תקנים וחישובים של מבחן LTAC עבור טרנספורמיטורים חשמליים

1 מבוא

לפי הוראות התקן הלאומי GB/T 1094.3-2017, המטרה העיקרית של בדיקת הנשיאה החשמלית חילופין (LTAC) לקצוות קו בהמרות כוח היא להעריך את עמידת ההידרנציה החשמלית החילופינית מהקצוות של הסיבובים בעומס גבוה לקרקע. היא אינה מיועדת להערכת מבודדי הקפיצים או מבודדי הפאזה-לפאזה.

בשוואה לבדיקות מבודדים אחרות (כמו הלם ברק מלא LI או הלם מעבר SI), בדיקת LTAC מציבה הערכה יחסית מחמירה יותר על עמידת המבודד העיקרי בין קצוות הסיבובים בעומס גבוה, קצוות מוליכי המתח הגבוה ורכיבים מתכתיים קרקעיים כמו מבני לחיצה, יחידות צינור וקנקן, בשל משך הזמן הארוך שלה (בדרך כלל 30 שניות עבור המרות 50 Hz ו-36 שניות עבור המרות 60 Hz).

מספר רב של מקרי כשל במבחנים מבודדים הראו שהרבה המרות כוח יכולות לעמוד במבחני הלם ברק מלא (LI) ומבחני הלם מעבר (SI) אך עדיין נגרעות במהלך בדיקת הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות קו (LTAC), עם התפרקות שנוצרת לעתים קרובות בשניות האחרונות של המבחן. זה מדגים בבירור את חשיבותה הקריטית של משך המבחן בהערכת המבודד העיקרי והצגתו של אופיו המחמיר של מבחן LTAC בהערכת עמידת המבודד העיקרי.

לכן, חשוב מאוד לתכנן המרות להעריך בצורה מדוייקת את הפוטנציאל של הסיבובים במהלך בדיקת הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות קו (LTAC) בשלב התכנון, כדי לבצע תכנון מבודד ראשי מדעי ומכבד, תוך שמירה על שולי מבודד מספיקים מקורות התכנון.

2 פירוש התקנים

בדיקת הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות קו (LTAC) בהמרות כוח היא פריט בדיקה חדש של מבודד גבוה שהוסף בתקן הלאומי האחרון GB/T 1094.3-2017. הוא התפתח והופרד מבחן הנשיאה הקצרה הנדוקה (ACSD) המפורט בתקן הקודם GB/T 1094.3-2003. הוראות הרלוונטיות לגבי מבחן LTAC מופיעות בטבלה הבאה:

התקן מספק את הפירוש הבא לבדיקת הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות קו (LTAC) בהמרות כוח:

• עבור המרות כוח עם Um ≤ 72.5 kV, שהם כולם מבודדים לחלוטין, ניתן להעריך בצורה מלאה את עמידת המבודד העיקרי בין הסיבובים בעומס גבוה וקצוות מוליכי המתח הגבוה לקרקע באמצעות מבחן מתח מופעל (AV). לכן, אין צורך במבחן LTAC.

• עבור המרות כוח עם 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• אם הם מבודדים לחלוטין, למרות שעמידת המבודד העיקרי יכולה עדיין להיות מאומתת באופן מספיק על ידי מבחן מתח מופעל (AV), מבחן LTAC מוגדר כמבחן מיוחד. זה אומר שהוא בדרך כלל אינו נדרש במהלך מבחנים שגרתיים, אך חייב להתבצע אם המשתמש מבקש זאת במפורש.

• אם הם מוכנסים לקרקע (מבודד מדורג), מבחן LTAC מוגדר כמבחן שגרתי וחייב להתבצע על כל יחידה במהלך מבחני קבלה במפעל. עם זאת, בהסכמת המשתמש, ניתן להחליף אותו במבחן הלם מעבר לקצוות הקו (SI).

• עבור המרות כוח עם Um > 170 kV, בין אם הם מבודדים לחלוטין או מבודדים מדורגים, מבחן LTAC מסווג כמבחן מיוחד - בדרך כלל אינו חובה אלא אם כן נדרש במפורש על ידי המשתמש. במקרה זה, לא ניתן להחליף אותו במבחן הלם מעבר לקצוות הקו (SI).

בפועל, עבור המרות כוח מבודדות לחלוטין, ללא קשר לרמת המתח, מבחן הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות הקו (LTAC) לעולם אינו מתבצע, כי עמידת המבודד העיקרי בין הסיבובים בעומס גבוה/קצוות מוליכי המתח הגבוה לקרקע יכולה להיות מאומתת באופן מחמיר יותר במבחן מתח מופעל שגרתי של דקה אחת (AV).

יש לציין כי עבור המרות כוח עם Um > 170 kV, מבחן LTAC לא יכול להשתנות למבחן SI. חישובים תיאורטיים וניסיון היסטורי מראים כי להערכת המבודד העיקרי מקצוות הקו לקרקע בהמרות מעל 170 kV, מבחן LTAC הוא בערך 10% מחמיר יותר ממבחן SI.

3 שיטה חישובית

מטרת ביצוע מבחן הנשיאה החשמלית חילופין לקצוות הקו (LTAC) בהמרת כוח היא להפעיל מתח מבחן מוגדר בקצוות המתח הגבוה, תוך שמירה על כך שהקצוות בעומס נמוך מגיעים לערך מתח הקרוב ככל האפשר לערך המוגדר. אין דרישות חובה לגבי השיטה המסוימת של המבחן. השיטה הנפוצה ביותר למבחן LTAC היא "שיטת התמיכה המנוגדת והקצרה והקשרה". חלק זה מציג בקצרה את השיטה הזו באמצעות דוגמה של המרת כוח SZ18-100000/220.

3.1 פרמטרים של המרת כוח

יחס מתח: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
יחס קיבולת: 100 / 100 MVA
תדירות מ颱風似乎在這裡中斷了，請讓我繼續完成翻譯。 <继续翻译>

频率：50 Hz
矢量组：YNd11
绝缘水平：LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 测试电路

该电力变压器的线端交流耐压试验（LTAC）电路图如下所示：

LTAC测试电路图（以A相为例）

高压侧位于第9抽头，低压侧施加2.0倍额定电压

LTAC测试电路的关键点如下：

• LTAC测试应逐相进行，即单相感应过电压测试，感应系数约为额定电压的2倍。在某些情况下，可能无法精确达到2倍，允许有轻微偏差。

• 以高压绕组A相的LTAC测试为例：在低压端子ax之间施加一定电压Uax，端子x接地；低压侧的b和c端子悬空。高压侧，B和C端子短接并接地，而A端子和中性（0）端子保持开路（不连接）。

• 高压绕组必须设置在特定指定的抽头位置，以确保在高压线端A上感应出所需的395 kV测试电压（允许偏差±3%）。

3.3 计算过程

根据法拉第电磁感应定律和磁通连续性原理，在上述测试配置下，B相和C相铁芯肢中的磁通等于A相铁芯肢中磁通的一半，并且方向相反。因此，B相和C相绕组中的感应电压幅值将等于A相绕组中感应电压的一半。

LTAC测试期间铁芯磁通分布示意图
（以高压A相为例）

设低压a相的励磁电压感应系数为K，高压侧处于抽头位置N。可以建立以下方程：

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
（由于B相接地，Uᵦ = 0）

已知B相铁芯肢中的磁通幅值是A相的一半，则：
U₀₈ = ½ Uₐ₀

因此：
1.5 × Uₐ₀ = 395

代入变压器的电压比和抽头设置：
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

此方程包含两个未知数N和K，因此理论上存在无数解。但从物理角度来看，这两个变量都受到限制：N必须是1到17之间的整数，K大约等于2。

当N = 9时，解得K = 1.98。
或者，设K = 2且N = 9时，得到感应电压Uₐ = 398.4 kV。

使用上述公式，可以计算出在LTAC测试期间变压器绕组任何点的感应地电位。

3.4 电压分布

使用上述计算方法，可以确定高压绕组A相在LTAC绝缘测试期间的绕组电位分布如下：

单相LTAC测试A相绕组电位分布

从上述感应电压分布图可以看出，在单相LTAC测试期间，绕组间的感应电位差相对较小。因此，LTAC测试对绕组间主绝缘强度的评估并不严格，也不完全。然而，该测试对高压线端至地的主绝缘强度评估最为严格（这一结论特别适用于分级绝缘变压器）。在设计时，必须特别注意验证高压绕组端、高压引线端与夹紧结构、油箱壁和高压套管升高座等接地部件在LTAC测试条件下的主绝缘强度。