750kV Tranformator Yerinde PD ve Tavsiyeleri ile İndirgenmiş Dayanıklılık Testi: Vaka Çalışması

I. Giriş

Çin'deki Guanting–Lanzhou Doğu 750kV iletim ve trafiği gösteri projesi resmen 26 Eylül 2005'te hizmete girdi. Bu proje, Lanzhou Doğu ve Guanting (her biri dört 750kV transforma ile donatılmış, bunların üçü faal durumda üç fazlı transforma grubunu oluştururken, bir tanesi yedek olarak) olmak üzere iki trafik ve bir iletim hattını içeriyor. Projede kullanılan 750kV transformalar bağımsız olarak Çin'de geliştirildi ve üretildi. Yerinde komisyonlama testleri sırasında, Lanzhou Doğu Trafik Merkezi'ndeki A Fazı ana transformatöründe aşırı kısmi salınım (PD) tespit edildi. Komisyonlamadan önce ve sonra toplam 12 PD testi gerçekleştirildi. Bu makale, bu transformatörün PD testleriyle ilgili referans standartları, prosedürler, veriler ve sorunları analiz ediyor ve gelecekteki 750kV ve 1000kV transformatörlerin yerinde testlerine destek olacak pratik mühendislik önerileri sunuyor.

II. Temel Transformatör Parametreleri

Lanzhou Doğu Trafik Merkezi'ndeki ana transformatör Xi’an XD Transformer Co., Ltd. tarafından üretilmiştir. Ana parametreler aşağıdaki gibidir:

• Model: ODFPS-500000/750

• Nominal Gerilim: Yüksek Gerilim (HG) 750kV, Orta Gerilim (MG) (±2.5% gerilim ayarlayıcı ile) kV, Düşük Gerilim (DG) 63kV

• Nominal Kapasite: 500/500/150 MVA

• Maksimum İşletme Gerilimi: 800/363/72.5 kV

• Soğutma Yöntemi: Zorlanmış yağ devri ve hava soğutması (OFAF)

• Yağ Ağırlığı: 84 ton; Toplam Ağırlık: 298 ton

• Yüksek Gerilim Bobini yalıtım seviyesi: Tam dalga darbe 1950kV, kesik dalga darbe 2100kV, kısa süreli indüklenmiş dayanıklılık gerilimi 1550kV, güç frekansı dayanıklılık gerilimi 860kV

III. Test Prosedürü ve Standartları

(A) Test Prosedürü

GB1094.3-2003'e göre, transformatörler için kısmi salınım test prosedürü A, B, C, D ve E olmak üzere beş zaman diliminden oluşur ve her biri için belirlenmiş uygulanacak gerilimler vardır. C dönemi boyunca ön-stres gerilimi 1.7 per birim (pu) olarak tanımlanmıştır, burada 1 pu = Um/√3 (Um maksimum sistem gerilimidir). Bu değer, GB1094.3-1985'te belirtilen Um'dan biraz daha düşüktür. Lanzhou Doğu transformatörü için Um = 800kV olduğundan, ön-stres gerilimi 785kV olmalıdır.

(B) Dayanıklılık Gerilimi Gereklilikleri

• Lanzhou Doğu transformatörü için kısa süreli indüklenmiş dayanıklılık gerilimi 860kV'dir. Çin Devlet Elektrik Şebekesi Şirketi'nin "750kV UHŞ Elektrik Ekipmanları İçin Komisyonlama Test Standartlarına" göre, yerinde test gerilimi fabrika test değerin %85'i olmalıdır, yani 731kV, bu da gereken ön-stres gerilimi olan 1.7 pu (785kV)'den daha azdır.

• Ön-stres gerilimi ile komisyonlama dayanıklılık gerilimi arasındaki çelişkiyi çözmek için, ilgili standartlar, ön-stres geriliminin fabrika dayanıklılık geriliminin %85'inden yüksek olması durumunda, gerçek ön-stres geriliminin kullanıcı ve üretici arasında anlaşılması gerektiğini belirtmektedir. "750kV Ana Transformatörler İçin Teknik Spekifikasyon" açıkça belirtmektedir ki, yerinde PD testi ön-stres gerilimi, fabrika dayanıklılık geriliminin %85'ine eşittir. Bu nedenle, Lanzhou Doğu transformatörü için yerinde PD testi ön-stres gerilimi 731kV olarak ayarlandı. PD ölçümü ve dayanıklılık testi birleştirildi, dayanıklılık testi aşaması PD testinin ön-stres aşaması olarak hizmet gördü.

(C) Kısmi Salınım için Kabul Kriterleri

1.5 pu test gerilimi altında, transformatörün kısmi salınım düzeyi 500 pC'den düşük olmalıdır.

IV. Test Süreci

9 Ağustos 2005 ile 26 Nisan 2006 tarihleri arasında, Lanzhou Doğu Trafik Merkezi'ndeki A Fazı ana transformatörü üzerinde toplam 12 PD testi gerçekleştirildi. Ana test bilgileri aşağıda özetlenmiştir:

Genel olarak, A faz ana transformatörünün MV sarımındaki PD seviyesi, komisyona alınmadan önce 600 ile 910 pC arasında değişiyordu, bu 500 pC kabul kriterini aşıyordu. Ancak, komisyon sonrası 26 Nisan 2006'da yapılan tekrar test sonucunda PD seviyesi 280 pC'ye düştü ve gereklilikleri karşıladı.

V. Test Analizi

(A) Kısmi Devre Açma Başlangıç Gerilimi (PDIV) ve Son Gerilimi (PDEV)

• Tanım Sorunları: GB7354-2003 ve DL417-1991, PDIV ve PDEV için net olmayan tanımlar sağlar. Örneğin, tanım içindeki "belirtilen değer" açıkça tanımlanmamıştır—genellikle 500pC varsayılmaktadır, ancak bu pratik uygulamada önemli tutarsızlıklar doğurur. Ayrıca, saha testlerinde arka plan gürültüsü genellikle onlarca hatta yüzlerce pikokulomb seviyesine ulaşabilir, bu da bir devre açmanın belirgin bir başlangıcının tespit edilmesini zorlaştırır.

• Vaka Gözlemleri: Lanzhou Doğu A faz transformatöründe yapılan 12 PD testinde, PD seviyesi voltajla orantılı olarak arttı, ancak belirgin bir sıçrama olmadı (maksimum adım değişimi yaklaşık 200pC), bu nedenle net bir PDIV belirlenmesi mümkün değildi. Bazı testlerde düşük voltajlarda ölçülebilir PD zaten mevcuttu, bu nedenle PDIV'nin azaldığına dair değerlendirme zordu. Ayrıca, en son ulusal standart GB1094.3-2003, PDIV veya PDEV hakkında bahsetmedi, bu da uygulayıcılar arasında yorum ve belirleme konusunda tutarsızlık yarattı.

(B) Devre Açma Yerleştirme

• Ortak Yöntemlerin Sınırlamaları: Geniş ölçüde kullanılan ultrasonik PD yerleştirme yöntemi, tank duvarındaki sensörlere ulaşan devre açmalardan kaynaklanan ultrasonik dalgaların zaman farkını tespit eder. Ancak, bu yöntem, teknolojinin olgunlaşmamış olması, yeterince büyük devre açma enerjisinin gerektirilmesi (sensör hassasiyet aralığında), iç sarımlardan kaynaklanan çoklu yansıma ve kırılmanın neden olduğu yanlış yerleştirme gibi zorluklarla karşı karşıyadır.

• Vaka Sonuçları: Komisyon öncesi testler sırasında, PD yerleştirme ekipmanı sadece devre açma yerini kaba bir tahminle belirledi. Kontrol odası izleme sistemi, voltajla birlikte PD değişimlerini tespit edemedi, bu nedenle sonuçların faydalılığı sınırlıydı. Daha sonra kurulan çevrimiçi izleme sistemleri de 26 Nisan 2006 testinde ilgili değişiklikleri tespit edemedi. Bu nedenle, PD seviyeleri düşük olduğunda ultrasonik yerleştirme sonuçlarına dikkatli yaklaşmak gerekir.

(C) Devre Açma Şiddeti

Standart, 1.5 pu'da 500pC sınırını belirler, ancak pratikte 500pC ve 700pC arasında anlamlı bir fark yoktur—aynı büyüklük sırasına aittir. Ayrıca, PD 1000pC'nin altında olduğunda, genellikle transformatörün içinde görünür bir devre açma izi bulunmaz ve saha yağ boşaltma incelemeleri nadiren anormallikler ortaya çıkarır. 750kV transformatörünü (büyük ve ağır) fabrikaya geri göndermek yüksek riskler taşır.

VI. Öneriler

(A) yalıtım Seviyesini Artırma

Lanzhou Doğu transformatörünün indüklenmiş dayanıklılık gerilimi göreceli olarak düşüktür. Ülkenin 750kV transformatör üretiminde kısa geçmişi ve sınırlı deneyimini, ayrıca saha PD testlerinin gerekliliğini göz önünde bulundurarak, gelecekteki 750kV ana transformatörlerin en az 900kV indüklenmiş dayanıklılık gerilimi olması önerilir.

(B) Saha Komisyon PD Test Kriterlerini gevşetme

Yurtdışında, PD testleri sadece fabrikada sıkı bir şekilde gerçekleştirilir, sahada tekrarlanmaz. Çin'de ise, saha PD testi zorunlu bir komisyon maddesidir. Aşağıdaki nedenlerle, 750kV transformatörlerin saha PD testleri için kabul kriterinin 1000pC'nin altına indirilmesi önerilir:

• 500–1000pC arası PD seviyelerine sahip transformatörler, depolama veya operasyon sonrası bir süre sonra yapılan tekrar testlerde genellikle daha düşük PD seviyeleri gösterir (örneğin, Lanzhou Doğu A faz transformatörü).

• PD 1000pC'nin altında olduğunda, genellikle görünür devre açma izleri bulunmaz, saha incelemeleri nadiren sorunları tespit eder ve fabrikaya iade yüksek riskler taşır.

• 750kV ve 1000kV transformatörler için saha PD testleri etkili bir şekilde "yarı dayanıklılık testleri"dır:

• Küçük gerilim marjı: Lanzhou Doğu transformatörü için, 1.5 pu'da (693kV, ±3% ölçüm belirsizliği: 672–714kV) PD test gerilimi, 731kV komisyon dayanıklılık gerilimine çok yakındır, sadece 2.4% marj bırakır. Gelecekteki 750kV transformatörlerin indüklenmiş dayanıklılık geriliminin 900kV'ya yükseltildiği durumda bile, 765kV'da yapılan komisyon testi sınırlı bir marj bırakır. Benzer şekilde, 1000kV transformatörler için, PD test gerilimi (1.4 pu = 889kV) 935kV dayanıklılık seviyesine çok yakındır.

• Uzun süre: Standart dayanıklılık süresi sadece yaklaşık 56 saniyedir (108Hz test frekansında), ancak tam PD testi 1.5 pu'yu 65 dakika boyunca uygular. Tekrarlı testler, toplam yalıtım hasarına neden olabilir, bu da transformatörün ömrünü etkileyebilir.

• Saha testlerinin tekrarlanması, aşırı PD'yi kabul edilebilir seviyelere indirmede pek çok vaka yoktur; bunun yerine, PD seviyeleri artabilir (örneğin, Lanzhou Doğu A faz transformatörü: 10 Ağustos 2005'te 700pC, 23 Eylül'e kadar 910pC'ye yükseldi).

(C) PD Başlangıç ve Son Gerilimlerini Yeniden Tanımlama

Mevcut standartlar, PDIV ve PDEV için net tanımlar eksik, bu nedenle test yorumunu yanıltabilir (Lanzhou Doğu vakası gibi). Bu terimlerin açık sayısal kriterlerle yeniden tanımlanması ve PDIV ve PDEV belirgin olarak gözlemlenemediği durumlarda rehberlik yapılması önerilir.

(D) Pratik Saha Tekniklerine İlişkin Araştırma Çalışmalarını Güçlendirme

• Gerçek Dönüşümci PD Desenlerini Toplama: Literatürdeki en tipik PD desenlerinin çoğu laboratuvar simulasyonlarından gelmektedir ve bu desenler gerçek dönüşümci davranışından farklıdır. Gösterici diyagramlar alan çalışmasında rehberlik etmek için yeterli değildir. Gerçek dünya PD desenlerini toplamak, analiz etmek ve bunları nitel analiz ve yerleştirme için referans kitaplarına derlemek önemlidir.

• Gelişmiş Anti-Parazit Araştırma: Dış parazit, saha PD testinde büyük bir zorluktur. Mevcut ölçüm sistemleri gerçek deşarjları ve paraziti ayırt edemez, bu nedenle operatör deneyimine çok fazla bağlıdır. Parazit kaynakları ve baskınlama yöntemleri üzerine daha fazla araştırma gerekmektedir.

(E) Test Personeli İçin Sertifikaya İhtiyacın Varmıştır

PD ölçümü, rutin saha yüksek gerilim testlerinin en teknik olarak zorlu ve tahmin edilemezidir. Ancak yanlış yargılara sık rastlanır. Personel, temel ilkeler, ekipman bağlantıları, bileşen uyumu, parazit eleme ve PD yerleştirme konularında sistematik eğitim almalı ve test yapma izni verilmeden önce sertifika almalıdır.

(F) Test Enstrümanlarının Düzenli Kalibrasyonu

GB7354-2003, PD ölçüm enstrümanlarının en az yılda iki kez veya büyük onarımlar sonrası kalibrasyon yapılmasını açıkça belirtmektedir. Pratikte bu genellikle sıkı bir şekilde takip edilmez, bazı enstrümanlar yıllarca kalibrasyonsuz kullanılır—kaydedilen hatalar yüzlerce katına kadar çıkabilmektedir. Ölçüm doğruluğunu sağlamak için ulusal standartlara göre kalibrasyonun sıkı bir şekilde uygulanması önerilir.

(G) Gerektiğinde Çevrimiçi İzleme Kullanımı

Çevrimiçi izleme teknolojisi önemli ölçüde gelişmiştir. PD seviyeleri sınırların üzerinde ancak kritik düzeyde olmayan 750kV dönüşümcüler için geliştirilmiş çevrimiçi izleme makul bir yaklaşımdır. PD dışında, sıcaklık, çekirdek ve kıskaç yerleştirme akımı, yağ kromatografisi gibi parametrelerin de izlenmesi, dönüşümcinin sağlığı hakkında kapsamlı bir değerlendirme yapmak için gereklidir.

VII. Sonuç ve Beklenti

• Sonuç: Mevcut standartlar PD başlangıç ve son voltajları için yetersiz tanımlamalar sağlayarak, saha testlerinde rehberlik etmelerinde sınırlılıklar göstermektedir. Lanzhou Doğu 750kV dönüşümcinin yalıtım seviyesi nispeten düşük olduğundan, PD testi esasen bir "quasi-withstand" testidir. A Fazı dönüşümçisi üzerinde yapılan 12 saha PD testi muhtemelen bazı kümülatif yalıtım stresine neden olmuştur. Gelecekteki 750kV dönüşümçilerin en az 900kV olan bir yalıtım seviyesine sahip olması gerekir.

• Beklenti: Çin'in 1000kV AC aşırı yüksek gerilim iletimi üzerine araştırma ve planlama tamamlanmış ve gösterge projeleri inşa aşamasındadır. 1000kV dönüşümçilerin daha da küçük olan yalıtım marjı göz önüne alındığında, saha komisyonlama testleri üzerine erken araştırmalar başlatılmalıdır, böylece pratik uygulamalar için teknik destek sağlanabilir.