Standardi in izračuni LTAC preizkusa za močne transformatorje

1 Uvod

V skladu s predpisi nacionalnega standarda GB/T 1094.3-2017 je glavni namen preskušanja izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) za preobrazovalnike točkovanja oceniti izolacijsko trdost med stikalom visoke napetosti in zemlji. To preskušanje ne služi za ocenjevanje mehurčne ali faza-fazne izolacije.

V primerjavi z drugimi preskusi izolacije (na primer, celotnim udarnim nihanjem LI ali preklopnim udarnim nihanjem SI) LTAC preskus postavlja bolj strogi test glavne izolacije med stikalom visoke napetosti, stikalom visokonapetostnih vodov in zemljenimi kovinskimi komponentami, kot so klema, riser jedra in rezervoar, zaradi dolgega trajanja (običajno 30 sekund za preobrazovalnike na 50 Hz in 36 sekund za preobrazovalnike na 60 Hz).

Številni primeri odpovedi preskusov izolacije kažejo, da mnogi preobrazovalniki lahko preživijo preskuse celotnega udarnega nihanja (LI) in preklopnega udarnega nihanja (SI), vendar še vedno doživijo propad pri preskusu izolacije pod napetostjo stikala (LTAC), z propadi, ki se pogosto pojavljajo v zadnjih nekaj sekundah preskusa. To jasno kaže kritično pomembnost trajanja preskusa pri ocenjevanju glavne izolacije in poudarja strogo naravo LTAC preskusa pri ocenjevanju glavne izolacijske trdosti.

Zato je ključno, da inženirji, ki oblikujejo preobrazovalnike, natančno izračunajo potencialno porazdelitev ovijal med preskusom izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) na etapi oblikovanja, da bi izvedli znanstveno in racionalno oblikovanje glavne izolacije, ki zagotavlja zadostno maržo izolacije od samega izvora oblikovanja.

2 Razlaga standardov

Preskus izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) za preobrazovalnike točkovanja je nov dodan preskus visokonapetostne izolacije v najnovejšem nacionalnem standardu GB/T 1094.3-2017. Ta preskus je razvit in ločen iz kratkotrajnega induktivnega preskusa (ACSD), določenega v prejšnjem standardu GB/T 1094.3-2003. Relevante določbe o LTAC preskusu so navedene v spodnji tabeli:

Standard prinaša naslednjo razlago preskusa izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) za preobrazovalnike točkovanja:

• Za preobrazovalnike z Um ≤ 72.5 kV, ki so vsi popolnoma izolirani, se glavna izolacijska trdost med stikalom visoke napetosti, stikalom visokonapetostnih vodov in zemlji lahko v celoti ovrednoti s preskusom uporabljenega napon (AV). Zato ni potreben LTAC preskus.

• Za preobrazovalnike z 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Če so popolnoma izolirani, čeprav se glavna izolacijska trdost lahko še vedno zadostno preveri s preskusom uporabljenega napon (AV), LTAC preskus je določen kot poseben preskus. To pomeni, da ga običajno ni potrebno izvajati med običajnimi preskusi, vendar mora biti izveden, če ga izrecno zahteva uporabnik.

• Če je zemljen na neutral (razredni izolacija), LTAC preskus je določen kot običajni preskus in mora biti izveden na vsaki enoti med preskusi na tovarni. Vendar, s sporazumom uporabnika, se lahko nadomešča z preklopnim udarnim preskusom (SI) na stikalu.

• Za preobrazovalnike z Um > 170 kV, ne glede na to, ali so popolnoma izolirani ali razredni, LTAC preskus je klasificiran kot poseben preskus - običajno ni obvezan, razen, če ga izrecno zahteva uporabnik. V tem primeru pa ga ni mogoče nadomeščati z preklopnim udarnim preskusom (SI) na stikalu.

Na praktičnem nivoju, za popolnoma izolirane preobrazovalnike, ne glede na ravni napetosti, se preskus izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) nikoli ne izvaja, ker se glavna izolacijska trdost med stikalom visoke napetosti/visokonapetostnimi vodi in zemlji lahko bolj strogo preveri s standardnim 1-minutnim preskusom uporabljenega napon (AV).

Treba je opozoriti, da za preobrazovalnike z Um > 170 kV, LTAC preskus ne more biti nadomeščen z preskusom SI. Teoretični izračuni in zgodovinska izkušnja kažejo, da za ocenjevanje glavne izolacije od stikala do zemlje v preobrazovalnikih nad 170 kV, LTAC preskus približno 10 % stršen kot preskus SI.

3 Računska metoda

Cilj izvajanja preskusa izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) na preobrazovalniku je inducirati določeni preskusni napon na stikalu visoke napetosti, hkrati pa zagotoviti, da bo napon na stikalu nizke napetosti dosegl vrednost, ki je čim bližje določeni. Ni nobenih obveznih zahtev glede specifične metode preskusa. Najpogostejša metoda LTAC preskusa je "metoda kratičnega zemljenja in podpore nasprotne faze." Ta odsek krateko predstavi to metodo na primeru preobrazovalnika SZ18-100000/220.

3.1 Parametri preobrazovalnika

Odgornost: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Kapaciteta: 100 / 100 MVA
Nazivna frekvenca: 50 Hz
Vektorski skupina: YNd11
Raven izolacije: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Preskusni vez

Shema vezja za preskus izolacije pod napetostjo stikala (LTAC) tega preobrazovalnika je prikazana spodaj:

Shema vezja za preskus LTAC (Primer faze A)

Visokonapetostna stran na položaju 9, nizkonapetostna stran napajana na 2.0-krat nazivni napon

Ključni točke vezja za preskus LTAC so sledeče:

• Preskus LTAC se mora izvajati fazno, torej kot enofazni induktivni preskus z faktorjem indukcije približno 2-krat nazivni napon. V nekaterih primerih ni mogoče točno doseči 2-krat, in so dopuščene majhne odstopanja.

• Na primer, za preskus LTAC na fazi A visokonapetostne ovitve: določen napon Uax se uporabi med nizkonapetostnima stikaloma ax, s stikalom x zemljenim; stikala b in c na nizkonapetostni strani ostanejo prosti. Na visokonapetostni strani sta stikala B in C skratena in zemljena, medtem ko sta stikalo A in neutralni (0) stikalo prosta (nezvezana).

• Visokonapetostna ovitev mora biti postavljena na določen položaj, da se zagotovi, da bo določen preskusni napon 395 kV (z dovoljenim odstopanjem ±3%) induciran na visokonapetostnem stikalnem A.

3.3 Računski postopek

V skladu z Faradayevim zakonom elektromagnetske indukcije in principom zveznosti magnetnega pretoka, v okviru zgornjega preskusnega konfiguracije, je magnetni pretok v žarkih faz B in C enak polovici magnetnega pretoka v žarku faze A, v nasprotni smeri. Torej bo amplituda induciranega napona v oviteljah faz B in C enaka polovici amplitud induciranega napona v fazi A.

Skica porazdelitve magnetnega pretoka med preskusom LTAC
(Primer visokonapetostne faze A)

Naj bo faktor indukcije navzočnega napona na nizkonapetostni fazi a K, in naj bo visokonapetostna stran na položaju N. Se lahko uvede naslednja enačba:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Ker je faza B zemljena, Uᵦ = 0)

Ker je amplituda magnetnega pretoka v žarku faze B polovica amplitude faze A, sledi:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Torej:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Z uporabo odgornosti preobrazovalnika in nastavitev položajev:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Ta enačba vsebuje dva neznanka, N in K, in tako teoretično ima neskončno število rešitev. Vendar, fizikalno gledano, sta obe spremenljivki omejeni: N mora biti celo število med 1 in 17, in K je približno enak 2.

Reševanje enačbe z N = 9 da K = 1.98.
Alternativno, z K = 2 in N = 9 je inducirani napon Uₐ = 398.4 kV.

S pomočjo zgornje formule se lahko izračuna inducirani potencial na katerem koli mestu v oviteljih preobrazovalnika med preskusom LTAC.

3.4 Porazdelitev napetosti

S pomočjo zgornje računske metode se lahko določi porazdelitev potencialov v oviteljih med preskusom LTAC izolacije na fazi A visokonapetostne ovitve, kot sledi:

Porazdelitev potencialov v oviteljih med enofaznim preskusom LTAC na fazi A

Iz zgornje sheme induciranih napetosti se vidi, da je med enofaznim preskusom LTAC relativno majhen inducirani različni potencial med oviteljemi. Torej, preskus LTAC ne postavlja strogega preskusa - in ne povsem oceni - glavne izolacijske trdosti med ovitelji. Vendar, ocenjevanje glavne izolacijske trdosti od visokonapetostnega stikala do zemlje je najstrožje pri tem preskusu (ta zaključek velja specifično za preobrazovalnike z razredni izolacijo). Med oblikovanjem mora biti posebna pozornost posvečena preverjanju glavne izolacijske trdosti med stikalom visokonapetostne ovitve, stikalom visokonapetostnih vod in zemljenimi komponentami, kot so klema, stene rezervoara in visokonapetostne risere visokonapetostnih stikalov v pogoji preskusa LTAC.