8 Κλειδοχρηστικά Μέτρα για τη Μείωση της Μερικής Διάρροης σε Ενεργοποιητές

Αυξανόμενες Απαιτήσεις για Συστήματα Ψύξης Μετασχηματιστών Ισχύος και η Λειτουργία των Ψυκτών

Με τη γρήγορη ανάπτυξη των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και την αύξηση της τάσης μετάδοσης, τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και οι χρήστες ζητούν όλο και υψηλότερη αξιοπιστία μόνωσης για μεγάλους μετασχηματιστές ισχύος. Δεδομένου ότι ο έλεγχος μερικών εκκενώσεων δεν προκαλεί βλάβη στη μόνωση αλλά είναι εξαιρετικά ευαίσθητος, αποτελεί αποτελεσματικό τρόπο ανίχνευσης ενσωματωμένων ελαττωμάτων στη μόνωση του μετασχηματιστή ή ελαττωμάτων που απειλούν την ασφάλεια και δημιουργούνται κατά τη μεταφορά και την εγκατάσταση. Γι’ αυτόν τον λόγο, ο έλεγχος μερικών εκκενώσεων επί τόπου έχει ευρεία εφαρμογή. Έχει καταχωρηθεί ως υποχρεωτικό στοιχείο δοκιμής ενεργοποίησης για μετασχηματιστές με τάση ονομαστικής τιμής 72,5 kV και άνω.

1. Μερικές Εκκενώσεις και οι Αρχές Τους

Οι μερικές εκκενώσεις, επίσης γνωστές ως ηλεκτροστατική ιονισμός, αναφέρονται στη ροή ηλεκτροστατικών φορτίων. Υπό μια συγκεκριμένη εφαρμοζόμενη τάση, τα ηλεκτροστατικά φορτία πραγματοποιούν πρώτα ιονισμό σε θέσεις με ασθενέστερη μόνωση σε περιοχές ισχυρότερου ηλεκτρικού πεδίου, χωρίς να προκαλούν πλήρη διάσπαση της μόνωσης. Το φαινόμενο αυτής της ροής ηλεκτροστατικών φορτίων ονομάζεται μερική εκκένωση. Οι μερικές εκκενώσεις που συμβαίνουν κοντά σε αγωγούς που περιβάλλονται από αέριο αναφέρονται ως κορώνα.

Οι μερικές εκκενώσεις είναι ηλεκτρικές εκκενώσεις που συμβαίνουν σε τοπικές θέσεις εντός της εσωτερικής μόνωσης των μετασχηματιστών. Δεδομένου ότι η εκκένωση είναι τοπική και έχει χαμηλή ενέργεια, δεν προκαλεί άμεσα πλήρη διάσπαση της εσωτερικής μόνωσης.

Για τον έλεγχο μερικών εκκενώσεων σε μετασχηματιστές, η Κίνα αρχικά εφάρμοσε απαιτήσεις μόνο για μετασχηματιστές ονομαστικής τιμής 220kV και άνω. Αργότερα, η νέα προδιαγραφή IEC ορίζει ότι η μέτρηση μερικών εκκενώσεων πρέπει να πραγματοποιείται όταν η μέγιστη λειτουργική τάση του εξοπλισμού Um ≥ 126kV. Το εθνικό πρότυπο ορίζει επίσης ότι για μετασχηματιστές με μέγιστη λειτουργική τάση Um ≥ 72,5kV και ονομαστική ισχύ P ≥ 10.000kVA, πρέπει να πραγματοποιείται μέτρηση μερικών εκκενώσεων, εκτός αν συμφωνηθεί διαφορετικά.

Η μέθοδος δοκιμής μερικών εκκενώσεων ακολουθεί τις διατάξεις του GB1094.3-2003, με το όριο προτύπου να ορίζεται σε μη υπερβαίνουσα τιμή 500pC. Ωστόσο, σε πραγματικές συμβάσεις, οι πελάτες συχνά απαιτούν όρια ≤300pC ή ≤100pC. Τέτοιες τεχνικές συμφωνίες απαιτούν από τους κατασκευαστές μετασχηματιστών να διατηρούν υψηλότερα τεχνικά πρότυπα προϊόντων.

2. Επικινδυνότητα των Μερικών Εκκενώσεων

Η σοβαρότητα της επικινδυνότητας των μερικών εκκενώσεων σχετίζεται με τις αιτίες, τη θέση τους και τα επίπεδα της τάσης εκκίνησης και κατάσβεσης. Υψηλότερες τάσεις εκκίνησης και κατάσβεσης σημαίνουν μικρότερη επικινδυνότητα, και αντίστροφα. Σε ό,τι αφορά τα χαρακτηριστικά εκκένωσης, οι εκκενώσεις που επηρεάζουν τη στερεή μόνωση αποτελούν τη μεγαλύτερη επικινδυνότητα για τους μετασχηματιστές, μείωση της αντοχής μόνωσης ή ακόμη και πρόκληση βλάβης.

3. Αιτίες Μερικών Εκκενώσεων

Οι παράγοντες που προκαλούν μερικές εκκενώσεις περιλαμβάνουν ανεπαρκείς σχεδιαστικές εξετάσεις, αλλά συνήθως προέρχονται από τη διαδικασία κατασκευής:

• Οξείες άκρες και ακμές σε εξαρτήματα που παραμορφώνουν το ηλεκτρικό πεδίο και μειώνουν την τάση εκκίνησης της εκκένωσης·

• Ξένα σώματα και σκόνη που προκαλούν συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου, οδηγώντας σε εκκένωση κορώνας ή εκκένωση διάσπασης υπό εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο·

• Υγρασία ή φυσαλίδες αερίου. Λόγω της χαμηλότερης διηλεκτρικής σταθεράς του νερού και του αερίου, η εκκένωση συμβαίνει πρώτα υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου·

• Κακή επαφή αιωρούμενων μεταλλικών δομικών στοιχείων που δημιουργούν συγκέντρωση πεδίου ή προκαλούν εκκένωση σπινθήρα.

4. Μέτρα Μείωσης Μερικών Εκκενώσεων

4.1 Έλεγχος Σκόνης

Μεταξύ των παραγόντων που προκαλούν μερικές εκκενώσεις, τα ξένα σώματα και η σκόνη είναι εξαιρετικά σημαντικοί παράγοντες πρόκλησης. Τα αποτελέσματα δοκιμών δείχνουν ότι μεταλλικά σωματίδια μεγαλύτερα από 1,5μm μπορούν να παράγουν ποσότητες εκκένωσης πολύ υψηλότερες από 500pC υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Τόσο η μεταλλική όσο και η μη μεταλλική σκόνη δημιουργούν συγκεντρωμένα ηλεκτρικά πεδία, μειώνοντας την τάση εκκίνησης εκκένωσης και την τάση διάσπασης της μόνωσης.

Επομένως, είναι κρίσιμης σημασίας η διατήρηση καθαρού περιβάλλοντος και του πυρήνα κατά την κατασκευή του μετασχηματιστή, και πρέπει να εφαρμόζεται αυστηρός έλεγχος σκόνης. Πρέπει να κατασκευάζονται σφραγισμένα αντισκονικά εργαστήρια με βάση το βαθμό στον οποίο τα προϊόντα μπορεί να επηρεαστούν από τη σκόνη κατά την κατασκευή. Για παράδειγμα, κατά την ευθυγράμμιση αγωγών, την τυλίγηση αγωγών με χαρτί, την κατασκευή πηνίων, τη συναρμολόγηση πηνίων, τη στοίβαξη πυρήνα, την κατασκευή μονωτικών εξαρτημάτων, τη συναρμολόγηση πυρήνα και την ολοκλήρωση πυρήνα, απαγορεύεται απόλυτα η παρουσία ή η είσοδος ξένων σωμάτων ή σκόνης.

4.2 Κεντρική Επεξεργασία Μονωτικών Εξαρτημάτων

Τα μονωτικά εξαρτήματα είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στη μόλυνση από μεταλλική σκόνη, καθώς μόλις η μεταλλική σκόνη προσκολληθεί σε μονωτικά εξαρτήματα, είναι εξαιρετικά δύσκολο να απομακρυνθεί πλήρως. Γι' αυτό, είναι απαραίτητη η κεντρική επεξεργασία σε εργαστήριο μόνωσης, με αφιερωμένη μηχανική περιοχή επεξεργασίας απομονωμένη από άλλες περιοχές που παράγουν σκόνη.

4.3 Αυστηρός Έλεγχος Ακμών Φύλλων Χαλυβδόλωσου Πυριτίου

Οι επιστρώσεις πυρήνα μετασχηματιστή δημιουργούνται μέσω διαδικασιών κοπής κατά μήκος και κατά πλάτος, οι οποίες αναπόφευκτα δημιουργούν ακμές σε διάφορους βαθμούς. Οι ακμές αυτές όχι μόνο προκαλούν βραχυκυκλώματα μεταξύ επιστρώσεων, δημιουργώντας εσωτερικά ρεύματα κυκλοφορίας που αυξάνουν τις απώλειες χωρίς φορτίο, αλλά επίσης αποτελεσματικά αυξάνουν το πάχος του πυρήνα ενώ μειώνουν τον πραγματικό αριθμό των επιστρώσεων. Πιο σημαντικά, κατά τη συναρμολόγηση ή τη λειτουργία του πυρήνα υπό δόνηση, οι ακμές μπορεί να πέσουν στο σώμα του πυρήνα, προκαλώντας εκκένωση. Ακόμη και ακμές που πέφτουν στον πυθμένα της δεξαμενής μπορεί να ευθυγραμμιστούν υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, προκαλώντας εκκένωση γειωμένου δυναμικού. Γι’ αυτό, οι ακμές επιστρώσεων πυρήνα πρέπει να ελαχιστοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο. Για προϊόντα 110kV, οι ακμές επιστρώσεων πυρήνα δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα 0,03mm· για προϊόντα 220kV, δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα 0,02mm.

4.4 Ψυχρές Συμπιέσεις Άκρων για Αγωγούς Εξόδου

Η χρήση κρίκων που έχουν επεξεργαστεί με ψύχοντας για τα αγωγάκια είναι μια αποτελεσματική μέτρο για τη μείωση της ποσότητας της μερικής διάβρωσης. Η συγκόλληση με φωσφορούχο χαλκό παράγει πολλά σωματίδια σκόνης που εύκολα διασπάται στο σώμα του πυρήνα και τα συστατικά απομόνωσης. Επιπλέον, η περιοχή των ορίων συγκόλλησης απαιτεί απομόνωση με νύχινο σκοινό που έχει μούστεψει, προσθέτοντας υγρασία στην απομόνωση. Εάν η υγρασία δεν αφαιρείται εξ ολοκλήρου μετά την εγκατάσταση της απομόνωσης, θα αυξήσει την ποσότητα της μερικής διάβρωσης του μετατροπέα.

4.5 Απόστροφος των άκρων των συστατικών

Η απόστροφος των άκρων των συστατικών έχει δύο σκοπούς: 1) Βελτίωση της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου και αύξηση της τάσης αρχής διάβρωσης. Συνεπώς, τα μεταλλικά συστατικά στον πυρήνα, όπως οι κάμπες, τα πάνελ, τα βάζα, τα ράφια, τα πλάτη, τα άκρα έξοδου, τα τείχη των σωληνών και τα πλάτη μαγνητικής απομόνωσης στα εσωτερικά των τείχων του δοχείου, πρέπει όλα να υποστούν απόστροφο. 2) Πρόληψη της τριβής που παράγει σιδηράκια. Για παράδειγμα, τα επαφής μέρη μεταξύ των τρυπών ανέβασης κάμπας και των σκοινών ή των κρανίων πρέπει να υποστούν απόστροφο.

4.6 Περιβάλλον προϊόντος και τελική επεξεργασία του πυρήνα κατά την τελική συναρμολόγηση

Μετά την αποξηραντική απόσυρση του πυρήνα, πρέπει να γίνει η τελική επεξεργασία του πυρήνα πριν από την εγκατάσταση του δοχείου. Τα μεγαλύτερα προϊόντα με πιο περίπλοκες δομές απαιτούν μεγαλύτερο χρόνο επεξεργασίας. Επειδή η πίεση του πυρήνα και η συμπίεση των δεσμευτικών συστατικών γίνονται με τον πυρήνα να είναι εκτεθειμένος στον αέρα, μπορεί να συμβεί απορρόφηση υγρασίας και ρύπανση από σκόνη κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Συνεπώς, η τελική επεξεργασία του πυρήνα πρέπει να γίνει σε ζώνη προστασίας από σκόνη. Εάν ο χρόνος επεξεργασίας (ή ο χρόνος εκτέθειας στον αέρα) υπερβαίνει 8 ώρες, απαιτείται επανάξηρανση. 

Μετά την τελική επεξεργασία του πυρήνα, εγκαθίσταται το πάνω τμήμα του δοχείου, ακολουθούμενο από απόσυρση κενού και γεμίσιμο λάδι. Επειδή η απομόνωση του πυρήνα απορροφά υγρασία κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, απαιτείται επεξεργασία αποξήρανσης, η οποία επιτυγχάνεται μέσω της απόσυρσης κενού του προϊόντος. Αυτό είναι ένα σημαντικό μέτρο για την εγγύηση της απομονωτικής ισχύος των προϊόντων υψηλής τάσης. Το επίπεδο κενού καθορίζεται με βάση την υγρασία του πυρήνα και τα πρότυπα περιεχομένου υγρασίας, ενώ η διάρκεια της απόσυρσης κενού καθορίζεται με βάση τον χρόνο εξόδου από τον κλιβάνο, τη θερμοκρασία και την υγρασία του περιβάλλοντος.

4.7 Γεμίσιμο λάδι με απόσυρση κενού

Ο στόχος του γεμίσματος λαδιού με απόσυρση κενού είναι να εξαλείψει τα νεκρά σημεία στη δομή απομόνωσης του μετατροπέα μέσω της απόσυρσης κενού, να εξαλείψει εντελώς τον αέρα και να γεμίσει με το λάδι του μετατροπέα υπό συνθήκες κενού, ώστε να εγγυηθεί την ολοκληρωμένη εισοδομή του πυρήνα. Μετά το γεμίσμα λαδιού, οι μετατροπείς πρέπει να παραμείνουν σε ηρεμία για τουλάχιστον 72 ώρες πριν από τη δοκιμή, καθώς η βαθμίδα της εισοδομής του υλικού απομόνωσης εξαρτάται από το πάχος του υλικού απομόνωσης, τη θερμοκρασία του λαδιού και τον χρόνο μεταφοράς. Η καλύτερη εισοδομή μειώνει την πιθανότητα διάβρωσης, κάνοντας απαραίτητο τον επαρκή χρόνο ηρεμίας.

4.8 Σφραγίση του δοχείου και των συστατικών

Η ποιότητα των δομών σφραγίσης επηρεάζει άμεσα τη διάρροια του μετατροπέα. Εάν υπάρχουν σημεία διάρροιας, η υγρασία θα εισέλθει αναπόφευκτα στο εσωτερικό του μετατροπέα, προκαλώντας την απορρόφηση υγρασίας από το λάδι του μετατροπέα και άλλα συστατικά απομόνωσης—αυτό είναι ένας παράγοντας που προκαλεί μερική διάβρωση. Συνεπώς, πρέπει να εγγυηθεί η λογική απόδοση της σφραγίσης.