750 кВ трансформатор на місці випробування PD та викликана стійкість: Випадок вивчення та рекомендації

I. Вступ

Демонстраційний проект з передачі та підстанції 750 кВ Гуантінг-Південна Ланьчжоу в Китаї був офіційно запущений 26 вересня 2005 року. Цей проект включає дві підстанції — Південну Ланьчжоу і Гуантінг (кожна оснащена чотирма трансформаторами 750 кВ, три з яких утворюють трьохфазний банк трансформаторів в експлуатації, а один на залишку) — та одну лінію передачі. Трансформатори 750 кВ, використані в проекті, були незалежно розроблені та виготовлені в Китаї. Під час на місцевих тестах на вводі в експлуатацію було виявлено надмірне часткове розрядження (ЧР) у фазному трансформаторі A на підстанції Південна Ланьчжоу. Загалом було проведено 12 тестів ЧР до та після вводу в експлуатацію. У цій статті аналізуються референтні стандарти, процедури, дані та питання, пов'язані з тестами ЧР цього трансформатора, та пропонуються практичні інженерні рекомендації для підтримки майбутніх на місцевих тестів трансформаторів 750 кВ та 1000 кВ.

II. Основні параметри трансформатора

Основний трансформатор на підстанції Південна Ланьчжоу був виготовлений компанією Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Основні параметри такі:

• Модель: ODFPS-500000/750

• Номінальна напруга: ВН 750 кВ, СН (з ±2,5% переключником) кВ, НН 63 кВ

• Номінальна потужність: 500/500/150 МВА

• Максимальна робоча напруга: 800/363/72,5 кВ

• Спосіб охолодження: Примусовий масляний циркуляційний з повітряним охолодженням (OFAF)

• Вага масла: 84 тонни; Загальна вага: 298 тонн

• Рівень ізоляції обмотки ВН: Полнохвильовий імпульс 1950 кВ, обрізаний хвильовий імпульс 2100 кВ, короткотривалий викликаний витривалий струм 1550 кВ, промисловочастотний витривалий струм 860 кВ

III. Процедура та стандарти тестування

(A) Процедура тестування

Згідно з GB1094.3-2003, процедура тестування часткового розрядження трансформаторів складається з п'яти часових періодів — A, B, C, D, E — з визначеними застосованими напругами для кожного. Переднапруження під час періоду C визначено як 1,7 одиничних (pu), де 1 pu = Um/√3 (Um — максимальна системна напруга). Це значення трохи нижче, ніж Um, визначений в GB1094.3-1985. Для трансформатора Південна Ланьчжоу Um = 800 кВ, тому переднапруження має становити 785 кВ.

(B) Вимоги до витривалості напруги

• Короткотривалий викликаний витривалий струм для трансформатора Південна Ланьчжоу становить 860 кВ. Згідно з "Стандартами випробування при введенні в експлуатацію електрообладнання УВН 750 кВ" Корпорації Державної мережі Китаю, напруга на місцевому тесті повинна становити 85% від заводського тестового значення, тобто 731 кВ, що менше, ніж необхідне переднапруження 1,7 pu (785 кВ).

• Для вирішення конфлікту між переднапруженням та витривальністю напруги при введенні в експлуатацію, відповідні стандарти стверджують, що якщо переднапруження перевищує 85% від заводської витривалості напруги, фактичне переднапруження повинно бути узгоджене між користувачем та виробником. "Технічна специфікація для основних трансформаторів 755 кВ" явно вказує, що переднапруження на місцевому тесті ЧР дорівнює 85% від заводської витривалості напруги. Як результат, переднапруження для на місцевого тесту ЧР трансформатора Південна Ланьчжоу було встановлено на рівні 731 кВ. Вимірювання ЧР та витривальний тест були поєднані, з витривальним етапом, який служить переднапруженим етапом тесту ЧР.

(C) Критерії прийняття для часткового розрядження

Під дослідною напругою 1,5 pu, рівень часткового розрядження трансформатора має бути меншим за 500 пК.

IV. Процес тестування

З 9 серпня 2005 року по 26 квітня 2006 року було проведено загалом 12 тестів ЧР на фазному трансформаторі A на підстанції Південна Ланьчжоу. Основна інформація про тестування зведенна нижче:

Загалом, рівень часткових розрядів (PD) у високовольтному змотуванні фази A основного трансформатора перед введеннням в експлуатацію коливався між 600 і 910 пК, перевищуючи критерій прийнятності 500 пК. Однак, після повторного тестування 26 квітня 2006 року, після введення в експлуатацію, рівень PD знизився до 280 пК, що відповідає вимогам.

V. Аналіз тестів

(A) Напруга початку часткового розряду (PDIV) та напруга зникнення часткового розряду (PDEV)

• Проблеми з визначеннями: GB7354-2003 та DL417-1991 надають неточні визначення PDIV та PDEV. Наприклад, "визначена величина" у визначенні не є чітко визначеною — хоча загальноприйнятою є величина 500 пК, це призводить до значних неузгодженностей в практичному застосуванні. Крім того, фоновий шум під час на місцевих тестах часто досягає десятків до сотень пікокулонів, що робить важливим виявлення чіткого початку розряду.

• Спостереження за випадками: У 12 тестах PD, проведенних на трансформаторі фази A Ланьчжоу Схід, рівень PD поступово збільшувався зі зростанням напруги, без чіткого стрибка (максимальна зміна ~200 пК), що робить неможливим визначення чіткого PDIV. В деяких тестах вимірювані PD були вже присутні при низьких напругах, що робить складним оцінити, чи зменшився PDIV. Більше того, останній державний стандарт GB1094.3-2003 не згадує PDIV або PDEV, що призводить до неузгодженого тлумачення та визначення серед практиків.

(B) Локалізація розряду

• Обмеження типових методів: Широко використовуваний метод локалізації PD за допомогою ультразвуку виявляє різницю у часі приходу ультразвукових хвиль, що генеруються розрядами, до сенсорів на стінках бака. Однак, цей метод має проблеми, такі як недостатньо зріла технологія, потреба в достатньо великій енергії розряду (в межах чутливості сенсорів) та неточна локалізація через кілька відбиттів та прозрачностей ультразвукових хвиль від внутрішніх змотувань.

• Результати випадків: Під час тестів перед введенням в експлуатацію обладнання для локалізації PD давало лише наближену оцінку місця розряду. Система моніторингу в керувальній кімнаті не змогла виявити зміни PD зі зростанням напруги, що обмежує корисність результатів. Пізніше встановлені системи онлайн-моніторингу також не змогли виявити відповідних змін під час тесту 26 квітня 2006 року. Тому результати ультразвукової локалізації слід сприймати обережно, коли рівень PD низький.

(C) Серйозність розряду

Хоча стандарт визначає межу 500 пК при 1,5 pu, на практиці немає значної різниці між 500 пК та 700 пК — вони належать до одного порядку величини. Більше того, коли PD нижче 1000 пК, зазвичай не видно слідів розряду всередині трансформатора, а осередні перевірки масла рідко виявляють аномалії. Повернення трансформатора напругою 750 кВ (великого та важкого) на завод для ремонту несе високі ризики.

VI. Рекомендації

(A) Збільшення рівня ізоляції

Індуковане напруга стійкості трансформатора Ланьчжоу Схід є відносно низькою. враховуючи коротку історію та обмежений досвід виготовлення трансформаторів напругою 750 кВ в країні, а також необхідність проведення на місцевих тестів PD, рекомендується, щоб майбутні головні трансформатори напругою 750 кВ мали індуковану напругу стійкості не менше 900 кВ.

(B) Змінення критеріїв прийнятності PD тестів на місці

За кордоном, тестування PD строго проводиться лише на заводі, а не повторно на місці. В Китаї, однак, на місцеві PD тестування є обов'язковим пунктом при введенні в експлуатацію. Рекомендується змінити критерії прийнятності для на місцевих PD тестів трансформаторів напругою 750 кВ до менше 1000 пК, з наступних причин:

• Трансформатори з рівнем PD між 500–1000 пК часто показують зниження PD при повторному тестуванні після періоду зберігання або експлуатації (наприклад, трансформатор фази A Ланьчжоу Схід).

• Коли PD нижче 1000 пК, зазвичай не видно слідів розряду, на місцеві перевірки рідко виявляють проблеми, а повернення на завод несе високі ризики.

• На місцеві PD тестування для трансформаторів напругою 750 кВ та 1000 кВ є фактично "квазі-тестами на стійкість":

• Мала маржа напруги: Для трансформатора Ланьчжоу Схід, напруга тесту PD при 1,5 pu (693 кВ, ±3% невизначеності вимірювання: 672–714 кВ) дуже близька до напруги стійкості при введенні в експлуатацію 731 кВ, залишаючи лише маржу 2,4%. Навіть якщо майбутні трансформатори напругою 750 кВ матимуть індуковану напругу стійкості підвищено до 900 кВ, тест при введенні в експлуатацію при 765 кВ все ще залишає обмежену маржу. Аналогічно, для трансформаторів напругою 1000 кВ, напруга тесту PD (1,4 pu = 889 кВ) дуже близька до рівня стійкості 935 кВ.

• Довга тривалість: Хоча стандартна тривалість стійкості становить лише близько 56 секунд (при частоті тесту 108 Гц), повний тест PD застосовує 1,5 pu протягом до 65 хвилин. Повторне тестування може призводити до кумулятивного пошкодження ізоляції, що впливає на тривалість життя трансформатора.

• Є мало випадків, коли повторні на місцеві тестування знижують надмірний PD до прийнятного рівня; замість цього, рівень PD може збільшуватися (наприклад, трансформатор фази A Ланьчжоу Схід: 700 пК 10 серпня 2005 року, збільшився до 910 пК до 23 вересня).

(C) Перевизначення напруги початку та зникнення часткового розряду

Існуючі стандарти не мають чітких визначень для PDIV та PDEV, що може заплутати тлумачення тестів (як це було випадку з Ланьчжоу Схід). Рекомендується перевизначити ці терміни з явними числовими критеріями та включити рекомендації для випадків, коли PDIV та PDEV не є чітко спостережуваними.

(D) Посилення досліджень практичних методів на місці

• Збір реальних шаблонів часткових розрядів у трансформаторах: Більшість типових шаблонів часткових розрядів в літературі отримано з лабораторних симуляцій, які відрізняються від реального поведінки трансформатора. Ілюстративні діаграми недостатньо ефективні для керування роботою на місці. Важливо збирати та аналізувати реальні шаблони часткових розрядів та складати їх у довідники для якісного аналizu та локалізації.

• Розвиток досліджень щодо протидії завадам: Зовнішні завади є одним із основних викликів при проведення тестів часткових розрядів на місці. Поточні системи вимірювання не можуть відрізняти справжні розряди від завад, сильно спираючись на досвід оператора. Потрібно більше досліджень щодо джерел завад та методів їх підавлення.

(E) Необхідність сертифікації персоналу, що проводить тестування

Вимірювання часткових розрядів є найскладнішим та непередбачуваним з рутинних високовольтажних тестів на місці. Однак, поширені є помилки в судженнях. Персонал повинен пройти системне навчання з основних принципів, підключення обладнання, відповідності компонентів, елімінації завад та локалізації часткових розрядів, і має отримати сертифікацію перед тим, як буде дозволено проводити тестування.

(F) Регулярна калібрування вимірювальних приладів

GB7354-2003 чітко вказує, що прилади для вимірювання часткових розрядів повинні калібруватися принаймні двічі на рік або після значних ремонтів. На практиці це часто не строго дотримується, деякі прилади використовуються роками без калібрування — фіксувалися помилки, які досягали десятків разів. Рекомендується строго дотримуватися калібрування за національними стандартами, щоб забезпечити точність вимірювань.

(G) Використання онлайн-моніторингу там, де це необхідно

Технології онлайн-моніторингу значно покращилися. Для трансформаторів напругою 750 кВ з рівнями часткових розрядів, що перевищують допустимі, але не критичні, підвищення онлайн-моніторингу є розумним підходом. Окрім часткових розрядів, слід моніторити такі параметри, як температура, струм заземлення серцевини та зажимів, а також хроматографію масла, щоб комплексно оцінити стан трансформатора.

VII. Висновки та перспективи

• Висновки: Сучасні стандарти надають недостатньо чіткі визначення напруг виникнення та зникнення часткових розрядів, що обмежує їхню корисність при керуванні тестами на місці. Рівень ізоляції трансформатора Ланьчжоу Східний 750 кВ відносно низький, що робить його тест часткових розрядів практично "квазі-виразковим" тестом. 12 тестів часткових розрядів на трансформаторі А, ймовірно, спричинили деяке кумулятивне напруження ізоляції. Майбутні трансформатори 750 кВ повинні мати рівень ізоляції принаймні 900 кВ.

• Перспективи: Дослідження та планування для китайської 1000 кВ АС ультрависоковольтажної передачі завершено, а демонстраційні проекти знаходяться у процесі будівництва. Враховуючи ще менший запас ізоляції трансформаторів 1000 кВ, дослідження щодо налагоджувальних тестів на місці повинні бути започатковані рано, щоб надати технічну підтримку для практичних застосувань.