Standardid ja arvutused võimsustransformatorite LTAC-testide jaoks

1 Sissejuhatus

Riikliku standardi GB/T 1094.3-2017 kohaselt on võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu testi (LTAC) põhiline eesmärk hindada elektrijaama kõrgepinge sõlme ja maapinna vahelise vahelduvjärgse dielektrilise tugevuse. See ei hinnata sõlmede vahelist ega faaside vahelist isolatsiooni.

Muude isolatsioonitestide (nagu täislülituskiirgus LI või lülituskiirgus SI) võrdluseks kestab LTAC-test pikem aeg (tavaliselt 50 Hz transformatorite puhul 30 sekundit ja 60 Hz transformatorite puhul 36 sekundit), mis teeb sellest rangeima hinnangu kõrgepinge sõlmade, kõrgepinge juhtmete ja maadetud metallsete komponentide (nt pingehoidjad, tõusuüksused ja tank) vahelise pealisolatsiooni tugevusele.

Paljud isolatsioonitesti ebaõnnestumiste juured näitavad, et paljud elektrijaamad suudavad vastu seista täislülituskiirguse (LI) ja lülituskiirguse (SI) testidele, kuid ikkagi lähevad katki LTAC-testi käigus, millel toimub katkus tihti testi viimastes sekundites. See selgelt näitab testi kestuse kriitilist tähtsust pealisolatsiooni hindamisel ja rõhutab LTAC-testi rangeolu pealisolatsiooni tugevuse hinnangul.

Seega on oluline, et transformatori projekteerijad arvutaksid täpselt LTAC-testi käigus sõlmete potentsiaaljaotuse, et teha teaduslik ja raskepea pealisolatsiooni disain, tagades piisava isolatsioonireerva projekteerimisallika kaudu.

2 Standardite tõlgendamine

Elektrijaama võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu test (LTAC) on uus kõrgepinge isolatsioonitesti punkt, lisatud uusima riikliku standardi GB/T 1094.3-2017. See arenes ja eraldus eelmise standardi GB/T 1094.3-2003 lühiajalise induktiivse kandevoolu testist (ACSD). LTAC-testi kohta on järgmisel tabelil loetletud asjakohased sätted:

Standard annab järgmise tõlgenduse elektrijaama võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu testi (LTAC) kohta:

• Elektrijaamadel, mille Um ≤ 72.5 kV, mis on täiesti isolatsiooniga, saab kõrgepinge sõlme, kõrgepinge juhtme ja maapinna vahelise pealisolatsiooni tugevust täielikult hinnata rakendatud voltaga testi (AV) abil. Seega pole LTAC-test vajalik.

• Elektrijaamadel, mille 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Kui täiesti isolatsiooniga, siis kuigi pealisolatsiooni tugevust saab endiselt piisavalt kontrollida rakendatud voltaga testi (AV) abil, on LTAC-test määratud eriliseks testiks. See tähendab, et see tavaliselt ei ole vajalik tavalistes testides, kuid tuleb teha, kui kasutaja seda nõuab.

• Kui neutraalne (joonitud isolatsioon), on LTAC-test määratud tavaliseks testiks ja tuleb teha igal ühikul tehasel vastuvõtmise ajal. Kuid kasutaja nõusolekul võib see asendada võrgusõlme lülituskiirguse (SI) testiga.

• Elektrijaamadel, mille Um > 170 kV, olenemata sellest, kas täiesti isolatsiooniga või joonitud, on LTAC-test määratud eriliseks testiks – tavaliselt mitte kohustuslik, välja arvatud juhul, kui seda nõuab kasutaja. Sel juhul ei saa see asendada võrgusõlme lülituskiirguse (SI) testiga.

Praktikas ei teheta täiesti isolatsiooniga elektrijaamadel, olenemata voltagast, võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu testi (LTAC), kuna kõrgepinge sõlme/juhtme ja maapinna vahelise pealisolatsiooni tugevust saab rangemini kontrollida tavalise 1-minutilise rakendatud voltaga testi (AV) abil.

Peab meeles pidama, et elektrijaamadel, mille Um > 170 kV, ei saa LTAC-test asendada SI-testiga. Nii teoreetilised arvutused kui ka ajalooline kogemus näitavad, et 170 kV-st kõrgemate elektrijaamade võrgusõlme ja maapinna vahelise pealisolatsiooni hinnangus on LTAC-test umbes 10% rangeem kui SI-test.

3 Arvutusmeetod

Elektrijaama võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu testi (LTAC) eesmärk on induktida määratud testvoltaga kõrgepinge sõlmes, samal ajal tagades, et madalpinge sõlmes saavutatakse võimalikult lähedane määratud tasemele. Testimeetodi kohta ei ole mingit kohustuslikku nõuet. Kõige levinum LTAC-testimeetod on "vastandfaasi lühendatud ja maadetud toetusmeetod". See osa tutvustab lühidalt seda meetodit, kasutades SZ18-100000/220 elektrijaama näidet.

3.1 Transformatori parameetrid

Pingearv: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Varustusarv: 100 / 100 MVA
Nominaalne sagedus: 50 Hz
Vektorgrupp: YNd11
Isolatsioonitasemed: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Testiringlus

See elektrijaama võrgusõlme vahelduvjärgse kandevoolu testi (LTAC) ringlusdiagramm on näidatud allpool:

LTAC-testi ringlusdiagramm (faas A näidisena)

Kõrgepinge pool 9. tapil, madalpinge pool energiseeritakse 2.0 korda nominaalsel voltagal

LTAC-testi ringluse olulisemad punktid on järgmised:

• LTAC-test tuleb teha faasis kaupa, st ühefaasilise induktiivse ülepinge testina, mille induktiivsus on umbes 2 korda nominaalne voltaga. Mõnel juhul võib täpselt 2 korda saavutada, ja väikesed kalded on lubatud.

• Kui näiteks kõrgepinge faasi A LTAC-testi korral: mõni voltaga Uax rakendatakse madalpinge sõlmete ax vahel, sõlm x maadetakse; madalpinge sõlmed b ja c jäävad vaba. Kõrgepinge pool lühendatakse B ja C sõlmed kokku ja maadetakse, samas kui sõlm A ja neutraalsus (0) sõlm jäävad avatuks (mitteühendatud).

• Kõrgepinge katt tuleb määrata konkreetsele tapile, et tagada, et soovitud testvoltaga 395 kV (lubatud kalded ±3%) induktitakse kõrgepinge sõlmes A.

3.3 Arvutusprotsess

Faraday magnetoinduktsiooni seaduse ja magneetvoo pidevuse printsiibi kohaselt, antud testikonfiguratsiooni korral on faaside B ja C tuumaliikmete magneetvoo võrdne faasi A tuumaliikme magneetvoo poolega, vastupidises suunas. Seega on faaside B ja C kattedes induktitud voltaga amplituud võrdne faasi A induktitud voltaga poolega.

Skeemtuupne diagramm tuumamagneetvoo jaotumist LTAC-testi käigus
(Kõrgepinge faas A näidisena)

Oletagem, et madalpinge faasi a stimuleeriva voltaga induktiivsus on K, ja kõrgepinge pool on tapil N. Saame järgmise võrrandi:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Kuna faas B on maadetud, Uᵦ = 0)

Arvestades, et faasi B tuumaliikme magneetvoo amplituud on faasi A poole võrdne, järeldub:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Seega:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Asendades transformatori pingearvu ja tapiseaded:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

See võrrand sisaldab kahte tundmatut, N ja K, ja seega on teoreetiliselt lõpmata palju lahendeid. Kuid füüsikaliste piirangute tõttu on mõlemad muutujad piiratud: N peab olema täisarv 1 kuni 17, ja K on umbes 2.

Võrrandi lahendamine N = 9 korral annab K = 1.98.
Alternatiivselt, kui K = 2 ja N = 9, saame induktitud voltaga Uₐ = 398.4 kV.

Antud valemiga saab arvutada LTAC-testi käigus igas transformatori kattes asuvate punktide induktitud maapinna potentsiaali.

3.4 Voltaga jaotus

Antud arvutusmeetodi abil saab määrata kõrgepinge faasi A kattes LTAC-isolatsioonitesti käigus potentsiaali jaotumist järgmiselt:

Kattes potentsiaali jaotumine ühefaasilisel LTAC-testil faasi A korral

Järgmisest induktitud voltaga jaotumisdiagrammist nähtub, et ühefaasilisel LTAC-testil on kattede vaheline induktitud potentsiaalvahe suhteliselt väike. Seega ei langeta LTAC-test range hinnangu ega täielikult hinda kattede vahelist pealisolatsiooni tugevust. Kuid kõrgepinge sõlme ja maapinna vahelise pealisolatsiooni tugevuse hinnang on selle testi käigus kõige rangeem (see järeldus kehtib eriti joonitud isolatsiooniga transformatorite puhul). Disainis tuleb erilist tähelepanu pöörata kõrgepinge sõlme, kõrgepinge juhtme ja maadetud komponentide (nt pingehoidjad, tanki seinad ja kõrgepinge bushing riserid) vahelise pealisolatsiooni tugevuse kontrollimisele LTAC-testi tingimustes.