกิดความเสียหายสะสมของฉนวน ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของหม้อแปลง

• มีกรณีที่การทดสอบซ้ำที่สถานที่ลดระดับ PD ที่สูงเกินไปให้เป็นระดับที่ยอมรับได้น้อยมาก แทนที่จะเพิ่มระดับ PD (เช่น หม้อแปลงเฟส A ที่ภาคตะวันออกของ Lanshou: 700pC วันที่ 10 สิงหาคม 2005 เพิ่มเป็น 910pC วันที่ 23 กันยายน)

(C) กำหนดใหม่ PDIV และ PDEV

มาตรฐานที่มีอยู่ขาดคำนิยามที่ชัดเจนสำหรับ PDIV และ PDEV ซึ่งอาจทำให้การตีความผลทดสอบผิดพลาด (ดังที่เห็นในกรณีของ Lanshou) เราขอแนะนำให้กำหนดคำนิยามใหม่ด้วยเกณฑ์ตัวเลขที่ชัดเจน และรวมคำแนะนำสำหรับกรณีที่ PDIV และ PDEV ไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจน

(D) เสริมการวิจัยเทคนิคการทดสอบที่สถานที่

• รวบรวมรูปแบบ PD ของหม้อแปลงจริง: รูปแบบ PD ที่พบบ่อยในวรรณกรรมส่วนใหญ่มาจากการจำลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งแตกต่างจากพฤติกรรมของหม้อแปลงจริง แผนภูมิเชิงภาพไม่เพียงพอสำหรับการแนะนำงานภาคสนาม เป็นสิ่งสำคัญในการรวบรวมและวิเคราะห์รูปแบบ PD ในโลกจริงและจัดทำเป็นคู่มืออ้างอิงสำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและการระบุตำแหน่ง

• พัฒนาการวิจัยต้านทานการรบกวน: การรบกวนจากภายนอกเป็นความท้าทายหลักในการทดสอบ PD บนไซต์ ระบบการวัดปัจจุบันไม่สามารถแยกแยะระหว่างการปล่อยไฟฟ้าที่แท้จริงและสัญญาณรบกวนได้ ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานเป็นอย่างมาก จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนและวิธีการปราบปราม

(E) ต้องการใบรับรองสำหรับเจ้าหน้าที่ทดสอบ

การวัด PD เป็นการทดสอบแรงดันสูงประจำที่ซับซ้อนและไม่แน่นอนที่สุด การตัดสินใจผิดพลาดเป็นเรื่องปกติ เจ้าหน้าที่ควรได้รับการฝึกอบรมอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับหลักการพื้นฐาน การต่อสายอุปกรณ์ การจับคู่ส่วนประกอบ การกำจัดสัญญาณรบกวน และการระบุตำแหน่ง PD และต้องได้รับการรับรองก่อนที่จะได้รับอนุญาตให้ทำการทดสอบ

(F) สอบเทียบเครื่องมือทดสอบอย่างสม่ำเสมอ

GB7354-2003 ระบุไว้อย่างชัดเจนว่าเครื่องมือวัด PD ต้องได้รับการสอบเทียบอย่างน้อยสองครั้งต่อปี หรือหลังจากการซ่อมแซมใหญ่ ในทางปฏิบัติ มักไม่ได้ปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด โดยบางเครื่องมือใช้งานเป็นเวลาหลายปีโดยไม่มีการสอบเทียบ—ได้มีการบันทึกความคลาดเคลื่อนสูงถึงสิบเท่า ขอแนะนำให้ดำเนินการสอบเทียบตามมาตรฐานแห่งชาติอย่างเคร่งครัดเพื่อรับประกันความแม่นยำในการวัด

(G) ใช้การตรวจสอบออนไลน์เมื่อจำเป็น

เทคโนโลยีการตรวจสอบออนไลน์ได้พัฒนาขึ้นอย่างมาก สำหรับหม้อแปลง 750kV ที่มีระดับ PD สูงเกินกว่ากำหนดแต่ไม่สูงอย่างวิกฤต การตรวจสอบออนไลน์ที่เพิ่มขึ้นเป็นวิธีการที่เหมาะสม นอกจาก PD แล้ว ควรวัดพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่น อุณหภูมิ กระแสกราวด์ของแกนและคลิป และโครมาโตกราฟีของน้ำมัน เพื่อประเมินสภาพสุขภาพของหม้อแปลงอย่างครอบคลุม

VII. สรุปและแนวโน้ม

• สรุป: มาตรฐานที่มีอยู่ให้คำนิยามที่ไม่เพียงพอสำหรับแรงดันเริ่มต้นและการสิ้นสุดของ PD จำกัดประโยชน์ในการแนะนำการทดสอบบนไซต์ ระดับฉนวนของหม้อแปลง 750kV ที่ลันโจวตะวันออกค่อนข้างต่ำ ทำให้การทดสอบ PD ของมันเป็นการทดสอบ "กึ่งทนทาน" อย่างแท้จริง การทดสอบ PD บนไซต์ 12 ครั้งที่ทำกับหม้อแปลงเฟส A อาจทำให้เกิดความเครียดสะสมของฉนวนบางส่วน ในอนาคต หม้อแปลง 750kV ควรมีระดับฉนวนอย่างน้อย 900kV

• แนวโน้ม: การวิจัยและการวางแผนสำหรับการส่งผ่านไฟฟ้าแรงดันสูง AC 1000kV ของจีนได้เสร็จสิ้น และโครงการสาธิตกำลังอยู่ในการก่อสร้าง ด้วยขอบเขตฉนวนที่เล็กกว่าของหม้อแปลง 1000kV ควรเริ่มการวิจัยเกี่ยวกับการทดสอบการส่งมอบบนไซต์ในระยะเริ่มต้นเพื่อให้การสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการใช้งานจริง