8 ключових заходів для зменшення часткового розряду в електроенергетичних трансформаторах

Зростаючі вимоги до систем охолодження електроперетворників та функція холодильних пристроїв

З швидким розвитком електричних мереж і збільшенням напруги передачі, електричні мережі та споживачі електроенергії вимагають все більшої надійності ізоляції великих електроперетворників. Оскільки випробування часткових розрядів є нешкідливим для ізоляції, але високочутливим, ефективно виявляючи вбудовані дефекти у ізоляції перетворника або безпечно-загрозні дефекти, які виникають під час транспортування та встановлення, на місці випробування часткових розрядів отримало широке застосування. Воно було включено до обов'язкових елементів випробувань при введенні в експлуатацію перетворників з напругою 72,5 кВ і вище.

1. Часткові розряди та їх принципи

Частковий розряд, також відомий як електростатична іонізація, означає потік електростатичних зарядів. При певному прикладному напругу, електростатичні заряди спочатку проходять іонізацію в місцях з меншою ізоляцією в областях сильного електричного поля, не викликаючи повної розриву ізоляції. Цей феномен потоку електростатичних зарядів називається частковим розрядом. Частковий розряд, що відбувається поблизу провідників, оточених газом, називається корона.

Частковий розряд - це електричний розряд, що відбувається в локальних позиціях всередині внутрішньої ізоляції перетворників. Оскільки розряд є локальним і має низьку енергію, він не викликає безпосереднього повного розриву внутрішньої ізоляції.

Для випробування часткових розрядів перетворників, початково в Китаї були впроваджені вимоги лише для перетворників з напругою 220 кВ і вище. Пізніше, новий стандарт IEC встановив, що вимірювання часткових розрядів повинно проводитися, коли максимальна робоча напруга Um ≥ 126 кВ. Національний стандарт також вказує, що для перетворників з максимальним робочим напругом Um ≥ 72,5 кВ та номінальною потужністю P ≥ 10 000 кВА, повинно проводитися вимірювання часткових розрядів, якщо не домовленося інакше.

Метод випробування часткових розрядів дотримується положень GB1094.3-2003, зі стандартним обмеженням не більше 500 пК. Однак, у реальних контрактах клієнти часто вимагають обмежень ≤300 пК або ≤100 пК. Такі технічні домовленості вимагають від виробників перетворників підтримувати вищі технічні стандарти продукції.

2. Загрози через часткові розряди

Серйозність загроз через часткові розряди пов'язана з їхніми причинами, розташуванням та рівнями напруги появи та зникнення. Вищі напруги появи та зникнення означають меншу загрозу, і навпаки. Щодо характеристик розряду, розряди, що впливають на тверду ізоляцію, представляють найбільшу загрозу для перетворників, зменшуючи стійкість ізоляції або навіть викликаючи пошкодження.

3. Причини часткових розрядів

Причини часткових розрядів включають недостатню проектну розгляд, але найчастіше походять від процесу виробництва:

• Гострі краї та заусенці на компонентах, що спотворюють електричне поле та знижують напругу появи розряду;

• Зовнішні предмети та пил, що викликають концентрацію електричного поля, що призводить до коронного розряду або пробивного розряду під дією зовнішнього електричного поля;

• Волога чи газові бульбашки. Через нижчу електричну сталість води та газу, розряд відбувається спочатку під впливом електричного поля;

• Поганий контакт підвіски металевих конструктивних компонентів, що формують концентрацію поля або викликають іскровий розряд.

4. Міри для зменшення часткових розрядів

4.1 Контроль пилу

Серед факторів, що викликають часткові розряди, зовнішні предмети та пил є надзвичайно важливими триггерами. Результати випробувань показують, що металеві частинки більше 1,5 мкм можуть виробляти розряди, значно перевищує 500 пК під впливом електричного поля. Як металевий, так і неметалевий пил створюють концентроване електричне поле, що знижує напругу появи розряду та пробивну напругу ізоляції.

Тому, важливо підтримувати чисте середовище та сердцевину під час виробництва перетворників, та виконувати строгий контроль пилу. Необхідно створювати герметичні пилозахисні цехи, в залежності від ступеня, наскільки продукти можуть бути вплинуті пилом під час виробництва. Наприклад, під час випрямлення дроту, обгорнання дроту папером, виготовлення змотувань, зборки змотувань, стягування сердцевини, виготовлення ізоляційних компонентів, зборки сердцевини та закінчення сердцевини, абсолютно не допускається, щоб зовнішні предмети або пил залишалися або входили.

4.2 Централізоване виробництво ізоляційних компонентів

Ізоляційні компоненти особливо чутливі до забруднення металевим пилом, оскільки, коли металевий пил прилипає до ізоляційних компонентів, його надзвичайно важко повністю видалити. Тому, необхідне централізоване виробництво в ізоляційному цеху, з окремою зоною механічної обробки, ізольованою від інших областей, що виробляють пил.

4.3 Строгий контроль заусенців силиконових сталевих листів

Ламінація сердцевини перетворника відбувається за допомогою довгого та поперечного різання, що необхідно створює заусенці різної міри. Ці заусенці не тільки викликають короткозамкнення між ламінаціями, створюючи внутрішні циркулюючі струми, що збільшують втрати при нульовій навантаженості, але також фактично збільшують товщину сердцевини, зменшуючи фактичну кількість ламінацій. Більш того, під час зборки сердцевини або під час вібрації під час роботи, заусенці можуть впасти на сердцевину, викликаючи розряд. Навіть заусенці, що впадають на дно резервуара, можуть вирівнюватися під впливом електричного поля, викликаючи розряд земного потенціалу. Тому, заусенці ламінацій сердцевини повинні бути зменшені наскільки можливо. Для продуктів 110 кВ, заусенці ламінацій сердцевини не повинні перевищувати 0,03 мм; для продуктів 220 кВ, вони не повинні перевищувати 0,02 мм.

4.4 Холоднопресовані кінці проводів

Використання холодно-пресованих кінцевих для провідників є ефективною заходом для зменшення кількості часткових розрядів. Сварювання фосфористої бронзи виробляє велику кількість бризків, які легко розсіюються на тіло ядра і компоненти ізоляції. Крім того, область зварювання потребує ізоляції водною мокрою асбестовою веревкою, що заносить вологу в ізоляцію. Якщо волога не буде повністю вилучена після обмотування ізоляцією, це збільшить кількість часткових розрядів у трансформаторі.

4.5 Закруглення країв компонентів

Закруглення країв компонентів має дві мети: 1) Покращення розподілу електричного поля та збільшення напруги початку розряду. Тому металеві конструктивні компоненти в ядрі, такі як стягувачі, тяги, підставки, кріплення, прес-плити, краї виходів, стіни висотних втулок та магнітні екрани на внутрішній стороні бака, повинні бути закруглені. 2) Запобігання тертя, що виробляє сталеві опилки. Наприклад, контакти між отворами для підйому стягувачів та канатами або крюками повинні бути закруглені.

4.6 Середовище продукції та завершення ядра під час остаточного монтажу

Після вакуумного сушіння ядра перед встановленням бака повинно бути проведено завершення ядра. Для більших продуктів зі складнішою структурою потрібний довший час на завершення. Оскільки пригнітання ядра та затягування кріпежів проводяться на повітря, можливе абсорбування вологи та забруднення пилом протягом цього періоду. Тому завершення ядра повинно проводитися в пилозахисному приміщенні. Якщо час завершення (або час викладання на повітря) перевищує 8 годин, необхідна повторна сушка.

Після завершення ядра встановлюється верхня частина бака, після чого проводиться вакуумне насосування та заповнення маслом. Оскільки ізоляція ядра абсорбує вологу під час процесу завершення, необхідна дезумідифікація, яка досягається вакуумним насосуванням продукту. Це важлива міра для забезпечення силі ізоляції високовольтних продуктів. Рівень вакууму визначається на основі вологості ядра та середовища, а тривалість вакууму - на основі часу виходу з печі, температури середовища та вологості.

4.7 Вакуумне заповнення маслом

Мета вакуумного заповнення маслом полягає в тому, щоб через вакуумне насосування усунути «мертві» зони в структурі ізоляції трансформатора, повністю виштовхнути повітря, а потім заповнити трансформатор маслом в умовах вакууму, щоб забезпечити повну пропитку ядра. Після заповнення маслом трансформатори повинні стояти принаймні 72 години перед тестуванням, оскільки ступінь пропитки матеріалу ізоляції залежить від товщини матеріалу ізоляції, температури масла та часу пропитки. Краща пропитка зменшує ймовірність розрядів, що робить достатній час стоянки необхідним.

4.8 Герметизація бака та компонентів

Якість герметизуючих конструкцій безпосередньо впливає на витікання трансформатора. Якщо існують точки витікання, волога необхідно попаде всередину трансформатора, що призведе до абсорбування вологи трансформаторним маслом та іншими компонентами ізоляції - це один із факторів, що викликає часткові розряди. Тому повинна бути гарантована рівномірна герметичність.