Standardit ja laskelmat voimansiirtojen LTAC-testeissä

1 Johdanto

Kansallisen standardin GB/T 1094.3-2017 mukaan virtasijan AC-päällystysjännitekoe (LTAC) teollisuusmuuntajissa on tarkoitettu arvioimaan korkean jännitteisen kieruksen päätteiden ja maan välistä AC-päällystystä. Se ei ole tarkoitettu arvioimaan kierusten välisiä tai vaiheen välistä päällystystä.

Muun päällystystestauksen (kuten täysi ukkosimpulsi LI tai kytkentäimpulssi SI) verrattuna LTAC-koe asettaa suhteellisen tiukemman arvion pään päällystystä korkean jännitteisen kieruksen päätteiden, korkean jännitteisen johtojen päätteiden ja maanjäristyksessä olevien metallisten komponenttien, kuten puristusmekanismien, nostoyksiköiden ja säiliön, välillä sen vuoksi, että sen kesto on pidempi (yleensä 30 sekuntia 50 Hz muuntajille ja 36 sekuntia 60 Hz muuntajille).

Monet päällystystestauksen epäonnistumiskohdat ovat osoittaneet, että monet teollisuusmuuntajat voivat kestää ukkosimpulsseja (LI) ja kytkentäimpulseja (SI), mutta rikkovat silti line terminal AC-päällystysjännitekokeessa (LTAC), usein koelman viimeisissä sekunteissa. Tämä osoittaa selvästi testauksen keston kriittisen tärkeyden pään päällystystä arvioitaessa ja korostaa LTAC-kokeen tiukkuutta pään päällystystä arvioitaessa.

Siksi on elintärkeää, että muuntajasuunnittelijat lasketaan tarkasti kierujen potentiaalijakauman linjasijan AC-päällystysjännitekoessa (LTAC) suunnitteluvaiheessa, jotta voidaan toteuttaa tieteellinen ja järkevä pään päällystys suunnittelu, varmistamalla riittävä päällystysmarginaali suunnittelun lähtökohtana.

2 Standardien tulkinta

Virtasijan AC-päällystysjännitekoe (LTAC) teollisuusmuuntajissa on uusi lisätty korkean jännitteisen päällystystestauskohta, joka on otettu käyttöön uusimmassa kansallisessa standardissa GB/T 1094.3-2017. Se on kehittynyt ja erotettu lyhytaikaisesta induktoidusta kestävyysjännitekokeesta (ACSD), joka on määritelty aiemmassa standardissa GB/T 1094.3-2003. LTAC-kokeeseen liittyvät määräykset on luetteloitu alla olevassa taulukossa:

Standardi tarjoaa seuraavan tulkinnan linjasijan AC-päällystysjännitekoelle (LTAC) teollisuusmuuntajissa:

• Teollisuusmuuntajille, joilla Um ≤ 72.5 kV, jotka ovat kaikki täysin eristetty, pään päällystystä korkean jännitteisen kieruksen ja korkean jännitteisen johtojen päätteiden sekä maan välillä voidaan arvioida täysin soveltamalla jännitekoe (AV). Siksi LTAC-koe ei ole tarpeen.

• Teollisuusmuuntajille, joilla 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Jos täysin eristetty, vaikka pään päällystystä voidaan edelleen riittävästi vahvistaa soveltamalla jännitekoe (AV), LTAC-koe on määritelty erityiseksi testauksena. Tämä tarkoittaa, että sitä ei yleensä tarvitse suorittaa säännöllisessä testauksessa, mutta sitä on suoritettava, jos käyttäjä pyytää sitä nimenomaisesti.

• Jos neutraaliterminaali on maanjäristyksessä (luokiteltu päällystys), LTAC-koe on määritelty säännölliseksi testaukseksi ja sitä on suoritettava jokaisella yksiköllä tehdasvalmiuskokeessa. Kuitenkin käyttäjän yhteisymmärryksessä se voidaan korvata linjasijan kytkentäimpulssikokeella (SI).

• Teollisuusmuuntajille, joilla Um > 170 kV, olipa ne täysin eristetty tai luokiteltu päällystys, LTAC-koe on luokiteltu erityiseksi testaukseksi – yleensä pakollista, ellei käyttäjä pyydä sitä nimenomaisesti. Tällaisessa tapauksessa sitä ei kuitenkaan voida korvata linjasijan kytkentäimpulssikokeella (SI).

Praktiikassa täysin eristettyjen teollisuusmuuntajien käsittelyssä, riippumatta jänniteasteesta, linjasijan AC-päällystysjännitekoe (LTAC) ei koskaan suoriteta, koska pään päällystystä korkean jännitteisen kieruksen/johtojen päätteiden ja maan välillä voidaan vahvistaa tiukemmin säännöllisellä 1 minuutin jännitekokeella (AV).

On huomioitava, että teollisuusmuuntajille, joilla Um > 170 kV, LTAC-kokeen ei voida korvata SI-kokeella. Teoreettiset laskelmat ja historiallinen kokemus osoittavat, että korkeampien kuin 170 kV muuntajien pään päällystystä linjasijasta maahan arvioitaessa LTAC-koe on noin 10 % tiukempi kuin SI-koe.

3 Laskentamenetelmä

Tarkoitus suorittaa linjasijan AC-päällystysjännitekoe (LTAC) teollisuusmuuntajissa on induktoida määrätty testijännite korkean jännitteisen päätteen, samalla varmistamalla, että alhaisen jännitteisen päätteen jännite saavuttaa mahdollisimman lähelle määrättyä tasoa. Ei ole mitään pakollisia vaatimuksia tietystä testausmenetelmästä. Yleisin LTAC-testausmenetelmä on "vastakkaisfaseen lyötyn ja maanjäristyksen tukimenetelmä". Tässä osiossa esitellään lyhyesti tätä menetelmää käyttäen SZ18-100000/220 teollisuusmuuntajia esimerkkinä.

3.1 Muuntajan parametrit

Jännitesuhde: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Tehosuhde: 100 / 100 MVA
Nominalfrekvenssi: 50 Hz
Vektoriryhmä: YNd11
Päällystystasot: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Testauspiiri

Tämän teollisuusmuuntajan linjasijan AC-päällystysjännitekokeen (LTAC) piirikaavio on seuraava:

LTAC-testauspiirikaavio (Fase A esimerkkinä)

Korkean jännitteisen puolen tapa 9, alhaisen jännitteisen puolen virrannut 2.0 kertaa nominaljännitteellä

LTAC-testauspiirin keskeiset seikat ovat seuraavat:

• LTAC-koe on suoritettava vaiheittain, eli yksivaiheinen induktoidtu ylivoltti-koe, jonka induktiotekijä on noin 2 kertaa nominaljännite. Jotkut tapauksissa ei ole täsmälleen mahdollista saavuttaa tasan 2 kertaa, ja pieniä poikkeamia sallitaan.

• Ottamalla LTAC-koe korkean jännitteisen kieruksen fase A esimerkiksi: tiety jännite Uax sovelletaan alhaisen jännitteisen päätteen ax välillä, kun x-päätös on maanjäristyksessä; alhaisen jännitteisen puolen b ja c päätteet jätetään levittämättä. Korkean jännitteisen puolen B ja C päätteet lyötetään yhteen ja maanjäristyksessä, kun taas A-päätös ja neutraali (0) päätös jätetään avoimiksi (yhdistämättömiksi).

• Korkean jännitteisen kieruksen on oltava tiettyyn määrättyyn tapaan, jotta määrätty testijännite 395 kV (sallittu poikkeama ±3%) induktoidaan korkean jännitteisen linjasijan A-päätteeseen.

3.3 Laskentaprosessi

Faradayn säännön ja magneettifluxin jatkuvuusperiaatteen mukaan, yllä mainitussa testauskonfiguraatiossa fasetten B ja C ytimen jäsenen flux on yhtä suuri kuin fasin A ytimen jäsenen fluxin puolikas, ja vastakkaiseen suuntaan. Siksi fasetten B ja C kieruksissa induktoidun jännitteen amplitudi on yhtä suuri kuin fasin A induktoidun jännitteen puolikas.

Piirikaavio ytimen fluxin jakautumisesta LTAC-kokeessa
(Korkean jännitteisen fasi A esimerkkinä)

Olkoon alhaisen jännitteisen fasen a kannustusjännitteen induktiotekijä K, ja korkean jännitteisen puolen tapa N. Voimme perustaa seuraavan yhtälön:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Koska fasi B on maanjäristyksessä, Uᵦ = 0)

Koska fasin B ytimen jäsenen fluxin amplitudi on puolet fasin A fluxin amplitudista, seuraa, että:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Siksi:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Sijoittamalla muuntajan jännitesuhde ja tapa-asetukset:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Tämä yhtälö sisältää kaksi tuntematonta, N ja K, ja siis teoreettisesti sillä on äärettömän monta ratkaisua. Kuitenkin fyysisestä näkökulmasta molemmat muuttujat ovat rajoitettuja: N on oltava kokonaisluku väliltä 1–17, ja K on noin 2.

Ratkaisemalla yhtälö, kun N = 9, saadaan K = 1.98.
Vaihtoehtoisesti, asettamalla K = 2 ja N = 9, saadaan induktoidun jännitteen Uₐ = 398.4 kV.

Yllä mainitulla kaavalla voidaan laskea mikä tahansa pisteen induktoidtu maajännite muuntajan kieruksissa LTAC-kokeessa.

3.4 Jännitejakautuminen

Yllä mainitulla laskentamenetelmällä voidaan määrittää jännitejakautuminen kieruksissa LTAC-päällystyskokeessa korkean jännitteisen kieruksen fasi A käsittelyssä seuraavasti:

Jännitejakautuminen kieruksissa yksivaiheisessa LTAC-kokeessa fasi A käsittelyssä

Yllä olevasta induktoidun jännitteen jakautumiskaaviosta voidaan nähdä, että yksivaiheisessa LTAC-kokeessa induktoidun jännitteen ero kieruksissa on suhteellisen pieni. Siksi LTAC-koe ei aseta tiukkaa arviota – eikä myöskään täysin arvioi – pään päällystystä kierusten välillä. Kuitenkin pään päällystystä korkean jännitteisen linjasijan ja maan välillä arvioidaan tiukimmalla tavalla tässä kokeessa (tämä päätelmä koskee erityisesti luokiteltua päällystystä). Suunnitteluvaiheessa on kiinnitettävä erityistä huomiota pään päällystystä korkean jännitteisen kieruksen päätteen, korkean jännitteisen johtopäätteen ja maanjäristyksessä olevien komponenttien, kuten puristusmekanismien, säiliön seinien ja korkean jännitteisen upotuksen nostoyksiköiden, välillä LTAC-kokeen olosuhteissa.