Standards un aprēķināšana LTAC testam enerģijas transformatoriem

1 Ievads

Saskaņā ar valsts standarta GB/T 1094.3-2017 noteikumiem, galvenais mērķis, ar kuru veic elektriskās transformatoru līnijas termināla maiņstrāvas izturības testu (LTAC), ir novērtēt AC dielektisko stiprumu no augstsprieguma vijas termināliem līdz zemei. Tas nav paredzēts interturna vai fāzes starpnieka izolācijas novērtēšanai.

Salīdzinājumā ar citiem izolācijas testiem (piemēram, pilns lietkūņa impulsu LI vai pārslēguma impulsu SI), LTAC tests, tālākajā laikā (parasti 30 sekundes 50 Hz transformatoriem un 36 sekundes 60 Hz transformatoriem), ļoti stingri novērtē galveno izolācijas stiprumu starp augstsprieguma vijas termināliem, augstsprieguma vadu termināliem un apzemesotiem metāllietājiem, piemēram, klampēšanas struktūras, riser vienības un rezervuārs.

Daudzi izolācijas testa neveiksmju gadījumi liecina, ka daudzi elektroenerģijas transformatori var izturēt lietkūņa impulsu (LI) un pārslēguma impulsu (SI) testus, bet joprojām sasniedz sabojājumu line terminal AC withstand voltage test (LTAC) laikā, parasti testa pēdējos dažus sekundes. Tas skaidri demonstrē testa ilguma kritisko nozīmi galvenās izolācijas novērtēšanā un uzsvēra LTAC testa stingrību galvenās izolācijas stipruma novērtēšanā.

Tādēļ, ir būtiski, lai transformatoru dizaina inženieri precīzi aprēķinātu līnijas termināla maiņstrāvas izturības testa (LTAC) laikā viju potenciāla sadalījumu dizaina stadijā, lai veiktu zinātnisku un racionālu galvenās izolācijas dizainu, nodrošinot pietiekamu izolācijas rezervi no dizaina avota.

2 Standartu interpretācija

Elektroenerģijas transformatoru līnijas termināla maiņstrāvas izturības tests (LTAC) ir jauns augstsprieguma izolācijas tests, kas ieviests jaunākajā valsts standartā GB/T 1094.3-2017. Tas attīstījās un atdalījās no iepriekšējā standarta GB/T 1094.3-2003 noteiktā īslaicīgā indukcijas izturības testa (ACSD). Saistītie noteikumi par LTAC testu ir norādīti tabulā zemāk:

Standarts sniedz šādu interpretāciju par elektroenerģijas transformatoru līnijas termināla maiņstrāvas izturības testu (LTAC):

• Elektroenerģijas transformatoriem ar Um ≤ 72.5 kV, kas visi ir pilnībā izolēti, galvenā izolācijas stipruma starp augstsprieguma vijas un augstsprieguma vadu termināliem un zemi var pilnībā novērtēt, izmantojot piemērotā sprieguma testu (AV). Tādēļ, LTAC tests nav nepieciešams.

• Elektroenerģijas transformatoriem ar 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Ja pilnībā izolēti, neskatoties uz to, ka galvenā izolācijas stipruma var tikt adekvāti pārbaudīts, izmantojot piemērotā sprieguma testu (AV), LTAC tests tiek noteikts kā speciāls tests. Tas nozīmē, ka parasti tas nav nepieciešams parastajos testos, bet jāveic, ja lietotājs to eksplīcitā veidā pieprasa.

• Ja neutrāli apzemesots (stāvstupe izolācija), LTAC tests tiek noteikts kā parasts tests un jāveic katram vienībai rūpnīcas pieņemšanas testos. Tomēr, ar lietotāja vienošanos, to var aizvietot ar līnijas termināla pārslēguma impulsu testu (SI).

• Elektroenerģijas transformatoriem ar Um > 170 kV, neatkarīgi no tā, vai tie ir pilnībā izolēti vai ar stāvstupe izolāciju, LTAC tests tiek klasificēts kā speciāls tests—parasti nav obligāts, ja lietotājs to neeksplīcitā veidā pieprasa. Šajā gadījumā to nevar aizvietot ar līnijas termināla pārslēguma impulsu testu (SI).

Praktiski, pilnībā izolētiem elektroenerģijas transformatoriem, neatkarīgi no sprieguma līmeņa, līnijas termināla maiņstrāvas izturības tests (LTAC) nekad netiek veikts, jo galvenā izolācijas stipruma starp augstsprieguma vijas/vadu termināliem un zemi var tikt stingrāk pārbaudīts, izmantojot parastu 1-minūtes piemērotā sprieguma testu (AV).

Jāatzīmē, ka elektroenerģijas transformatoriem ar Um > 170 kV, LTAC tests nevar tikt aizvietots ar SI testu. Gan teorētiskie aprēķini, gan vēsturiskā pieredze rāda, ka, lai novērtētu galveno izolāciju no līnijas termināla līdz zemei transformatoros virs 170 kV, LTAC tests ir aptuveni 10% stingrāks nekā SI tests.

3 Aprēķināšanas metode

Mērķis, veicot līnijas termināla maiņstrāvas izturības testu (LTAC) elektroenerģijas transformatoram, ir izraisīt noteikto testa spriegumu augstsprieguma terminālā, nodrošinot, ka zemsprieguma terminālis sasniedz sprieguma vērtību, cik tuvu iespējams, noteiktajam līmenim. Par konkrēto testa metodi nav obligātu prasību. Visbiežāk izmantotā LTAC testa metode ir "pretējo fāžu saites un apzemesošanas metode." Šajā sadaļā šī metode tiek īsumā ieviesta, izmantojot SZ18-100000/220 elektroenerģijas transformatoru kā piemēru.

3.1 Transformatora parametri

Sprieguma attiecība: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Izspēja: 100 / 100 MVA
Nominalais frekvence: 50 Hz
Vektoru grupa: YNd11
Izolācijas līmeņi: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Testa shēma

Šī elektroenerģijas transformatora līnijas termināla maiņstrāvas izturības testa (LTAC) shēma ir redzama zemāk:

LTAC testa shēma (piemēram, A fāze)

Augstsprieguma puse tapa 9, zemsprieguma puse uzsākta ar 2.0 reizes nomālo spriegumu

LTAC testa shēmas galvenie punkti ir šādi:

• LTAC tests jāveic fāze pa fāzi, t.i., viena fāzes inducēta pārsprieguma tests ar indukcijas koeficientu aptuveni 2 reizes nomālajam spriegumam. Dažos gadījumos, iespējams, tieši 2 reizes nav sasniegams, un ir atļautas mazas novirzes.

• Piemēram, A fāzes augstsprieguma vijas LTAC testa dēļ: zemsprieguma terminālos ax tiek piemērots noteikts spriegums Uax, kur termināls x ir apzemesots; zemsprieguma puses termināli b un c paliek brīvi. Augstsprieguma puses termināli B un C tiek saiti kopā un apzemesoti, kamēr termināls A un neitrālais (0) termināls paliek atvērti (nesavienoti).

• Augstsprieguma vija jāievada konkrētā noteiktā tapa pozīcijā, lai nodrošinātu, ka augstsprieguma līnijas terminālā A tiek inducēts nepieciešamais testa spriegums 395 kV (ar atļautu novirzi ±3%).

3.3 Aprēķināšanas process

Saskaņā ar Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu un magnētiskā plūsmas nepārtraukuma principu, šajā testa konfigurācijā magnētiskā plūsma B un C fāžu kodolu šķīrvērsos ir vienāda ar pusēm no A fāzes kodola magnētiskās plūsmas, un pretēja virziena. Tādēļ, inducētais spriegums B un C fāžu vijās būs amplitūdē vienāds ar pusēm no A fāzes inducētā sprieguma.

Testa laikā kodola magnētiskās plūsmas shēma
(piemēram, augstsprieguma A fāze)

Noliekot, ka zemsprieguma fāzes a stimulēšanas sprieguma indukcijas koeficients ir K, un augstsprieguma puse ir tapa pozīcijā N. Var izveidot šādu vienādojumu:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Kamēr B fāze ir apzemesota, Uᵦ = 0)

Ņemot vērā, ka B fāzes kodola magnētiskās plūsmas amplitūde ir pusē no A fāzes, seko, ka:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Tātad:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Aizstājot transformatora sprieguma attiecību un tapa iestatījumus:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Šis vienādojums satur divus nezināmos, N un K, un tādēļ teorētiski ir bezgalīgi daudz atrisinājumu. Tomēr, fiziskā aspektā abiem mainīgajiem ir ierobežojumi: N jābūt veselam skaitlim starp 1 un 17, un K ir aptuveni vienāds ar 2.

Viendabīgojot vienādojumu ar N = 9, iegūst K = 1.98.
Vai nu, iestatot K = 2 un N = 9, iegūst inducēto spriegumu Uₐ = 398.4 kV.

Izmantojot šo formulu, var aprēķināt inducēto apzemesoto potenciālu jebkurā transformatora vijas punktā LTAC testa laikā.

3.4 Sprieguma sadalījums

Izmantojot minēto aprēķināšanas metodi, var noteikt sprieguma sadalījumu vijās, veicot LTAC izolācijas testu A fāzei augstsprieguma vijā, kā redzams zemāk:

Vienfāzes LTAC testa laikā vijas sprieguma sadalījums A fāzei

No minētā inducētā sprieguma sadalījuma diagrammas redzams, ka vienfāzes LTAC testa laikā viju starpnieka inducētais potenciāldiference ir salīdzinoši maza. Tādēļ, LTAC tests nesniedz stingru novērtējumu, nesniedz pilnu novērtējumu galvenajam izolācijas stiprumam starp vijām. Tomēr, novērtējums galvenajam izolācijas stiprumam no augstsprieguma līnijas termināla līdz zemei ir visstingrākais šajā testā (šis secinājums attiecas īpaši uz stāvstupe izolētiem transformatoriem). Dizaina stadijā jāpievērš īpaša uzmanība, lai pārbaudītu galveno izolācijas stiprumu starp augstsprieguma vijas termināli, augstsprieguma vadu termināli un apzemesotiem komponentiem, piemēram, klampēšanas struktūras, rezervuāra sienas un augstsprieguma bushing risers, LTAC testa apstākļos.