8 Sleutelmaatregelen om Partiële Ontlading in Energievervormers te Verminderen

Toename van de eisen voor koelsystemen van stroomtransformators en de functie van koelers

Met de snelle ontwikkeling van elektriciteitsnetwerken en de toename van het transportspanning, vragen elektriciteitsnetwerken en elektriciteitsgebruikers steeds meer naar hogere isolatierelabiliteit voor grote stroomtransformators. Aangezien partiële ontladingstests niet-schadelijk zijn voor isolatie maar zeer gevoelig, kunnen ze effectief inherent defecten in de transformatorisolatie of veiligheidsbedreigende defecten die tijdens transport en installatie ontstaan, detecteren. On-site partiële ontladingstests hebben wijdverspreide toepassing gevonden. Het is opgenomen als een verplichte inbedrijfstellingstest voor transformators met spanningen van 72,5 kV en hoger.

1. Partiële ontlading en haar principes

Partiële ontlading, ook bekend als elektrostatische ionisatie, verwijst naar de stroom van elektrostatische ladingen. Onder een bepaalde aangebrachte spanning ondergaan elektrostatische ladingen eerst ionisatie op plaatsen met zwakkere isolatie in gebieden met sterker elektrisch veld, zonder complete isolatie-inbraak te veroorzaken. Dit verschijnsel van elektrostatische ladingstroom wordt partiële ontlading genoemd. Partiële ontlading die dicht bij geleiders omringd door gas optreedt, wordt corona genoemd.

Partiële ontlading is een elektrische ontlading die op lokale posities binnen de interne isolatie van transformators optreedt. Aangezien de ontlading lokaal is en weinig energie heeft, veroorzaakt het geen directe volledige inbraak van de interne isolatie.

Voor partiële ontladingstests van transformators voerde China aanvankelijk alleen eisen in voor transformators met een spanning van 220 kV en hoger. Later stelde de nieuwe IEC-standaard dat partiële ontladingmeting moet worden uitgevoerd wanneer de maximale werkingsspanning Um ≥ 126 kV. De nationale standaard specificeert evenzo dat voor transformators met een maximale werkingsspanning Um ≥ 72,5 kV en een nominale capaciteit P ≥ 10.000 kVA, partiële ontladingmeting moet worden uitgevoerd, tenzij anders overeengekomen.

De methode voor partiële ontladingstests volgt de bepalingen in GB1094.3-2003, met de standaardlimiet ingesteld op niet meer dan 500 pC. Echter, in werkelijke contracten vereisen klanten vaak limieten van ≤300 pC of ≤100 pC. Dergelijke technische overeenkomsten vereisen van transformatorfabrikanten dat ze hogere producttechnische normen handhaven.

2. Gevaren van partiële ontlading

De ernst van partiële ontladingsgevaren hangt samen met de oorzaken, locatie en niveaus van de inductie- en uitdovingspanningen. Hogere inductie- en uitdovingspanningen betekenen minder gevaar, en vice versa. Wat betreft de ontladingskenmerken, vormen ontladingen die vaste isolatie beïnvloeden het grootste gevaar voor transformators, wat leidt tot een verminderde isolatiesterkte of zelfs schade.

3. Oorzaken van partiële ontlading

Factoren die partiële ontlading veroorzaken, omvatten ontoereikende ontwerpoverwegingen, maar meestal ontstaan ze tijdens het fabricageproces:

• Scherpe randen en splinters op componenten die het elektrisch veld vervormen en de inductie-ontladingsspanning verlagen;

• Buitenstaande objecten en stof die leiden tot concentratie van het elektrisch veld, waardoor corona-ontlading of doorbraak-ontlading kan optreden onder externe elektrische velden;

• Vocht of gasbellen. Vanwege de lagere diëlektrische constante van water en gas vindt ontlading eerst plaats onder invloed van het elektrisch veld;

• Slechte contacten van zwevende metalen structuurcomponenten die veldconcentratie vormen of vonk-ontlading veroorzaken.

4. Maatregelen om partiële ontlading te verminderen

4.1 Stofbeheersing

Onder de factoren die partiële ontlading veroorzaken, zijn buitenstaande objecten en stof uiterst belangrijke triggers. Testresultaten tonen aan dat metaaldeeltjes groter dan 1,5 μm onder invloed van elektrisch veld ontladingshoeveelheden kunnen produceren die ver boven de 500 pC uitkomen. Zowel metaal- als niet-metaalstof creëren geconcentreerde elektrische velden, waardoor de inductie-ontladingsspanning en de doorbraakspanning van de isolatie verlagen.

Daarom is het cruciaal om een schone omgeving en kernlichaam tijdens de fabricage van transformators te handhaven, en strikte stofbeheersing moet worden toegepast. Op basis van de mate waarin producten tijdens de fabricage door stof kunnen worden beïnvloed, moeten stofvrije werkplaatsen worden opgericht. Bijvoorbeeld, tijdens het recht trekken van draden, het omwikkelen van draadpapier, het vervaardigen van spoelen, het assembleren van spoelen, het stapelen van kernen, het vervaardigen van isolatiecomponenten, het assembleren van kernen en het afwerken van kernen, mogen absoluut geen buitenstaande objecten of stof aanwezig of binnendringen.

4.2 Centrale verwerking van isolatiecomponenten

Isolatiecomponenten zijn bijzonder kwetsbaar voor besmetting door metaalstof, want zodra metaalstof zich aan isolatiecomponenten hecht, is het extreem moeilijk om volledig te verwijderen. Daarom is centrale verwerking in een isolatiewerkplaats nodig, met een gescheiden mechanische verwerkingsruimte afgezonderd van andere stofproducerende gebieden.

4.3 Strikte controle van siliciumstaalplaat-splinters

Transformator kernlamina's worden gevormd door longitudinale en transversale knipprocessen, wat onvermijdelijk splinters van verschillende graden creëert. Deze splinters veroorzaken niet alleen tussenlaag-kortsluitingen, waardoor interne circulerende stromen ontstaan die de ledigloopverliezen verhogen, maar vergroten ook effectief de kerndikte terwijl het daadwerkelijke aantal lamina's afneemt. Bovendien kunnen splinters tijdens het assembleren van de kern of onder trillingen op de kernlichaam vallen, wat ontlading kan veroorzaken. Zelfs splinters die op de bodem van de tank vallen, kunnen onder invloed van het elektrisch veld aligneren, waardoor grondpotentiaal-ontlading kan optreden. Daarom moeten kernlamina-splinters zoveel mogelijk worden geminimaliseerd. Voor 110 kV-producten mogen kernlamina-splinters niet meer dan 0,03 mm bedragen; voor 220 kV-producten mogen ze niet meer dan 0,02 mm bedragen.

4.4 Koude-gedrukte terminals voor aansluitdraden

Het gebruik van koudgedrukte lanslans is een effectieve maatregel om de hoeveelheid partiële ontladingen te verminderen. Fosforbrons lassen produceert veel spatten die gemakkelijk op het kernlichaam en isolatiecomponenten kunnen neerslaan. Bovendien moet de lasrand worden geïsoleerd met asbestkoord dat is doorweekt met water, wat vocht in de isolatie introduceert. Als het vocht niet volledig wordt verwijderd na de isolatieomhulling, zal dit de partiële ontlading van de transformatie verhogen.

4.5 Afwerking van componentranden

De afwerking van componentranden dient twee doelen: 1) Verbetering van de elektrische veldverdeling en verhoging van de beginontladingsspanning. Daarom moeten metalen structuurcomponenten in de kern zoals klampen, trekplaten, voetplaten, beugels, drukplaten, uitgangsranden, bushingriserwanden en magnetische schermplaten op de binnenkant van de tankwand allemaal worden afgerond. 2) Voorkomen van wrijving die ijzerdeeltjes produceert. Bijvoorbeeld, contactonderdelen tussen hefklampgaten en touwen of haken moeten worden afgerond.

4.6 Productomgeving en kernafwerking tijdens eindmontage

Na het vacuüm drogen van de kern moet er kernafwerking worden uitgevoerd voordat de tank wordt geïnstalleerd. Grootere producten met complexere structuren vereisen langere afwerkingsperioden. Aangezien de kernpersing en de vastzetten van de bouten worden uitgevoerd terwijl de kern blootgesteld is aan de lucht, kan er tijdens deze periode vochtabsorptie en stofcontaminatie optreden. Daarom moet de kernafwerking in een stofvrije omgeving worden uitgevoerd. Als de afwerkingsperiode (of blootstellingstijd aan de lucht) langer dan 8 uur is, is een herdroging nodig. 

Na de kernafwerking wordt de bovenste tanksectie geïnstalleerd, gevolgd door vacuümpompen en olie invullen. Aangezien de kernisolatie tijdens de afwerkingsfase vocht absorbeert, is een ontwatering noodzakelijk, bereikt door het product te vacuümpompen. Dit is een belangrijke maatregel om de isolatiesterkte van hoogspanningsproducten te waarborgen. Het vacuümpeil wordt bepaald op basis van de kern- en omgevingvochtigheid en vochthoudendheidsnormen, terwijl de duur van het vacuüm wordt bepaeld op basis van de ovenuitgangstijd, de omgevingstemperatuur en -vochtigheid.

4.7 Vacuüm oliëring

Het doel van vacuüm oliëring is om door middel van vacuümpompen de dode hoeken in de isolatiestructuur van de transformator te elimineren, lucht volledig te verdrijven en vervolgens onder vacuümcondities met transformatorolie te vullen om een volledige impregnatie van de kern te waarborgen. Na de oliëring moeten de transformatoren minstens 72 uur staande blijven voordat ze getest worden, omdat de mate van impregnatie van het isolatiemateriaal afhangt van de dikte van het isolatiemateriaal, de olietemperatuur en de indrukkingstijd. Betere impregnatie vermindert de kans op ontlading, waardoor voldoende staandetijd essentieel is.

4.8 Tank- en componentafsluiting

De kwaliteit van sluitstructuren heeft directe invloed op de lekkage van de transformator. Indien er lekpunten bestaan, zal vocht onvermijdelijk de binnenkant van de transformator binnendringen, waardoor de transformatorolie en andere isolatiecomponenten vocht absorberen—dit is één factor die partiële ontlading veroorzaakt. Daarom moet een redelijke sluitprestatie worden gegarandeerd.