Διαδικασίες Ελέγχου Μετατροπέων συμβατές με τα πρότυπα IEEE C57 και GB 1094

1. Θεμελιώδη Στοιχεία του Έλεγχου Μετασχηματιστών

1.1 Επισκόπηση
Οι μετασχηματιστές είναι μεταξύ των πιο σημαντικών εξοπλισμών για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Η ποιότητα και αξιοπιστία τους επηρεάζουν άμεσα την ασφαλή και αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Η βλάβη σε μετασχηματιστές γεννήτριας ή σημαντικών υποσταθμίων μετασχηματιστών μπορεί να διακόψει τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας, και η επισκευή ή μεταφορά τέτοιων μεγάλων μονάδων απαιτεί συνήθως αρκετούς μήνες.

Κατά τη διάρκεια αυτής της παύσης, η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας είναι υπονομευμένη, επιβαρύνοντας αρνητικά τη βιομηχανική και γεωργική παραγωγή καθώς και την κατοικιακή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας—προκαλώντας σημαντικές οικονομικές απώλειες.

Καθώς αυξάνονται οι απαιτήσεις για ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία των μετασχηματιστών, οι τεχνολογίες έλεγχου μετασχηματιστών έχουν προοδεύσει σημαντικά τα τελευταία δεκαεννέα χρόνια. Σημαντικές εξελίξεις περιλαμβάνουν:

• Προσωρινές δοκιμές σε μεγάλους μετασχηματιστές σε ρυθμισμένη τάση,

• Τεχνικές μέτρησης και τοποθέτησης μερικών εκκενώσεων,

• Εφαρμογή μεταφορικών συναρτήσεων για τον εντοπισμό σφαλμάτων από τον παρασύροντα,

• Χρήση ψηφιακής τεχνολογίας για τη μέτρηση απωλειών,

• Εισαγωγή μεθόδων έντασης ήχου στη μέτρηση θορύβου,

• Φασματική ανάλυση για τη διάγνωση της μεταμόρφωσης των πλεξίδων, και

• Αυξανόμενη χρήση ανάλυσης διαλυμένων αερίων (DGA) στο λάδι του μετασχηματιστή.

1.2 Πρότυπα Έλεγχου Μετασχηματιστών
Για να εξασφαλίσει ότι οι μετασχηματιστές πληρούν τα απαιτούμενα πρότυπα για την ποιότητα και την αξιοπιστία της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, έχουν θεσπιστεί εθνικά πρότυπα για τους μετασχηματιστές και τις διαδικασίες έλεγχου:

• GB 1094.1–1996: Μετασχηματιστές – Μέρος 1: Γενικά

• GB 1094.2–1996: Μετασχηματιστές – Μέρος 2: Αύξηση θερμοκρασίας

• GB 1094.3–1985: Μετασχηματιστές – Μέρος 3: Επίπεδα απομόνωσης, ηλεκτρικοί έλεγχοι και εξωτερικές αποστάσεις στον αέρα

• GB 1094.5–1985: Μετασχηματιστές – Μέρος 5: Δυνατότητα αντοχής σε σύντομη κατάκαμψη

• GB 6450–1986: Ηλεκτρικοί μετασχηματιστές χωρίς λάδι

1.3 Είδη Ελέγχου Μετασχηματιστών

1.3.1 Συνήθεις Έλεγχοι

• Μέτρηση της αντίστασης των πλεξίδων

• Μέτρηση λόγου τάσης και μέτρηση απώλειας φορτίου

• Μέτρηση αντίστασης σύντομης κατάκαμψης και απώλειας φορτίου

• Μέτρηση τρέχοντος κενού και απώλειας κενού

• Μέτρηση αντίστασης απομόνωσης μεταξύ πλεξίδων και γης

• Συνήθεις ηλεκτρικοί έλεγχοι — δείτε το Πίνακα 1-3 για τα έργα συνήθους ηλεκτρικών ελέγχων εγκατάστασης

• Έλεγχοι μετασχηματιστή με φορτίο

1.3.2 Τυπικοί Έλεγχοι

• Έλεγχος αύξησης θερμοκρασίας.

• Τυπικοί ηλεκτρικοί έλεγχοι (δείτε τον Πίνακα 1).

1.3.3 Ειδικοί Έλεγχοι

• Μέτρηση του αναλοιπού εμπόδιου για τριφασικά μετατροπείς.

• Έλεγχος αντοχής σε σύντομη σύνδεση.

• Μέτρηση επιπέδου θορύβου.

• Μέτρηση των αρμονικών συστατικών του ρεύματος χωρίς φορτίο.

2. Μέτρηση Σχέσης Τάσεων και Επαλήθευση Ονομασίας Συνδυασμού Συνδέσεων

2.1 Επισκόπηση
Η μέτρηση της σχέσης τάσεων είναι ένας συνηθισμένος έλεγχος για τους μετατροπείς. Εκτελείται όχι μόνο στο εργοστάσιο κατά την κατασκευή, αλλά και στο χώρο πριν από την επικύρωση του μετατροπέα στην υπηρεσία.

2.1.1 Σκοπός της Μέτρησης της Σχέσης Τάσεων

• Για να διασφαλίζεται ότι οι σχέσεις τάσεων σε όλες τις θέσεις παραμέτρων πέφτουν εντός της επιτρεπόμενης αποδοχής που καθορίζεται από πρότυπα ή τεχνικές προδιαγραφές συμβόλαιου.

• Για να επαληθεύεται ότι παράλληλα συνδεδεμένα βρόχια ή τμήματα βρόχιων (π.χ., τμήματα παραμέτρων) έχουν τον ίδιο αριθμό σπειρών.

• Για να επιβεβαιώνεται ότι οι ηλεκτροδοχοί παραμέτρων και οι συνδέσεις στον αλλαξιμό παραμέτρων είναι σωστά συνδεδεμένοι.

Η σχέση τάσεων είναι ένα κρίσιμο παράμετρο απόδοσης ενός μετατροπέα. Επειδή αυτός ο έλεγχος χρησιμοποιεί χαμηλή τάση και είναι απλός στην εκτέλεση, εκτελείται πολλές φορές κατά την κατασκευή για να εγγυηθεί τη συμμόρφωση με τις προδιαγραφές σχεδίασης.

3. Μέτρηση Κατευθυνόμενης Αντίστασης των Βρόχων

3.1 Σκοπός και Προδιαγραφές
Σύμφωνα με το GB 1094.1–1996 “Μετατροπείς Ρεύματος – Μέρος 1: Γενικά,” η μέτρηση της κατευθυνόμενης αντίστασης κατηγοριοποιείται ως συνηθισμένος έλεγχος. Συνεπώς, κάθε μετατροπέας πρέπει να υποστεί αυτόν τον έλεγχο και κατά την κατασκευή και μετά από αυτή.

Οι κύριοι σκοποί της μέτρησης της κατευθυνόμενης αντίστασης είναι οι εξής:

• Ελέγχος της ποιότητας των συνδέσεων ή μηχανικών συνδέσεων μεταξύ των βρόχων—έλεγχος για κακές συνδέσεις;

• Ακεραιότητα των συνδέσεων μεταξύ των ηλεκτροδοχών και των καταναλωτών, καθώς και μεταξύ των ηλεκτροδοχών και του αλλαξιμού παραμέτρων;

• Βασικότητα των συνδέσεων ή μηχανικών συνδέσεων μεταξύ των ηλεκτροδοχών;

• Αν το μέγεθος και η αντίσταση των ηλεκτροδοχών ανταποκρίνονται στις προδιαγραφές;

• Εξισορρόπηση της αντίστασης μεταξύ φάσεων;

• Υπολογισμός της αύξησης της θερμοκρασίας των βρόχων, ο οποίος απαιτεί τη μέτρηση της αντίστασης σε ψυχρό κατάστημα πριν από τον έλεγχο αύξησης θερμοκρασίας και την αντίσταση σε ζεστό κατάστημα άμεσα μετά την αποσύνδεση της ενέργειας κατά τη διάρκεια του έλεγχου.

3.2 Μεθόδοι Μέτρησης
Σύμφωνα με το JB/T 501–91 “Οδηγός Ελέγχου Μετατροπέων Ρεύματος,” υπάρχουν δύο πρότυπες μεθόδοι για τη μέτρηση της κατευθυνόμενης αντίστασης των βρόχων των μετατροπέων:

• Μέθοδος γέφυρας (π.χ., διπλή γέφυρα Kelvin)

• Μέθοδος βολτ-αμπερ (V-A)

4. Έλεγχος Χωρίς Φορτίο

4.1 Επισκόπηση
Η μέτρηση της απώλειας χωρίς φορτίο και του ρεύματος χωρίς φορτίο είναι ένας συνηθισμένος έλεγχος μετατροπέων. Η πλήρης χαρακτηριστική μαγνητοποίησης ενός μετατροπέα καθορίζεται μέσω του ελέγχου χωρίς φορτίο.

Οι στόχοι αυτού του ελέγχου είναι:

• Να μετρηθούν η απώλεια χωρίς φορτίο και το ρεύμα χωρίς φορτίο;

• Να επαληθευτεί αν η σχεδίαση και η διαδικασία κατασκευής του πυρήνα συμμορφώνονται με τα εφαρμόσιμα πρότυπα και τεχνικές προδιαγραφές;

• Να ανιχνευθούν πιθανές λανθάνουσες ατελείες στον πυρήνα, όπως τοπική υπερθέρμανση ή αδύναμη απομόνωση.

4.2 Απώλεια Χωρίς Φορτίο
Η απώλεια χωρίς φορτίο προκύπτει κυρίως από τις απώλειες χυστότητας και των ιδιοτόκων στις λεπτές πλάκες ηλεκτρικού χάλυβα. Περιλαμβάνει επίσης πρόσθετες απώλειες, όπως τις απώλειες παρεμβολής λόγω διαρροής φλούξου.

4.3 Ρεύμα Χωρίς Φορτίο
Το μέγεθος του ρεύματος χωρίς φορτίο καθορίζεται κυρίως από την καμπύλη B–H (μαγνητοποίηση) του ηλεκτρικού χάλυβα που χρησιμοποιείται στον πυρήνα.

5. Απώλεια Φορτίου και Μέτρηση Αναλοιπού Σύνδεσης σε Σύντομη Σύνδεση

5.1 Επισκόπηση του Ελέγχου Φορτίου
Η μέτρηση της απώλειας φορτίου και του αναλοιπού σύνδεσης σε σύντομη σύνδεση είναι ένας συνηθισμένος έλεγχος.

Οι κατασκευαστές εκτελούν αυτόν τον έλεγχο για:

• Να καθοριστούν τα τιμήματα της απώλειας φορτίου και του αναλοιπού σύνδεσης σε σύντομη σύνδεση;

• Επαλήθευση της συμμόρφωσης με προδιαγραφές και τεχνικές συμφωνίες;

• Ανίχνευση δυνητικών ελαττωμάτων στις πλεξίδες.

Κατά τη διάρκεια του τεστ, εφαρμόζεται ένα υπέρταση σε μία πλεξίδα ενώ η άλλη είναι σε σύνδεση. Σύμφωνα με την ισορροπία αμπερ-στροφές, όταν ο ρεύστης στην ενεργοποιημένη πλεξίδα φθάνει στην προβλεπόμενη τιμή, η συνδεδεμένη πλεξίδα επίσης μεταφέρει προβλεπόμενο ρεύστη.

Παρόλο που ο κύριος μαγνητικός ρομανός στον πυρήνα είναι πολύ μικρός κατά τη διάρκεια αυτού του τεστ, παράγεται σημαντική διαρροή μαγνητικού ρομανός λόγω του υψηλού ρεύστη. Αυτή η διαρροή μαγνητικού ρομανός προκαλεί:

• Απώλειες Foucault στους ηγαστήρες των πλεξίδων;

• Απώλειες κυκλοφορούντων ρευμάτων σε παράλληλους ηγαστήρες;

• Πρόσθετες απώλειες σε δομές συμπίεσης, τοίχους δοχείου, ηλεκτρομαγνητικά καταστέρηση, πλαισία πυρήνα και πλάκες σύνδεσης.

Όλες αυτές οι απώλειες εξαρτώνται από το ρεύστη και εντάσσονται συλλογικά στην κατηγορία των απωλειών υπό φορτίο.

6. Εφαρμοσμένο Τεστ Αντοχής Υπέρτασης AC

6.1 Επισκόπηση
Για να εξασφαλιστεί ότι τα μετασχηματιστήρια είναι ασφαλή και αξιόπιστα για τη λειτουργία στο δίκτυο, η εγκάλυψή τους πρέπει να πληροί όχι μόνο τις πρόδειγματικές προδιαγραφές, αλλά και την απαιτούμενη ηλεκτρική αντοχή. Η ηλεκτρική αντοχή αποφασίζει εάν ένα μετασχηματιστήρι μπορεί να αντέξει τόσο στις φυσιολογικές λειτουργικές υπέρτασες όσο και σε παρανόμαλες συνθήκες, όπως τα βλαστήματα καταιγίδων ή τις υπέρτασες αλλαγής.

Μόνο μετά από επιτυχή διεξαγωγή τεστ, περιλαμβανομένων του σύντομης διάρκειας υπέρτασης σε ρυθμό διανομής, του τεστ αντοχής βλαστήματος και των μετρήσεων μερικών διαρροών, ένα μετασχηματιστήρι μπορεί να θεωρηθεί έτοιμο για σύνδεση με το δίκτυο.

Το εφαρμοσμένο τεστ αντοχής AC αξιολογεί κυρίως την κύρια εγκάλυψη μεταξύ πλεξίδων και γης, και μεταξύ πλεξίδων.

• Για τα πλήρως εγκαλυμμένα μετασχηματιστήρια, αυτό το τεστ πλήρως επιβεβαιώνει την κύρια εγκάλυψη.

• Για τα μετασχηματιστήρια με εγκάλυψη σε επίπεδα, αξιολογεί μόνο την εγκάλυψη των πλεξίδων κοντά στον δοκό και την εγκάλυψη συγκεκριμένων τμημάτων σε γη. Δεν μπορεί να εκτιμήσει την πλήρη εγκάλυψη πλεξίδων-γης ή μεταξύ πλεξίδων.

Για τα μετασχηματιστήρια με εγκάλυψη σε επίπεδα, απαιτείται το τεστ παραγόμενης υπέρτασης για συνολική αξιολόγηση της εγκάλυψης μεταξύ πλεξίδων, μεταξύ πλεξίδων και γης, και για συναφείς εγκαταστάσεις.

7. Τεστ Αντοχής Παραγόμενης Υπέρτασης

7.1 Επισκόπηση
Το τεστ αντοχής παραγόμενης υπέρτασης είναι ένα άλλο κρίσιμο ηλεκτρικό τεστ που ακολουθεί το εφαρμοσμένο τεστ AC.

• Για τα πλήρως εγκαλυμμένα μετασχηματιστήρια, το εφαρμοσμένο τεστ AC ελέγχει μόνο την κύρια εγκάλυψη, ενώ η εγκάλυψη ανά στροφή, ανά στρώμα και ανά τμήμα ελέγχεται από το τεστ παραγόμενης υπέρτασης.

• Για τα μετασχηματιστήρια με εγκάλυψη σε επίπεδα, το εφαρμοσμένο τεστ AC επαληθεύει μόνο την εγκάλυψη του ουδέτερου σημείου. Το τεστ παραγόμενης υπέρτασης είναι απαραίτητο για την αξιολόγηση:

• Εγκάλυψη ανά στροφή, στρώμα και τμήμα;

• Εγκάλυψη μεταξύ πλεξίδων και γης;

• Εγκάλυψη μεταξύ πλεξίδων και μεταξύ φάσεων.

Άρα, το τεστ παραγόμενης υπέρτασης είναι ένα σημαντικό μέσο για την αξιολόγηση της ακεραιότητας της κύριας και της ανά στροφή εγκάλυψης.

7.2 Απαιτήσεις Τεστ
Το τεστ παραγόμενης υπέρτασης εκτελείται συνήθως εφαρμόζοντας διπλάσια την προβλεπόμενη υπέρταση στους ηλεκτροδοχείς της χαμηλής υπέρτασης, με όλες τις άλλες πλεξίδες να είναι ανοιχτές. Ο κύματος της εφαρμοσμένης υπέρτασης πρέπει να είναι το πιο κοντά δυνατό σε καθαρό συνημιτόνιο.