Szabványok és számítások a LTAC-teszthez erőművek transzformátorai esetén

1 Bevezetés

A GB/T 1094.3-2017 nemzeti szabvány megállapításai szerint az áramátmeneti erőteljesíti ellenállóssági (LTAC) teszt elsődleges célja a nagyfeszültségi tekercs végpontjai és a föld közötti áramátmeneti dielektrikus erősség kiértékelése. Nem szolgál a körtekercses izoláció vagy fázis-fázis izoláció értékelésére.

Egyéb izolációs tesztekhez (például teljes villámlódási impulzus LI vagy kapcsolási impulzus SI) képest az LTAC teszt a hosszabb időtartammi (általában 50 Hz transzformátoroknál 30 másodperc, 60 Hz transzformátoroknál 36 másodperc) miatt szigorúbban értékeli a nagyfeszültségi tekercs végpontjai, a nagyfeszültségi vezetékek végpontjai, valamint a földre kapcsolt fémmellékletek (például rögzítő szerkezetek, emelőegységek, tartály) közötti fő izolációs erősséget.

Számos izolációs teszt sikertelenséges esete azt mutatta, hogy sok transzformátor bírja a villámlódási impulzus (LI) és a kapcsolási impulzus (SI) teszteket, de még mindig megsérül az LTAC teszt során, gyakran a teszt utolsó pár másodpercben. Ez világosan megmutatja a teszt időtartamának kritikus jelentőségét a fő izoláció kiértékelésében, és hangsúlyozza az LTAC teszt szigorúságát a fő izolációs erősség kiértékelésében.

Tehát alapvető fontosságú, hogy a transzformátor tervező mérnökök pontosan kiszámolják a tekercsek potenciál eloszlását az LTAC teszt során a tervezési szakaszban, hogy tudatos és racionális fő izolációs tervezést végezzenek, és ezzel biztosítsák a tervezési forrásból származó elégséges izolációs margót.

2 A szabványok értelmezése

Az áramátmeneti erőteljesíti ellenállóssági (LTAC) teszt a legfrissebb GB/T 1094.3-2017 nemzeti szabványban új, magasfeszültségi izolációs teszt. Ez a korábbi GB/T 1094.3-2003 szabványban előírt rövid idejű indukált erőteljesíti ellenállóssági (ACSD) tesztből fejlődött ki és vált el. Az LTAC teszttel kapcsolatos releváns rendelkezések a következő táblázatban találhatók:

A szabvány a következőképpen értelmezi az áramátmeneti erőteljesíti ellenállóssági (LTAC) tesztet a transzformátorokra:

• Um ≤ 72.5 kV-es teljesen izolált transzformátorok esetén a nagyfeszültségi tekercs és a nagyfeszültségi vezeték végpontjai, valamint a föld közötti fő izolációs erősség teljesen kiértékelhető az alkalmazott feszültség (AV) teszttel. Ezért nincs szükség LTAC tesztre.

• 72.5 < Um ≤ 170 kV-es transzformátorok esetén:

• Ha teljesen izolált, bár a fő izolációs erősség továbbra is megfelelően ellenőrizhető az alkalmazott feszültség (AV) teszttel, az LTAC teszt speciális tesztnek minősül. Ez azt jelenti, hogy általában nem szükséges rendszeres tesztelés során, de a felhasználó kifejezett kérése esetén el kell végezni.

• Ha neutrálisan földre kapcsolt (szintezett izoláció), az LTAC teszt rendszeres tesztnek minősül, és minden egységen a gyári elfogadótesztek során el kell végezni. A felhasználó beleegyezésével lecserélhető a végponti kapcsolási impulzus (SI) tesztre.

• Um > 170 kV-es transzformátorok esetén, függetlenül attól, hogy teljesen izolált vagy szintezett izoláció, az LTAC teszt speciális tesztnek minősül—általában nem kötelező, kivéve, ha a felhasználó kifejezetten kéri. Ebben az esetben azonban nem cserélhető le a végponti kapcsolási impulzus (SI) tesztre.

Gyakorlatban, teljesen izolált transzformátorok esetén, függetlenül a feszültségtől, soha nem végeznek végponti áramátmeneti ellenállóssági (LTAC) tesztet, mert a nagyfeszültségi tekercs/vezeték végpontjai és a föld közötti fő izolációs erősség szigorúbban ellenőrizhető a rendszeres 1 percnyi alkalmazott feszültség (AV) teszttel.

Fontos megjegyezni, hogy Um > 170 kV-es transzformátorok esetén az LTAC teszt nem helyettesíthető SI teszttel. Mind elméleti számítások, mind történelmi tapasztalatok azt mutatják, hogy 170 kV-nél magasabb feszültségű transzformátorok esetén a végponti és a föld közötti fő izoláció kiértékelésére az LTAC teszt körülbelül 10%-kal szigorúbb, mint az SI teszt.

3 Számítási módszer

A végponti áramátmeneti ellenállóssági (LTAC) teszt célja, hogy a nagyfeszültségi végpontra a megadott tesztfeszültséget indukálja, miközben a kisfeszültségi végpont a lehető legközelebb kerül a megadott szintre. Nincsenek kötelező eljárások a konkrét tesztelési módszerrel kapcsolatban. Az LTAC teszt leggyakrabban használt módszere a "szemközti fázis rövidítése és földre kapcsolása". Ez a szakasz röviden bemutatja ezt a módszert a SZ18-100000/220 transzformátor példáján keresztül.

3.1 Transzformátor paraméterei

Feszültségarány: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Teljesítményarány: 100 / 100 MVA
Nominális frekvencia: 50 Hz
Vektorcsoport: YNd11
Izolációs szintek: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Tesztkör

Ez a transzformátor végponti áramátmeneti ellenállóssági (LTAC) tesztének áramkördiagramja a következő:

LTAC teszt áramkör diagramja (A fázis mint példa)

A nagyfeszültségi oldalon a 9. szabályozási állás, a kisfeszültségi oldalon 2,0-szeres nominális feszültséggel energizált

Az LTAC teszt áramkörének kulcspontjai a következők:

• Az LTAC teszt fázisonként kell legyen elvégezve, azaz egyegyfázis indukált túlfeszültség teszt, amelynek indukciós tényezője körülbelül 2-szerese a nominális feszültségnek. Néhány esetben nem lehet pontosan 2-szeres, és enyhe eltérések elfogadhatók.

• Példaként az A fázis nagyfeszültségi tekercsének LTAC tesztjét veszük: adott feszültség Uax kerül a kisfeszültségi ax végpontok közé, ahol az x végpont földre van kapcsolva; a kisfeszültségi oldali b és c végpontok szabadon maradnak. A nagyfeszültségi oldalon a B és C végpontok össze vannak rövidítve és földre kapcsolva, míg az A végpont és a neutrális (0) végpont nyitva (nem csatlakoztatott) marad.

• A nagyfeszültségi tekercsnek a megadott szabályozási állásban kell lennie, hogy a nagyfeszültségi A végponton a megadott 395 kV tesztfeszültség (±3% engedélyezett eltérés mellett) legyen indukálva.

3.3 Számítási folyamat

Faraday elektromágneses indukció törvénye és a flukstok folytonosságának elve alapján, a fenti tesztelési konfiguráció mellett a B és C fázisok magtesti lábainak flukstusa egyenlő a A fázis magtesti lábának flukstusának felével, és ellentétes irányú. Tehát a B és C fázisok tekercseiben indukált feszültség amplitúdója a A fázisban indukált feszültség amplitúdójának felével egyenlő lesz.

LTAC teszt során a magflukstus eloszlásának sémája
(A fázis nagyfeszültségi tekercsének példája)

Legyen a kisfeszültségi a fázison indukált feszültség indukciós tényezője K, és a nagyfeszültségi oldal a N szabályozási állásban. A következő egyenlet írható fel:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Mivel a B fázis földre van kapcsolva, Uᵦ = 0)

Adva, hogy a B fázis magtesti lábának flukstusának amplitúdója a A fázisnak a felével egyenlő, ezért:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Tehát:
1.5 × Uₐ₀ = 395

A transzformátor feszültségaránya és a szabályozási állás beillesztése:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Ez az egyenlet két ismeretlent tartalmaz, N-et és K-t, és így elméletileg végtelen sok megoldása van. Azonban fizikai szempontból mindkét változó korlátozott: N egész szám, 1 és 17 között, és K körülbelül 2.

Az egyenlet megoldása N = 9-el K = 1.98-et ad.
Vagy, ha K = 2-et és N = 9-et állítunk be, akkor a Uₐ = 398.4 kV indukált feszültséget kapjuk.

A fenti formulával kiszámítható a transzformátor tekercsei bármely pontjának a LTAC teszt során indukált földhuzamos potenciálja.

3.4 Feszültség eloszlása

A fenti számítási módszer segítségével meghatározható a nagyfeszültségi A fázis tekercsének LTAC izolációs teszt során a potenciál eloszlása a következőképpen:

A tekercsek potenciál eloszlása az A fázis egyegyfázis LTAC teszt során

A fenti indukált feszültség eloszlási diagramból látható, hogy az egyegyfázis LTAC teszt során a tekercsek közötti indukált potenciálkülönbség relatíve kicsi. Ezért az LTAC teszt nem szigorúan értékeli—sem teljesen nem vizsgálja—a tekercsek közötti fő izolációs erősséget. Azonban a nagyfeszültségi végpont és a föld közötti fő izolációs erősség kiértékelése a legszigorúbb ebben a teszten (ez a következtetés kifejezetten a szintezett izolációs transzformátorokra vonatkozik). A tervezés során külön figyelmet kell fordítani a nagyfeszültségi tekercs végpont, a nagyfeszültségi vezeték végpont, valamint a földre kapcsolt mellékletek (pl. rögzítő szerkezetek, tartályfalak, nagyfeszültségi buszok emelőegységei) közötti fő izolációs erősség ellenőrzésére az LTAC teszt feltételei mellett.