Норми и изчисления за тест LTAC на електропреобразуватели

1 Въведение

Според разпорежданията на националния стандарт GB/T 1094.3-2017 основната цел на теста за издръжливост при постоянното напрежение (LTAC) на линейните краища на преобразувателите е да се оцени изолационната способност на постоянното напрежение от високонапрегнатите обикновения до земята. Той не служи за оценка на междинно-витковата изолация или фазово-фазовата изолация.

В сравнение с други изолационни тестове (например пълен бълнерен импулс LI или комутационен импулс SI), тестът LTAC налага относително по-строга оценка на основната изолационна способност между високонапрегнатите обикновения, високонапрегнатите контактни краища и заземени метални компоненти като стегващи структури, подемни единици и резервоар, поради по-дългата му продължителност (обикновено 30 секунди за преобразуватели с 50 Hz и 36 секунди за преобразуватели с 60 Hz).

Много случаи на провал на изолационни тестове показват, че много преобразуватели могат да издържат тестове за бълнерен импулс (LI) и комутационен импулс (SI), но все пак преживяват пробив по време на теста за издръжливост при постоянното напрежение (LTAC), с пробиви, които често се случват в последните няколко секунди на теста. Това ясно демонстрира ключовата важност на продължителността на теста за оценка на основната изолация и подчертава строгия характер на теста LTAC при оценката на основната изолационна способност.

Затова е съществено инженерите по проектиране на преобразуватели да изчислят точно разпределението на потенциала на обикновения по време на теста за издръжливост при постоянното напрежение (LTAC) в процеса на проектиране, за да извършат научно и рационално проектиране на основната изолация, гарантирайки достатъчен изолационен запас от изходния източник на проектирането.

2 Интерпретация на стандарти

Тестът за издръжливост при постоянното напрежение (LTAC) на линейните краища на преобразувателите е ново добавено изпитание за високонапрегнатата изолация, въведено в най-новия национален стандарт GB/T 1094.3-2017. То се е развил и отделил от краткосрочния индуциран тест за издръжливост (ACSD), определен в предходния стандарт GB/T 1094.3-2003. Съответните разпореждания относно теста LTAC са показани в таблицата по-долу:

Стандарт предоставя следната интерпретация на теста за издръжливост на линейния терминал при променящо се напрежение (LTAC) за трансформатори на електроенергия:

• За трансформаторите на електроенергия с Um ≤ 72.5 кВ, които са напълно изолирани, основната изолационна устойчивост между високонапреговата обмотка и високонапреговите терминали и земята може да бъде напълно оценена чрез теста с приложено напрежение (AV). Следователно, тестът LTAC не е необходим.

• За трансформаторите на електроенергия с 72.5 < Um ≤ 170 кВ:

• Ако са напълно изолирани, въпреки че основната изолационна устойчивост все още може да бъде адекватно проверена чрез теста с приложено напрежение (AV), тестът LTAC е определен като специален тест. Това означава, че общо взето не е необходим по време на рутинни тестове, но трябва да се извърши, ако е изрично поискан от потребител.

• Ако са нулево свързани (градиентна изолация), тестът LTAC е определен като рутинен тест и трябва да се извърши върху всяка единица по време на заводските приемни тестове. Обачно, със съгласието на потребител, може да бъде заменен с тест за импулсна пермутация на линейния терминал (SI).

• За трансформаторите на електроенергия с Um > 170 кВ, дали напълно изолирани или с градиентна изолация, тестът LTAC е класифициран като специален тест – обикновено не е задължителен, освен ако не е изрично поискан от потребител. В този случай обачно, той не може да бъде заменен с тест за импулсна пермутация на линейния терминал (SI).

На практика, за напълно изолирани трансформатори на електроенергия, независимо от напрежението, тестът LTAC никога не се извършва, защото основната изолационна устойчивост между високонапреговата обмотка/терминал и земята може да бъде по-строго проверена чрез рутинния 1-минутен тест с приложено напрежение (AV).

Трябва да се отбележи, че за трансформаторите на електроенергия с Um > 170 кВ, тестът LTAC не може да бъде заменен с теста SI. Теоретичните изчисления и историческият опит показват, че за оценка на основната изолация от линейния терминал до земята в трансформатори над 170 кВ, тестът LTAC е приблизително 10% по-строг от теста SI.

3 Метод за изчисление

Целта на извършването на теста за издръжливост на линейния терминал при променящо се напрежение (LTAC) върху трансформатор на електроенергия е да индуцира указаното тестово напрежение върху високонапреговия терминал, докато се гарантира, че нисконапреговият терминал достигне напрежение, колкото се може по-близко до указаното ниво. Няма задължителни изисквания относно конкретния метод за извършване на теста. Най-общи метод за извършване на теста LTAC е „методът на противофазно свързване и заземяване“. Тази секция кратко представя този метод, като пример използва трансформатора SZ18-100000/220.

3.1 Параметри на трансформатора

Коефициент на напрежение: 230 ± 8 × 1.25% / 37 кВ
Коефициент на мощност: 100 / 100 МВА
Номинална честота: 50 Гц
Векторна група: YNd11
Изолационни нива: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Тестова схема

Схемата за теста за издръжливост на линейния терминал при променящо се напрежение (LTAC) на този трансформатор на електроенергия е показана по-долу:

Диаграма на тестовата схема LTAC (фаза A като пример)

Високонапреговата страна на тап 9, нисконапреговата страна подхранвана с 2.0 пъти номиналното напрежение

Основните точки на тестовата схема LTAC са следните:

• Тестът LTAC трябва да се извърши фаза по фаза, т.е. еднофазен тест с индуктивен фактор приблизително 2 пъти номиналното напрежение. В някои случаи, може да не е точно възможно да се постигне точно 2 пъти, и малки отклонения са позволени.

• Като пример, вземаме теста LTAC на фаза A на високонапреговата обмотка: определено напрежение Uax се прилага между нисконапреговите терминали ax, с терминал x заземен; терминалите b и c на нисконапреговата страна остават свободни. На високонапреговата страна, терминалите B и C са свързани заедно и заземени, докато терминал A и нулевия (0) терминал остават отворени (неподключени).

• Високонапреговата обмотка трябва да бъде поставена на определена, указана позиция на тап, за да се гарантира, че необходимото тестово напрежение от 395 кВ (с допустимо отклонение ±3%) е индуцирано на високонапреговия линейен терминал A.

3.3 Процес на изчисление

Според законите на Фарадей за електромагнитната индукция и принципа за непрекъснатост на магнитния поток, при гореспоменатата тестова конфигурация, магнитният поток в жилите на фазите B и C е равен на половината от магнитния поток в жила на фаза A, и в обратна посока. Следователно, индуцираното напрежение в обмотките на фазите B и C ще има амплитуда, равна на половината от индуцираното напрежение в фаза A.

Схематично изображение на разпределението на магнитния поток в ядрото по време на теста LTAC
(високонапреговата фаза A като пример)

Нека индуктивният фактор на възбудителното напрежение на нисконапреговата фаза a бъде K, и нека високонапреговата страна е на позиция на тап N. Може да се установи следното уравнение:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Тъй като фаза B е заземена, Uᵦ = 0)

При условие, че амплитудата на магнитния поток в жила на фаза B е половината от тази на фаза A, следва, че:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Следователно:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Заместване на отношениято на напрежението на трансформатора и настройките на възли:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Това уравнение съдържа две неизвестни, N и K, и следователно теоретично има безкрайно много решения. Въпреки това, от физическа гледна точка, двете променливи са ограничени: N трябва да е цяло число между 1 и 17, а K е приблизително равно на 2.

Решаването на уравнението с N = 9 дава K = 1.98.
Алтернативно, задаването на K = 2 и N = 9 дава индуцирано напрежение Uₐ = 398.4 кВ.

Използвайки горния формула, може да бъде изчислена индуцираната потенциална разлика във всяка точка на обмотките на трансформатора по време на тест LTAC.

3.4 Разпределение на напрежението

Използвайки горния метод за изчисление, разпределението на потенциала през обмотките по време на теста за изолация LTAC на фаза A на високонапрегованата обмотка може да бъде определено както следва:

Разпределение на потенциала в обмотките по време на единофазен тест LTAC на фаза A

От горния диаграм на индуцираното напрежение може да се види, че по време на единофазен тест LTAC, индуцираната потенциална разлика между обмотките е относително малка. Следователно, тестът LTAC не изисква строга оценка - нито пълна оценка - на основната изолационна сила между обмотките. Обаче, оценката на основната изолационна сила от високонапрегованият линейен терминал до земята е най-строга при този тест (това заключение се отнася конкретно за трансформатори с градиентна изолация). По време на проектирането, специално внимание трябва да се обърне на проверката на основната изолационна сила между високонапрегованият терминал на обмотката, високонапреговият терминал на вода, и заземени компоненти като структури за зажимане, стените на резервоара и високонапрегованите възходящи частички на изолаторите при условията на теста LTAC.