8 nøgleforanstaltninger til reduktion af partielle udladninger i strømtransformatorer

Voksende Krav til Kølesystemer for Strømtransformatorer og Kølernes Funktion

Med den hurtige udvikling af strømnet og stigningen i transmissionsvoltage, kræver både strømnet og elektricitetsforbrugere stadig højere isolationsfiabilitet for store strømtransformatorer. Da partielle udladninger er ikke-ødelæggende for isolationen, men højst sensitiv, kan de effektivt opdage inbyggede defekter i transformatorisolationen eller sikkerhedstruende defekter, der opstår under transport og installation. Derved har på-sted-partielle udladningstests fået bred anvendelse og er blevet listet som et obligatorisk kommissorerings testemne for transformatorer med voltageklasser på 72.5 kV og over.

1. Partielle Udladninger og Deres Principper

Partielle udladninger, også kendt som elektrostatisk ionisering, refererer til flyden af elektrostatiske ladninger. Under en bestemt anvendt spænding, foregår elektrostatisk ionisering først ved positioner med svagere isolation i områder med stærkere elektrisk felt, uden at forårsage en fuldstændig isolationsnedbrydning. Dette fænomen kaldes partielle udladninger. Partielle udladninger, der sker nær ledere, omgivet af gas, kaldes korona.

Partielle udladninger er elektriske udladninger, der finder sted på lokaliserede positioner inden i transformatorernes interne isolation. Da udladningen er lokaliseret og har lav energi, forårsager den ikke direkte en fuldstændig nedbrydning af den interne isolation.

For partielle udladningstests af transformatorer implementerede Kina først krav kun for transformatorer med en rating på 220kV og over. Senere fastslog den nye IEC-standard, at partielle udladningsmålinger skulle udføres, når udstyr med maksimal driftsspenning Um ≥ 126kV. Den nationale standard specificerer ligeledes, at for transformatorer med maksimal driftsspenning Um ≥ 72.5kV og nominel kapacitet P ≥ 10.000kVA, skal partielle udladningsmålinger udføres, medmindre andet er aftalt.

Metoden for partielle udladningstest følger bestemmelserne i GB1094.3-2003, med standardgrænsen sat til ikke at overstige 500pC. Men i reelle kontrakter kræver kunder ofte grænser på ≤300pC eller ≤100pC. Sådanne tekniske aftaler kræver, at transformatorproducenter opretholder højere tekniske produktstandarder.

2. Farepotentiale for Partielle Udladninger

Alvorligheden af farepotentialet for partielle udladninger hænger sammen med dets årsager, placering og niveauer for opståelsesspenning og udslukningsspenning. Højere opståelsesspenning og udslukningsspenning betyder mindre farlige, og vice versa. Med hensyn til udladningskarakteristika, er udladninger, der påvirker solid isolation, mest farlige for transformatorer, da de reducerer isolationsstyrken eller endda forårsager skader.

3. Årsager til Partielle Udladninger

Faktorer, der forårsager partielle udladninger, inkluderer utilstrækkelige designovervejelser, men de fremkommer oftest fra produktionen:

• Skarpe kanter og spor på komponenter, der forvrider det elektriske felt og nedsætter udladningsopståelsesspenningen;

• Udefrakommende genstande og støv, der forårsager koncentration af det elektriske felt, hvilket fører til koronaudladning eller nedbrydningsudladning under eksternt elektrisk felt;

• Fugt eller gass bobler. På grund af den lavere dielektriske konstant for vand og gas, findes udladning først under elektrisk felt;

• Dårlig kontakt af hængende metalstrukturkomponenter, der former feltkoncentration eller forårsager gnistudladning.

4. Foranstaltninger til Nedsættelse af Partielle Udladninger

4.1 Støvkontrol

Blandt faktorer, der forårsager partielle udladninger, er udefrakommende genstande og støv yderst vigtige udløsere. Testresultater viser, at metalpartikler større end 1.5μm kan producere udladningsmængder langt over 500pC under elektrisk felt. Både metalt og ikke-metalt støv skaber koncentreret elektrisk felt, hvilket nedsætter udladningsopståelsesspenningen og nedbrydningsspændingen for isolation.

Derfor er det afgørende at opretholde en ren miljø og kernetilstand under transformatorproduktion, og streng støvkontrol skal implementeres. Lukkede støvbeskyttede værksteder bør etableres baseret på graden, hvori produkter kan blive påvirket af støv under produktion. For eksempel under trækretning, papirindpakning, vindingsfabrikation, vindingsmontage, kerneopsamling, isolationkomponentfabrikation, kernemontage og kernefinishing, må der absolut ikke være eller komme ind udefrakommende genstande eller støv.

4.2 Centraliseret Behandling af Isolationskomponenter

Isolationskomponenter er særligt sårbar over for metalstøvforurening, da det, når metalstøv hæfter sig til isolationskomponenter, er yderst svært at fjerne det fuldstændigt. Derfor er centraliseret behandling i et isolationsværksted nødvendig, med en dedikeret mekanisk bearbejdningssone, adskilt fra andre støvproducerende områder.

4.3 Streng Kontrol af Siliciumstålplade Spor

Transformatorerns kerne lagformes ved longitudinale og transversale klippingsprocesser, hvilket uundgåeligt skaber spor i forskellige grad. Disse spor forårsager ikke kun mellemlag kortslutninger, der dannes interne cirkulerende strømme, der øger tomgangstab, men øger også effektivt kerne tykkelse, mens det reducerer det faktiske antal lag. Endnu vigtigere, under kernen montage eller operation under vibration, kan spor falde ned på kernetilstanden, hvilket forårsager udladning. Selv spor, der falder ned til tankens bund, kan justere sig under elektrisk felt, hvilket forårsager jordpotentielle udladninger. Derfor bør kerne lag spor reduceres så meget som muligt. For 110kV-produkter, bør kerne lag spor ikke overstige 0.03mm; for 220kV-produkter, bør de ikke overstige 0.02mm.

4.4 Koldepresede Terminaler for Ledningsledninger

Brug af koldepressede terminaler til ledninger er en effektiv foranstaltning for at reducere mængden af partielle udladninger. Fosforbronze-svelding producerer mange spatterter, der let spredes over kernet og isoleringskomponenterne. Desuden kræver sveldningsgrænsområdet isolation med vandbeværlig asbesttø, hvilket indfører fugt i isoleringen. Hvis fugten ikke er grundigt fjernet efter omsvøbning af isoleringen, vil det øge mængden af partielle udladninger i transformator.

4.5 Afrunding af komponentkanter

Afrunding af komponentkanter har to formål: 1) Forbedring af elektriske feltfordeling og forhøjelse af udladningsstartspændingen. Derfor bør metalstrukturelle komponenter i kernen som klamper, trækplader, fodplader, stative, presseplader, udgangskanter, buskopsvejrsvegge og magnetiske skjoldplader på de indre tankvegge alle undergå kanterafrunding. 2) Forebyggelse af friktion, der producerer jernfiler. For eksempel skal kontaktdele mellem hevstykkehuller i klamper og tøjer eller hagekranser afrundes.

4.6 Produktmiljø og kernefinishing under slutmontering

Efter vakuumtørring af kernen skal kernefinishing udføres, før tanken installeres. Større produkter med mere komplekse strukturer kræver længere finishingtid. Da kernepressing og fastgørelsesmekanismernes stramning udføres med kernen udsat for luft, kan fugtopsugning og støvforurening forekomme i denne periode. Derfor skal kernefinishing udføres i et støvbeskyttet område. Hvis finishingtiden (eller eksponeringstid i luften) overstiger 8 timer, er gen-tørring nødvendig. 

Efter kernefinishing monteres den øvre tankdel, derefter udføres vakuumudtrækning og oliefyldning. Da kernens isolering absorberer fugt under finishingfasen, er det nødvendigt at foretage fugtudtrækning, opnået ved at udføre vakuumudtrækning af produktet. Dette er en vigtig foranstaltning for at sikre isoleringsstyrken af højspændingsprodukter. Vakuumniveauet fastsættes baseret på kerne- og miljøfugtighed samt fugtindholdsnormer, mens vakuumvarigheden fastsættes baseret på ovnudgangstid, miljøtemperatur og -fugtighed.

4.7 Vakuumoliefyldning

Formålet med vakuumoliefyldning er at eliminere døde punkter i transformatorens isoleringsstruktur gennem vakuumudtrækning, fuldstændigt udtømme luft, og derefter fyldes med transformatorolie under vakuumforhold for at sikre fuldstændig impregnation af kernen. Efter oliefyldning skal transformatorer stå mindst 72 timer, inden de testes, da graden af impregnation af isoleringsmaterialer afhænger af isoleringsmaterialetykkelse, olietemperatur og inddrivningstid. Bedre impregnation reducerer muligheden for udladning, hvilket gør tilstrækkelig ventetid afgørende.

4.8 Tank- og komponentsealing

Kvaliteten af sealingstrukturer påvirker direkte transformatorens leckage. Hvis der findes leckagepunkter, vil fugt uundgåeligt trænge ind i transformatorens indre, hvilket får transformatorolie og andre isoleringskomponenter til at absorbere fugt—dette er en faktor, der forårsager partielle udladninger. Derfor skal rimelig sealingydeevne garanteres.