Normen en berekening van LTAC-test voor elektriciteitsverdelertransformatoren

1 Inleiding

Volgens de bepalingen van de nationale norm GB/T 1094.3-2017 is het primaire doel van de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) voor elektriciteitsversterkers om de AC dielektrische sterkte te evalueren van de hoogspanningswikkelingsterminals naar de aarde. Het dient niet om de spoel-isolatie of fase-tot-fase isolatie te beoordelen.

In vergelijking met andere isolatietests (zoals volledige blikseminslag LI of schakelpuls SI) legt de LTAC-test een relatief strengere evaluatie op van de hoofdisolatiesterkte tussen de hoogspanningswikkelingsterminals, de hoogspanningsvoedingskabelterminals en geaarde metalen componenten zoals klemconstructies, riser-eenheden en de tank, wegens de langere duur (meestal 30 seconden voor 50 Hz versterkers en 36 seconden voor 60 Hz versterkers).

Talloze gevallen van mislukte isolatietests hebben aangetoond dat veel elektriciteitsversterkers blikseminslag (LI) en schakelpuls (SI) tests kunnen doorstaan, maar nog steeds instorten tijdens de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC), waarbij instortingen vaak optreden in de laatste paar seconden van de test. Dit toont duidelijk de cruciale belangrijkheid van de testduur aan bij het evalueren van de hoofdisolatie en benadrukt de strenge aard van de LTAC-test bij het beoordelen van de hoofdisolatiesterkte.

Daarom is het essentieel voor ontwerpingenieurs van versterkers om de wikkelingspotentiaalverdeling tijdens de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) nauwkeurig te berekenen in het ontwerp stadium, zodat een wetenschappelijke en rationele hoofdisolatieontwerp kan worden uitgevoerd, waardoor voldoende isolatiemarge wordt gegarandeerd vanuit het ontwerpbron.

2 Uitleg van Normen

De lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) voor elektriciteitsversterkers is een nieuw toegevoegde hoge-spanningsisolatietest die is ingevoerd in de nieuwste nationale norm GB/T 1094.3-2017. Het is ontstaan en gescheiden van de kortdurende geïnduceerde spanningstandvastigheidstest (ACSD) die is vastgesteld in de eerdere norm GB/T 1094.3-2003. De relevante bepalingen met betrekking tot de LTAC-test staan in de onderstaande tabel:

De norm geeft de volgende uitleg van de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) voor elektriciteitsversterkers:

• Voor elektriciteitsversterkers met Um ≤ 72.5 kV, die volledig geïsoleerd zijn, kan de hoofdisolatiesterkte tussen de hoogspanningswikkeling en de hoogspanningsvoedingskabelterminals en de aarde volledig worden geëvalueerd door de aangebrachte spanningstest (AV). Daarom is de LTAC-test niet vereist.

• Voor elektriciteitsversterkers met 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Als ze volledig geïsoleerd zijn, kan de hoofdisolatiesterkte nog steeds adequaat worden geverifieerd door de aangebrachte spanningstest (AV), maar de LTAC-test wordt als een speciale test gespecificeerd. Dit betekent dat het in het algemeen niet nodig is tijdens routine-tests, maar moet worden uitgevoerd als de gebruiker dit expliciet vraagt.

• Als ze neutraal geaard zijn (geklasseerde isolatie), wordt de LTAC-test als een routinetest gespecificeerd en moet deze op elke eenheid worden uitgevoerd tijdens fabrieksacceptatietests. Echter, met toestemming van de gebruiker, kan het worden vervangen door een lijnterminal schakelpulstest (SI).

• Voor elektriciteitsversterkers met Um > 170 kV, ofwel volledig geïsoleerd of geklasseerde isolatie, wordt de LTAC-test geclassificeerd als een speciale test—over het algemeen niet verplicht tenzij specifiek door de gebruiker gevraagd. In dit geval kan het echter niet worden vervangen door een lijnterminal schakelpulstest (SI).

In de praktijk wordt de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) nooit uitgevoerd voor volledig geïsoleerde elektriciteitsversterkers, ongeacht het spanningsniveau, omdat de hoofdisolatiesterkte tussen de hoogspanningswikkeling/voedingskabelterminals en de aarde strikter kan worden geverifieerd door de routine 1-minuut aangebrachte spanningstest (AV).

Het moet worden opgemerkt dat voor elektriciteitsversterkers met Um > 170 kV, de LTAC-test niet kan worden vervangen door de SI-test. Zowel theoretische berekeningen als historische ervaringen tonen aan dat voor het evalueren van de hoofdisolatie van de lijnterminal naar de aarde in versterkers boven 170 kV, de LTAC-test ongeveer 10% strenger is dan de SI-test.

3 Berekeningsmethode

Het doel van het uitvoeren van de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) op een elektriciteitsversterker is om de gespecificeerde testspanning op de hoogspanningsterminal te induceren, terwijl er wordt gezorgd dat de laagspanningsterminal een spanning bereikt die zo dicht mogelijk bij het gespecificeerde niveau ligt. Er zijn geen verplichte eisen met betrekking tot de specifieke testmethode. De meest voorkomende LTAC-testmethode is de "tegenfase gekorteerde en geaarde ondersteuningsmethode." Deze sectie introduceert deze methode kort met de SZ18-100000/220 elektriciteitsversterker als voorbeeld.

3.1 Versterkerparameters

Spanningsverhouding: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Vermogensverhouding: 100 / 100 MVA
Nominale frequentie: 50 Hz
Vectorgroep: YNd11
Isolatieniveaus: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Testcircuit

Het circuitdiagram voor de lijnterminal AC spanningstandvastigheidstest (LTAC) van deze elektriciteitsversterker is hieronder weergegeven:

LTAC Test Circuit Diagram (Fase A als voorbeeld)

Hoogspanningskant op tap 9, laagspanningskant gevoed met 2,0 keer nominale spanning

De kernpunten van het LTAC-testcircuit zijn als volgt:

• De LTAC-test moet fase per fase worden uitgevoerd, d.w.z. een enkelefase geïnduceerde overspanningstest met een inductiefactor van ongeveer 2 keer de nominale spanning. In sommige gevallen kan het niet precies 2 keer worden bereikt, en kleine afwijkingen zijn toegestaan.

• Met de LTAC-test op fase A van de hoogspanningswikkeling als voorbeeld: een bepaalde spanning Uax wordt aangebracht tussen de laagspannings terminals ax, met terminal x geaard; terminals b en c aan de laagspanningskant blijven zwevend. Aan de hoogspanningskant worden terminals B en C samengevoegd en geaard, terwijl terminal A en de neutrale (0) terminal open blijven (ongeconnecteerd).

• De hoogspanningswikkeling moet op een specifieke aangewezen tappositie worden ingesteld om te zorgen dat de vereiste testspanning van 395 kV (met een toegestane afwijking van ±3%) wordt geïnduceerd op de hoogspanningslijnterminal A.

3.3 Berekeningproces

Volgens Faradays wet van elektromagnetische inductie en het principe van magnetische fluxcontinuïteit, onder de bovenstaande testconfiguratie, is de magnetische flux in de kernpoten van fases B en C gelijk aan de helft van die in de kernpaal van fase A, en in de tegengestelde richting. Daarom zal de geïnduceerde spanning in de windingen van fases B en C een amplitude hebben die gelijk is aan de helft van de geïnduceerde spanning in fase A.

Schematische weergave van kernfluxverdeling tijdens LTAC-test
(Hoogspanningsfase A als voorbeeld)

Laat de inductiefactor van de opwekkingsspanning op de laagspanningsfase a K zijn, en laat de hoogspanningskant op tappositie N zijn. De volgende vergelijking kan worden opgesteld:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Aangezien fase B geaard is, Uᵦ = 0)

Gegeven dat de amplitude van de magnetische flux in de kernpaal van fase B de helft is van die in fase A, volgt daaruit:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Dus:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Substitutie van de transformatieverhouding van de transformatoren en tapposities:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Deze vergelijking bevat twee onbekenden, N en K, en heeft dus theorie