Глубокий анализ технологии контроля частичных разрядов и онлайн-мониторинга для сухих трансформаторов

1. Введение: Частичные разряды - "невидимый убийца" сухой изоляции

Для сухих трансформаторов, особенно тех, которые используют технологию заливки эпоксидной смолой (CR), частичные разряды (PD) являются ключевым показателем, определяющим их срок службы. В отличие от маслонаполненных трансформаторов, изоляция сухих устройств подвергается необратимому повреждению при возникновении PD (например, образование треков разрядов в виде деревьев), которое не может быть восстановлено путем фильтрации или замены масла. Контроль PD ниже 10 пК (или даже 5 пК) не только является стандартным требованием, но и служит основой для обеспечения 30 лет безопасной эксплуатации.

2. Микроскопические механизмы и физические дефекты PD

На протяжении 29 лет технических наблюдений было установлено, что PD в сухих трансформаторах обычно возникают из-за трех типов физических дефектов:

3. Оптимизация электрического поля и технологии экранирования

Основным способом снижения PD является улучшение распределения электрического поля и устранение пиков электрического поля:

• Дизайн электростатического экранирования: Установка высокоокруглых экранирующих колец равномерного распределения напряжения на концах высоковольтных и низковольтных обмоток, а также на выводах.
• Оптимизация закруглений и фасок: Все металлические опоры и соединения шин должны строго следовать стандартам обработки углов R. Даже маленькие заусенцы могут стать источниками непрерывных PD при напряжениях 10 кВ или 35 кВ.
• Избыточность изоляционных расстояний: В условиях высокогорья или запыленности необходимо рассчитывать расстояние поверхностного пробоя воздуха с помощью программного моделирования, с запасом безопасности 15%-20%.

4. Основные параметры контроля в процессе заливки

Высококачественные сухие трансформаторы "изготавливаются", а не просто "проектируются".

5. Сравнение и эволюция технологий мониторинга PD

С развитием цифровизации сетей мониторинг PD перешел от лабораторных методов к онлайн-мониторингу:

• Метод импульсного тока (IEC 60270): стандартный метод, предлагающий высокую чувствительность, но крайне восприимчивый к электромагнитным помехам на месте.
• Метод сверхвысокой частоты (UHF): мониторинг частот в диапазоне $300\text{MHz}\sim 1500\text{MHz}$, обеспечивающий сильные противопомеховые возможности. Он эффективно определяет внутренние импульсы разрядов и особенно подходит для городских подстанций с сложными электромагнитными условиями.
• Ультразвуковое обнаружение: используется как дополнительный инструмент для локализации конкретных точек физических разрядов (например, ослабленных наконечников или поверхностного следа).

6. Экспертные мнения: анализ трендов вместо абсолютных значений

В практическом обслуживании, хотя абсолютное значение одного теста на частичные разряды важно, анализ тренда объема ПЧ во времени имеет большее прогностическое значение.

• Если объем ПЧ экспоненциально возрастает в течение шести месяцев, это указывает на глубокое физическое ухудшение системы изоляции, даже если текущее значение находится в допустимом диапазоне.
• Используя паттерны PRPD (частично разрешенные частичные разряды), опытные инженеры могут отличить "внутренний разряд в пустотах" от "поверхностного следа", что позволяет сформулировать целевые планы обслуживания.

7. Заключение

Контроль частичных разрядов в сухих трансформаторах — это системный проект, охватывающий науку о материалах, теорию электрических полей и производственные процессы. С помощью утонченного контроля процессов и передового онлайн-мониторинга UHF мы можем повысить надежность сухих блоков до уровня, эквивалентного или даже превосходящего масляные блоки, обеспечивая долгосрочную энергетическую безопасность для критических нагрузок.