Standard dan Pengiraan Ujian LTAC untuk Penjana Kuasa

1 Pengenalan

Berdasarkan peruntukan piawaian negara GB/T 1094.3-2017, tujuan utama ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis bagi transformator kuasa adalah untuk menilai kekuatan dielektrik AC dari terminal beban tinggi ke tanah. Ia tidak bertujuan untuk menilai pengasingan antaralilit atau pengasingan fasa ke fasa.

Berbanding dengan ujian pengasingan lain (seperti impuls petir penuh LI atau impuls beralih SI), ujian LTAC memberikan penilaian yang lebih ketat terhadap kekuatan pengasingan utama antara terminal beban tinggi, terminal utama beban tinggi, dan komponen logam berlapis seperti struktur pemampat, unit riser, dan tangki, kerana tempohnya yang lebih lama (biasanya 30 saat untuk transformator 50 Hz dan 36 saat untuk transformator 60 Hz).

Banyak kes gagal ujian pengasingan telah menunjukkan bahawa banyak transformator kuasa dapat menahan ujian impuls petir (LI) dan ujian impuls beralih (SI) tetapi masih mengalami kerosakan semasa ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis, dengan kerosakan sering berlaku dalam beberapa saat terakhir ujian. Ini jelas menunjukkan pentingnya tempoh ujian dalam menilai pengasingan utama dan menekankan sifat ketat ujian LTAC dalam menilai kekuatan pengasingan utama.

Oleh itu, sangat penting bagi jurutera reka bentuk transformator untuk mengira dengan tepat taburan potensial pembungkus semasa ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis pada peringkat reka bentuk, supaya dapat melakukan reka bentuk pengasingan utama yang saintifik dan rasional, memastikan margin pengasingan yang mencukupi dari sumber reka bentuk.

2 Penafsiran Piawaian

Ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis bagi transformator kuasa adalah item ujian pengasingan tegangan tinggi baru yang diperkenalkan dalam piawaian negara terkini GB/T 1094.3-2017. Ia berkembang dan dipisahkan dari ujian daya tahan voltan induksi masa pendek (ACSD) yang ditetapkan dalam piawaian sebelumnya GB/T 1094.3-2003. Peruntukan berkaitan ujian LTAC disenaraikan dalam jadual di bawah:

Piawaian memberikan penafsiran berikut terhadap ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis bagi transformator kuasa:

• Untuk transformator kuasa dengan Um ≤ 72.5 kV, yang semuanya sepenuhnya terasing, kekuatan pengasingan utama antara pembungkus beban tinggi, terminal utama beban tinggi, dan tanah boleh dinilai sepenuhnya melalui ujian voltan yang dikenakan (AV). Oleh itu, ujian LTAC tidak diperlukan.

• Untuk transformator kuasa dengan 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Jika sepenuhnya terasing, walaupun kekuatan pengasingan utama masih boleh diverifikasi dengan memadai melalui ujian voltan yang dikenakan (AV), ujian LTAC ditetapkan sebagai ujian khas. Ini bermakna ia umumnya tidak diperlukan semasa ujian rutin, tetapi mesti dilakukan jika diminta secara eksplisit oleh pengguna.

• Jika berlapis netral (pengasingan berperingkat), ujian LTAC ditetapkan sebagai ujian biasa dan mesti dilakukan pada setiap unit semasa ujian penerimaan kilang. Namun, dengan persetujuan pengguna, ia boleh digantikan oleh ujian impuls beralih (SI) pada terminal garis.

• Untuk transformator kuasa dengan Um > 170 kV, sama ada sepenuhnya terasing atau pengasingan berperingkat, ujian LTAC diklasifikasikan sebagai ujian khas—secara umum tidak wajib kecuali diperlukan secara spesifik oleh pengguna. Dalam kasus ini, bagaimanapun, ia tidak boleh digantikan oleh ujian impuls beralih (SI) pada terminal garis.

Dalam amalan, untuk transformator kuasa yang sepenuhnya terasing, tidak kira tahap voltan, ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis tidak pernah dilakukan, kerana kekuatan pengasingan utama antara terminal beban tinggi/utama beban tinggi dan tanah boleh diverifikasi dengan lebih ketat melalui ujian voltan yang dikenakan (AV) rutin selama 1 minit.

Perlu diambil perhatian bahawa untuk transformator kuasa dengan Um > 170 kV, ujian LTAC tidak boleh digantikan oleh ujian SI. Kiraan teori dan pengalaman sejarah menunjukkan bahawa untuk menilai pengasingan utama dari terminal garis ke tanah pada transformator di atas 170 kV, ujian LTAC kira-kira 10% lebih ketat daripada ujian SI.

3 Kaedah Pengiraan

Tujuan melakukan ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis pada transformator kuasa adalah untuk menginduksi voltan ujian yang ditentukan pada terminal beban tinggi, sambil memastikan terminal beban rendah mencapai nilai voltan yang sebisa mungkin mendekati tahap yang ditentukan. Tiada keperluan wajib mengenai kaedah ujian tertentu. Kaedah ujian LTAC yang paling biasa adalah "kaedah sokongan pendek dan berlapis bertentangan." Bahagian ini memberikan penerangan singkat tentang kaedah ini menggunakan transformator kuasa SZ18-100000/220 sebagai contoh.

3.1 Parameter Transformator

Nisbah voltan: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Nisbah kapasiti: 100 / 100 MVA
Frekuensi bernisbah: 50 Hz
Kumpulan vektor: YNd11
Tahap pengasingan: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Litar Ujian

Gambar rajah litar untuk ujian daya tahan voltan AC (LTAC) terminal garis transformator kuasa ini ditunjukkan di bawah:

Gambar Rajah Litar Ujian LTAC (Fasa A sebagai Contoh)

Sisi beban tinggi pada tap 9, sisi beban rendah dibekalkan pada 2.0 kali voltan bernisbah

Titik-titik penting litar ujian LTAC adalah seperti berikut:

• Ujian LTAC harus dilakukan fasa demi fasa, iaitu ujian overvoltan induksi satu fasa dengan faktor induksi kira-kira 2 kali voltan bernisbah. Dalam beberapa kes, mungkin tidak tepat untuk mencapai tepat 2 kali, dan penyimpangan kecil dibenarkan.

• Mengambil ujian LTAC pada fasa A pembungkus beban tinggi sebagai contoh: voltan tertentu Uax dikenakan di antara terminal beban rendah ax, dengan terminal x berlapis; terminal b dan c pada sisi beban rendah dibiarkan mengambang. Pada sisi beban tinggi, terminal B dan C disingkat bersama dan berlapis, manakala terminal A dan terminal neutral (0) dibiarkan terbuka (tidak tersambung).

• Pembungkus beban tinggi mesti ditetapkan pada posisi tap tertentu untuk memastikan voltan ujian yang diperlukan 395 kV (dengan penyimpangan yang dibenarkan ±3%) diinduksi pada terminal garis beban tinggi A.

3.3 Proses Pengiraan

Berdasarkan hukum elektromagnet Faraday dan prinsip kelangsungan fluks magnet, di bawah konfigurasi ujian di atas, fluks magnet dalam anggota inti fasa B dan C adalah sama dengan separuh fluks magnet dalam anggota inti fasa A, dan dalam arah yang berlawanan. Oleh itu, voltan yang diinduksi dalam pembungkus fasa B dan C akan mempunyai amplitud sama dengan separuh voltan yang diinduksi dalam fasa A.

Gambar Rajah Taburan Fluks Inti Semasa Ujian LTAC
(Fasa A Beban Tinggi sebagai Contoh)

Biarkan faktor induksi voltan rangsangan pada fasa a beban rendah menjadi K, dan biarkan sisi beban tinggi berada pada posisi tap N. Persamaan berikut boleh ditetapkan:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Kerana fasa B berlapis, Uᵦ = 0)

Diberikan bahawa amplitud fluks magnet dalam anggota inti fasa B adalah separuh daripada fasa A, maka:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Oleh itu:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Menggantikan nisbah voltan transformator dan pengaturan tap:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Persamaan ini mengandungi dua anu, N dan K, dan oleh itu secara teori mempunyai tak terhingga penyelesaian. Walau bagaimanapun, dari sudut fizikal, kedua-dua pemboleh ubah ini dibatasi: N mesti merupakan integer antara 1 dan 17, dan K kira-kira sama dengan 2.

Menyelesaikan persamaan dengan N = 9 menghasilkan K = 1.98.
Atau, menetapkan K = 2 dan N = 9 memberikan voltan yang diinduksi Uₐ = 398.4 kV.

Menggunakan formula di atas, potensial tanah yang diinduksi pada mana-mana titik pada pembungkus transformator semasa ujian LTAC boleh dikira.

3.4 Taburan Voltan

Menggunakan kaedah pengiraan di atas, taburan potensial di seluruh pembungkus semasa ujian pengasingan LTAC pada fasa A pembungkus beban tinggi boleh ditentukan seperti berikut:

Taburan Potensial Pembungkus Semasa Ujian LTAC Satu Fasa pada Fasa A

Dari gambar rajah taburan voltan yang diinduksi di atas, dapat dilihat bahawa semasa ujian LTAC satu fasa, perbezaan potensial yang diinduksi antara pembungkus adalah relatif kecil. Oleh itu, ujian LTAC tidak memberikan penilaian yang ketat—atau sepenuhnya menilai—kekuatan pengasingan utama antara pembungkus. Walau bagaimanapun, penilaian kekuatan pengasingan utama dari terminal garis beban tinggi ke tanah adalah yang paling ketat dalam ujian ini (kesimpulan ini khusus untuk transformator dengan pengasingan berperingkat). Semasa reka bentuk, perhatian khusus harus diberikan kepada pengesahan kekuatan pengasingan utama antara terminal pembungkus beban tinggi, terminal utama beban tinggi, dan komponen berlapis seperti struktur pemampat, dinding tangki, dan riser bushing beban tinggi dalam keadaan ujian LTAC.