8 nøkkeltiltak for å redusere delvis utslipp i krafttransformatorer

Voksende krav til kjølesystemer for strømtransformatorer og kjølernes funksjon

Med rask utvikling av kraftnett og økning i overføringsvoltage, krever kraftnett og elektrisitetsbrukere stadig høyere isolasjonssikkerhet for store strømtransformatorer. Siden delvis utslippstesting ikke er skadelig for isolasjonen, men samtidig er svært sensitiv, kan den effektivt oppdage innvendige defekter i transformatorisolasjonen eller sikkerhetsmessig truende defekter som oppstår under transport og installasjon, har på-stedet delvis utslippstesting fått bred anvendelse. Den er listet som et obligatorisk kommisjoneringstestpunkt for transformatorer med spenningsklasser på 72,5 kV og høyere.

1.Delvis utslipp og dets prinsipper

Delvis utslipp, også kjent som elektrostatiske ionisering, refererer til flyt av elektrostatisk ladning. Under en gitt anvendt spenning foregår elektrostatisk ladning først ionisering ved posisjoner med svakere isolasjon i områder med sterkere elektrisk felt, uten å forårsake full isolasjonsnedbryting. Dette fenomenet av elektrostatisk ladningsflyt kalles delvis utslipp. Delvis utslipp som forekommer nær ledere omgitt av gass, refereres til som korona.

Delvis utslipp er en elektrisk nedbryting som forekommer på lokaliserede posisjoner innenfor intern isolasjon av transformatorer. Ettersom utslippet er lokaliseret og har lav energi, forårsaker det ikke direkte full nedbryting av intern isolasjon.

For delvis utslippstesting av transformatorer, implementerte Kina først krav kun for transformatorer med spenning på 220 kV og høyere. Senere bestemte den nye IEC-standard at delvis utslippmåling skal utføres når utstyrets maksimale driftsspenning Um ≥ 126 kV. Nasjonale standarder spesifiserer tilsvarende at for transformatorer med maksimal driftsspenning Um ≥ 72,5 kV og nominell kapasitet P ≥ 10 000 kVA, bør delvis utslippmåling utføres unntatt hvis annet er avtalt.

Metoden for delvis utslippstesting følger bestemmelsene i GB1094.3-2003, med standardgrense satt til ikke mer enn 500 pC. Imidlertid, i faktiske kontrakter, krever kunder ofte grenser på ≤300 pC eller ≤100 pC. Slike tekniske avtaler krever at transformatorprodusenter beholder høyere produkttekniske standarder.

2.Farene ved delvis utslipp

Alvorlighetsgraden av farene ved delvis utslipp knyttes til dens årsaker, lokalisering, og nivået av start- og sluttspenninger. Høyere start- og sluttspenninger betyr mindre fare, og motsatt. Med tanke på utslippsegenskaper, utslipp som påvirker fast isolasjon, utgjør største fare for transformatorer, ved å redusere isolasjonstyrken eller til og med forårsake skade.

3.Årsaker til delvis utslipp

Faktorer som forårsaker delvis utslipp inkluderer utilstrekkelige designoverveielser, men de mest alminnelige opprinnelsen fra produksjonsprosessen:

• Skarpe kanter og spor på komponenter som forvrider elektrisk felt og senker utslippstartspenningen;

• Fremmedlegemer og støv som forårsaker koncentrasjon av elektrisk felt, som leder til korona-utslipp eller nedbrytningsutslipp under eksterne elektriske felt;

• Fuktighet eller gassbobler. På grunn av den lavere dielektriske konstanten til vann og gass, skjer utslipp først under elektrisk felts innflytelse;

• Dårlig kontakt hos suspenderte metallkonstruksjoner som former feltkoncentrasjon eller forårsaker gnistutslipp.

4.Tiltak for å redusere delvis utslipp

4.1 Støvkontroll

Blant faktorene som forårsaker delvis utslipp, er fremmedlegemer og støv ekstremt viktige utløsere. Testresultater viser at metaller partikler større enn 1,5 μm kan produsere utslippmengder langt over 500 pC under elektrisk feltinfluens. Både metallisk og ikke-metallisk støv skaper koncentrerte elektriske felt, som senker startutslippspenningen og nedbrytningspenningen til isolasjonen.

Derfor er det viktig å opprettholde en ren miljø og kjernedel under transformatorproduksjon, og streng støvkontroll må gjennomføres. Lukkede støvbeskyttede verksteder bør etableres basert på graden av hvordan produkter kan bli påvirket av støv under produksjon. For eksempel, under retting av tråd, papiromhuveling, vindingsfabrikasjon, vindingsmontering, kjernestacking, isolasjonskomponentfabrikasjon, kjernemontering, og kjernefinishing, må absolutt ingen fremmedlegemer eller støv være til stede eller komme inn.

4.2 Sentralisert behandling av isolasjonskomponenter

Isolasjonskomponenter er spesielt sårbare for kontaminasjon av metallstøv, da det er svært vanskelig å fjerne metallstøv fullstendig en gang det har festet seg til isolasjonskomponenter. Derfor er sentralisert behandling i et isolasjonsverksted nødvendig, med et dedikert maskinbehandlingsområde adskilt fra andre støvproducerende områder.

4.3 Streng kontroll av silisjernplateborster

Transformator kjernelamineringsplater dannes gjennom longitudinelle og transversale klippingsprosesser, noe som uunngåelig skaper borster i ulike grad. Disse borster ikke bare forårsaker kortslutning mellom lameller, som former interne sirkulerende strømmer som øker tomstrømskostnader, men øker også effektivt kjernen tykkelse mens den faktiske antall lameller reduseres. Enda viktigere, under kjernemontering eller operasjon under vibrasjon, kan borster falde ned på kjernedelen, forårsakende utslipp. Selv borster som faller ned til tankens bunn, kan alignere seg under elektrisk feltinfluens, forårsakende jordpotensialutslipp. Derfor bør kjernelamineringsborster minimeres så mye som mulig. For 110 kV produkter, bør kjernelamineringsborster ikke overstige 0,03 mm; for 220 kV produkter, bør de ikke overstige 0,02 mm.

4.4 Koldepresset terminaler for ledere

Bruk av koldepreste terminaler for ledninger er et effektivt tiltak for å redusere mengden delvis utslipp. Fosforbronse svelling produserer mange spatterpartikler som lett sprer seg over kjernekroppen og isoleringskomponentene. I tillegg krever svellingens grensesone isolering med vannbevåtet asbesttau, noe som introduserer fuktighet i isolasjonen. Hvis fuktigheten ikke blir grundig fjernet etter isoleringsomgjøring, vil det øke transformatorens mengde delvis utslipp.

4.5 Avrunding av komponentkanter

Avrunding av komponentkanter har to formål: 1) Forbedring av elektriske feltfordeling og økning av utslippsstartspenningen. Derfor bør metallstrukturkomponenter i kjernen som klemmer, trekkplater, fotplater, støtter, trykkplater, utgangskanter, busseriservegg og magnetiske skjermskiver på indre tankvegg undergå kantrunding. 2) Forebygging av friksjon som produserer jernfiler. For eksempel må kontaktområder mellom klemmeløftes huler og tau eller haker rundes.

4.6 Produktmiljø og kjernefinishing under sluttfase

Etter vakuumtørking av kjernen, må kjernefinishing utføres før tankinstallasjon. Større produkter med mer komplekse strukturer krever lengre finishingtid. Siden kjernetrykking og fastsettingsmekanisme tettetsetting utføres med kjernen utsatt for luft, kan det oppstå fuktighetsabsorpsjon og støvkontaminasjon i denne perioden. Derfor må kjernefinishing foretas i en støvtett sone. Hvis finishingtid (eller eksponeringstid i luft) overstiger 8 timer, kreves omtørking.

Etter kjernefinishing installeres den øvre tankdelen, fulgt av vakuumpumping og oljeutfylling. Siden kjerneisolasjon absorberer fuktighet under finishingfasen, er det nødvendig med avfuktning, noe som oppnås ved vakuumpumping av produktet. Dette er et viktig tiltak for å sikre isolasjonsstyrken til høyspenningsprodukter. Vakuumnivået bestemmes basert på kjernes fuktighet, miljøfuktighet og fuktinnholdstandarder, mens vakuumvarighet bestemmes basert på ovnexitstid, miljøtemperatur og fuktighet.

4.7 Vakuumoljeutfylling

Formålet med vakuumoljeutfylling er å eliminere døde punkter i transformatorens isolasjonsstruktur gjennom vakuumpumping, fullstendig utdrive luft, og deretter fylle med transformatorolje under vakuumforhold for å sikre full impregnasjon av kjernen. Etter oljeutfylling må transformatorer stå minst 72 timer før testing, da graden av impregnasjon av isolasjonsmateriale avhenger av isolasjonsmaterialetykkelse, oljetemperatur og inndypningsperiode. Bedre impregnasjon reduserer muligheten for utslipp, noe som gjør at tilstrekkelig ståtid er essensielt.

4.8 Tank og komponenttettetsetting

Kvaliteten på tettetstillinger påvirker direkte transformatorlekasje. Hvis det finnes lekkepunkter, vil fuktighet nødvendigvis tre inn i transformatorinteriøret, noe som fører til at transformatoroljen og andre isolasjonskomponenter absorberer fuktighet—dette er en faktor som forårsaker delvis utslipp. Derfor må rimelig tettetsetting garanteres.