750kV Transformer On-Site PD at Induced Withstand Test: Kasong Pag-aaral at mga Rekomendasyon

I. Palala

Ang proyektong Guanting–Lanzhou East 750kV transmission at substation demonstration sa Tsina ay opisyal na ipinatatakbo noong Setyembre 26, 2005. Ang proyekto na ito ay kasama ang dalawang substation—Lanzhou East at Guanting (bawat isa ay may apat na 750kV transformer, tatlo sa mga ito ay bumubuo ng isang three-phase transformer bank na nasa operasyon, at isa bilang standby)—at isang linya ng transmisyon. Ang mga 750kV transformer na ginamit sa proyekto ay independiyenteng pinag-utos at gawa sa Tsina. Sa panahon ng on-site commissioning tests, natuklasan ang excessive partial discharge (PD) sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Isinasagawa ang kabuuang 12 PD tests bago at pagkatapos ng commissioning. Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng reference standards, proseso, data, at isyu na may kaugnayan sa PD tests ng transformer na ito, at nagbibigay ng praktikal na engineering recommendations upang suportahan ang mga susunod na on-site testing ng 750kV at 1000kV transformers.

II. Pamantayang Transformer Parameters

Ang main transformer sa Lanzhou East Substation ay gawa ng Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Ang pangunahing pamantayan ay sumusunod:

• Model: ODFPS-500000/750

• Rated Voltage: HV 750kV, MV (with ±2.5% tap changer) kV, LV 63kV

• Rated Capacity: 500/500/150 MVA

• Maximum Operating Voltage: 800/363/72.5 kV

• Cooling Method: Forced oil circulation with air cooling (OFAF)

• Oil Weight: 84 tons; Total Weight: 298 tons

• HV Winding Insulation Level: Full-wave impulse 1950kV, chopped-wave impulse 2100kV, short-time induced withstand voltage 1550kV, power frequency withstand voltage 860kV

III. Test Procedure and Standards

(A) Test Procedure

Ayon sa GB1094.3-2003, ang partial discharge test procedure para sa mga transformer ay binubuo ng limang panahon—A, B, C, D, at E—na may tinukoy na applied voltages para sa bawat isa. Ang pre-stress voltage sa panahon ng C period ay inilalarawan bilang 1.7 per unit (pu), kung saan 1 pu = Um/√3 (Um ang maximum system voltage). Ang halagang ito ay bahagyang mas mababa kaysa sa Um na inilalarawan sa GB1094.3-1985. Para sa Lanzhou East transformer, Um = 800kV, kaya ang pre-stress voltage ay dapat 785kV.

(B) Withstand Voltage Requirements

• Ang short-time induced withstand voltage para sa Lanzhou East transformer ay 860kV. Ayon sa "Commissioning Test Standards for 750kV UHV Electrical Equipment" ng State Grid Corporation of China, ang on-site test voltage ay dapat 85% ng factory test value, i.e., 731kV, na mas mababa kaysa sa required pre-stress voltage ng 1.7 pu (785kV).

• Upang ma-resolba ang konflikto sa pagitan ng pre-stress voltage at commissioning withstand voltage, ang mga relevant na standards ay nagsasaad na kung ang pre-stress voltage ay lumampas sa 85% ng factory withstand voltage, ang aktwal na pre-stress voltage ay dapat na kasunduan ng user at manufacturer. Ang "Technical Specification for 750kV Main Transformers" ay eksplisitong nagsasaad na ang on-site PD test pre-stress voltage ay katumbas ng 85% ng factory withstand voltage. Bilang resulta, ang pre-stress voltage para sa on-site PD test ng Lanzhou East transformer ay itinalaga sa 731kV. Ang PD measurement at withstand test ay naisama, kung saan ang phase ng withstand test ay nagsilbing pre-stress stage ng PD test.

(C) Acceptance Criteria for Partial Discharge

Sa ilalim ng test voltage ng 1.5 pu, ang partial discharge level ng transformer ay dapat mas mababa kaysa 500 pC.

IV. Test Process

Mula Agosto 9, 2005, hanggang Abril 26, 2006, isinasagawa ang kabuuang 12 PD tests sa Phase A main transformer sa Lanzhou East Substation. Ang pangunahing impormasyon tungkol sa test ay sumusunod:

Sa kabuuan, ang antas ng PD sa MV winding ng Phase A main transformer bago ang komisyon ay nasa pagitan ng 600 at 910 pC, na lumampas sa kriteryon ng tanggap na 500 pC. Gayunpaman, pagkatapos ng repagsubok noong Abril 26, 2006, ang antas ng PD ay bumaba hanggang 280 pC, na sumasaklaw sa pangangailangan.

V. Pagsusuri ng Test

(A) Partial Discharge Inception Voltage (PDIV) at Extinction Voltage (PDEV)

• Isyu sa Definisyon: Ang GB7354-2003 at DL417-1991 ay nagbibigay ng hindi malinaw na definisyon para sa PDIV at PDEV. Halimbawa, ang "espesipikong halaga" sa definisyon ay hindi malinaw na inilalarawan—bagama't karaniwang inaanggap na 500pC, ito ay nagdudulot ng malaking hindi pagkakaunawaan sa praktikal na aplikasyon. Bukod dito, ang background noise sa mga test on-site madalas umabot sa tens hanggang hundreds of picocoulombs, na nagpapahirap na makilala ang malinaw na simula ng discharge.

• Mga Observasyon sa Kaso: Sa 12 PD test na isinagawa sa Lanzhou East Phase A transformer, ang antas ng PD ay unti-unting tumataas kasabay ng voltage, walang malinaw na jump (maximum step change ~200pC), na nagpapahirap na matukoy ang malinaw na PDIV. Sa ilang mga test, mayroon nang masusukat na PD sa mababang voltage, na nagpapahirap na asesahin kung bumaba ang PDIV. Bukod dito, ang pinakabagong pambansang pamantayan na GB1094.3-2003 ay hindi nagmension ng PDIV o PDEV, na nagreresulta sa hindi magkakatugma na interpretasyon at pagtukoy sa mga praktisyoner.

(B) Lokalisa ng Discharge

• Limitedasyon ng Karaniwang Metodyo: Ang malawak na ginagamit na ultrasonic PD localization method ay nakakadetect ng time difference ng ultrasonic waves na gawa sa mga discharge na umabot sa mga sensor sa tank wall. Gayunpaman, ang metodyong ito ay nakakaharap sa mga hamon tulad ng hindi pa ganap na teknolohiya, ang kinakailangang sapat na energy ng discharge (sa loob ng sensitivity range ng sensor), at hindi malinaw na lokalisa dahil sa multiple reflections at refractions ng ultrasonic waves mula sa inner windings.

• Mga Resulta ng Kaso: Sa panahon ng pre-commissioning tests, ang PD localization equipment ay nagbigay lamang ng rough estimate ng lokasyon ng discharge. Ang control room monitoring system ay hindi nakadetect ng pagbabago ng PD sa voltage, na naglimita sa kapakinabangan ng mga resulta. Ang mga online monitoring system na inilagay nang huli ay hindi rin nakadetect ng relevant na pagbabago sa test noong Abril 26, 2006. Kaya, ang mga resulta ng ultrasonic localization ay dapat ipaglaban sa mga pag-iingat kapag ang antas ng PD ay mababa.

(C) Grabe ng Discharge

Bagama't ang pamantayan ay nagtatakda ng limit na 500pC sa 1.5 pu, sa praktika, walang malaking pagkakaiba sa pagitan ng 500pC at 700pC—sila ay nasa parehong order of magnitude. Bukod dito, kapag ang PD ay nasa ibaba ng 1000pC, karaniwan wala namang visible na discharge trace sa loob ng transformer, at ang mga on-site oil drainage inspections ay malamang na hindi magpapakita ng anumang abnormalidad. Ang pagbalik ng 750kV transformer (malaki at mabigat) sa factory para sa repair ay nagdadala ng mataas na mga panganib.

VI. Mga Rekomendasyon

(A) Tumanggap ng Mas Mataas na Insulation Level

Ang induced withstand voltage ng Lanzhou East transformer ay relatibong mababa. Kasabay ng maikling kasaysayan at limitadong karanasan sa domestic 750kV transformer manufacturing, at ang kinakailangang on-site PD tests, inirerekomenda na ang mga susunod na 750kV main transformers ay magkaroon ng induced withstand voltage na hindi bababa sa 900kV.

(B) I-relax ang On-Site Commissioning PD Test Criteria

Sa ibang bansa, ang PD tests ay striktong isinasagawa lamang sa factory, hindi na ulitin on-site. Sa Tsina, ngunit, ang on-site PD testing ay isang mandatory commissioning item. Inirerekomenda na i-relax ang acceptance criterion para sa on-site PD tests ng 750kV transformers hanggang sa 1000pC, dahil sa mga sumusunod na rason:

• Ang mga transformer na may antas ng PD na nasa pagitan ng 500–1000pC kadalasang nagpapakita ng nabawasan na PD pagkatapos ng panahon ng storage o operasyon (hal. Lanzhou East Phase A transformer).

• Kapag ang PD ay nasa ibaba ng 1000pC, karaniwan wala namang visible na discharge traces, ang on-site inspections ay malamang na hindi magpapakita ng mga isyu, at ang pagbalik sa factory ay nagdadala ng mataas na mga panganib.

• Ang on-site PD tests para sa 750kV at 1000kV transformers ay epektibong "quasi-withstand tests":

• Maliit na voltage margin: Para sa Lanzhou East transformer, ang PD test voltage sa 1.5 pu (693kV, ±3% measurement uncertainty: 672–714kV) ay napakalapit sa commissioning withstand voltage na 731kV, na nagiiwan lamang ng 2.4% margin. Kahit na ang susunod na 750kV transformers ay may induced withstand voltage na tataas hanggang 900kV, ang commissioning test sa 765kV ay nagiiwan pa rin ng limitado na margin. Pareho rin ang sitwasyon para sa 1000kV transformers, ang PD test voltage (1.4 pu = 889kV) ay napakalapit sa 935kV withstand level.

• Mahabang duration: Habang ang standard withstand duration ay lang ang 56 segundo (sa 108Hz test frequency), ang buong PD test ay nag-aapply ng 1.5 pu hanggang sa 65 minuto. Ang paulit-ulit na testing ay maaaring magdulot ng cumulative insulation damage, na nakakaapekto sa lifespan ng transformer.

• May kaunti lang na mga kaso kung saan ang paulit-ulit na on-site tests ay nagbabawas ng excessive PD hanggang sa acceptable levels; sa halip, ang antas ng PD ay maaaring tumataas (hal. Lanzhou East Phase A transformer: 700pC noong Agosto 10, 2005, tumataas hanggang 910pC noong Setyembre 23).

(C) I-redefine ang PD Inception at Extinction Voltages

Ang existing standards ay walang malinaw na definisyon para sa PDIV at PDEV, na maaaring mislead sa interpretasyon ng test (tulad ng nakita sa kaso ng Lanzhou East). Inirerekomenda na i-redefine ang mga termino na ito na may explicit na numerical criteria at kasama ang guidance para sa mga kaso kung saan ang PDIV at PDEV ay hindi malinaw na observable.

(D) Palakasin ang Pag-aaral sa Practical On-Site Techniques

• Magkolekta ng Tunay na Pattern ng PD ng Transformer: Ang karamihan sa mga pattern ng PD na nakikita sa literatura ay mula sa mga pag-simulate sa laboratoryo, na may pagkakaiba sa tunay na pag-uugali ng transformer. Ang mga diagramang pampalalarawan ay hindi sapat upang gabayan ang mga gawain sa field. Mahalagang magkolekta at analisin ang mga pattern ng PD sa totoong mundo at isama sila sa mga manual ng sanggunian para sa pag-aanalisa ng kalidad at pag-locate.

• Paunlarin ang Pag-aaral Laban sa Interference: Ang panlabas na interference ay isang pangunahing hamon sa on-site PD testing. Ang kasalukuyang mga sistema ng pagsukat ay hindi makakilala sa pagitan ng tunay na discharge at interference, depende nang malaki sa karanasan ng operator. Kailangan pa ng mas maraming pag-aaral sa mga pinagmulan ng interference at mga pamamaraan ng pag-suppress.

(E) Kumailangan ng Sertipikasyon para sa mga Kawani ng Test

Ang pagsukat ng PD ay ang pinakateknikal at walang tiyak na resulta sa mga regular na on-site high-voltage tests. Gayunpaman, karaniwan ang mga maling paghuhusga. Dapat sumailalim ang mga kawani sa sistematikong pagsasanay sa mga pundamental na prinsipyong, koneksyon ng kagamitan, pagtugma ng mga komponente, pag-eliminate ng interference, at pag-locate ng PD, at kailangan makakuha ng sertipikasyon bago sila payagan na magsagawa ng mga test.

(F) Regular na Kalibrasyon ng Mga Instrumento ng Test

Ang GB7354-2003 ay malinaw na nagsasaad na ang mga instrumento ng pagsukat ng PD ay dapat ikalibre nang hindi bababa sa dalawang beses taon o pagkatapos ng malaking pag-repair. Sa katotohanan, ito ay madalas hindi ito itinalaga ng maigsi, ang ilang mga instrumento ay ginagamit nang mahabang panahon nang walang kalibrasyon—na may mga error na umabot sa sampung beses. Inirerekomenda ang mahigpit na pagpapatupad ng kalibrasyon batay sa pambansang pamantayan upang matiyak ang tumpak na pagsukat.

(G) Gumamit ng Online Monitoring Kapag Kinakailangan

Ang teknolohiya ng online monitoring ay lubhang nag-improve. Para sa mga 750kV transformer na may lebel ng PD na lumampas sa limitasyon ngunit hindi kritikal, ang pagpapalakas ng online monitoring ay isang mapagkakatiwalaang pamamaraan. Bukod sa PD, ang mga parameter tulad ng temperatura, core at clamp grounding current, at oil chromatography ay dapat ibantayan upang komprehensibong i-assess ang kalusugan ng transformer.

VII. Pagtatapos at Pananaw

• Pagtatapos: Ang mga umiiral na pamantayan ay nagbibigay ng hindi sapat na definisyon para sa inception at extinction voltage ng PD, na nagpapahina sa kanilang kapaki-pakinabang sa paggabay sa on-site tests. Ang insulation level ng Lanzhou East 750kV transformer ay relatibong mababa, kaya ang test ng PD nito ay halos "quasi-withstand" test. Ang 12 na on-site PD tests sa Phase A transformer ay malamang na nagdulot ng ilang cumulative insulation stress. Ang mga susunod na 750kV transformer ay dapat may insulation level ng hindi bababa sa 900kV.

• Pananaw: Ang pag-aaral at plano para sa 1000kV AC ultra-high-voltage transmission ng China ay tapos na, at ang mga proyektong demonstrasyon ay kasalukuyang nasa konstruksyon. Dahil sa mas maliit na insulation margin ng 1000kV transformer, dapat simulan ang maagang pag-aaral sa on-site commissioning tests upang magbigay ng teknikal na suporta para sa praktikal na aplikasyon.