close
Choose Your Site
Global
Social Focus
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2021-12-27 Происхождение:Работает
Вводы являются ключевыми компонентами оборудования подстанции высокого напряжения, такого как трансформаторы и распределительные устройства, позволяя проводникам передавать энергию от одной изолирующей среды к другой.Чаще всего это происходит от среды с изоляцией из масла или SF6 к воздуху.Вводы также используются в приложениях воздух-воздух, таких как стеновые проходы, масло-масло, масло-элегаз и т. д. Внутренняя изоляция вводов может быть выполнена с использованием различных технологий, включая: пропитанную маслом бумагу (на сегодняшний день доминирующий тип);бумага, связанная смолой (старая технология, которая до сих пор находит отдельные применения, например, для втулок генераторов);пропитанная смолой бумага (все более популярная альтернатива маслам сухого типа, которую теперь можно использовать даже в приложениях сверхвысокого вакуума);или газ SF6.
Стоимость вводов, например, на силовом трансформаторе высокого напряжения, обычно составляет всего от 5 до 8% от общей стоимости установки оборудования.Но отказ втулки может оказаться катастрофическим и привести к потере дорогостоящих активов с потенциально длительным временем замены.Есть также вопросы, связанные с безопасностью персонала и повреждением рядом стоящего оборудования.Поэтому для предотвращения отказов важно периодически проверять проходные изоляторы, чтобы на ранней стадии обнаруживать пробой изоляции из-за старения и другие проблемы.
В этом отредактированном предыдущем вкладе в INMR сотрудников лаборатории высокого напряжения в Powertech Labs в Канаде были рассмотрены основы испытаний вводов, а также приведены истории случаев, когда была исследована основная причина отказа.
Старые втулки или втулки, состояние которых вызывает подозрения, могут быть проверены в полевых условиях или в лаборатории высокого напряжения, независимой от нее или управляемой производителем.Тестирование на месте Преимущество заключается в том, что время простоя может быть сведено к минимуму или даже устранено, например, с помощью систем онлайн-мониторинга.Но ключевым ограничением тестирования в процессе эксплуатации является то, что существует ограничение на разнообразие тестов, которые могут быть выполнены.Существует также риск того, что проблемы на ранней стадии могут быть еще не очевидны.Более того, в большинстве случаев такие испытания ограничиваются испытаниями при низком напряжении.Тестирование в лабораторных условиях позволяет проводить испытания при напряжении выше номинального, чтобы лучше выявлять зарождающиеся проблемы, которые сложно выявить в полевых условиях.Лаборатория также позволяет использовать более сложное оборудование и устранять электрические помехи.Конечно, недостатком является требуемое время простоя и стоимость демонтажа и транспортировки втулки.В результате в нормальных условиях большая часть испытаний втулок ограничивается испытаниями в процессе эксплуатации.
Старые втулки или втулки, состояние которых вызывает подозрения, могут быть проверены в полевых условиях или в лаборатории высокого напряжения, независимой от нее или управляемой производителем.Тестирование на месте Преимущество заключается в том, что время простоя может быть сведено к минимуму или даже устранено, например, с помощью систем онлайн-мониторинга.Но ключевым ограничением тестирования в процессе эксплуатации является то, что существует ограничение на разнообразие тестов, которые могут быть выполнены.Существует также риск того, что проблемы на ранней стадии могут быть еще не очевидны.Более того, в большинстве случаев такие испытания ограничиваются испытаниями при низком напряжении.Тестирование в лабораторных условиях позволяет проводить испытания при напряжении выше номинального, чтобы лучше выявлять зарождающиеся проблемы, которые сложно выявить в полевых условиях.Лаборатория также позволяет использовать более сложное оборудование и устранять электрические помехи.Конечно, недостатком является требуемое время простоя и стоимость демонтажа и транспортировки втулки.В результате в нормальных условиях большая часть испытаний втулок ограничивается испытаниями в процессе эксплуатации.
Рис. 1: Коэффициент рассеяния – измерения диэлектрических потерь.
Поскольку частичные разряды (ЧР) во вводе ухудшают свойства изоляционного материала и могут привести к выходу из строя, полезно проводить испытания на ЧР, которые обычно проводятся в лаборатории.В случае вводов типа OIP, например, частичный разряд на испытательном уровне обычно не должен превышать 10 пКл.Хотя частичный разряд также можно измерять на вводах, находящихся в эксплуатации, одной из проблем является то, что фоновые помехи обычно слишком велики.В лабораторных условиях можно проводить измерения на вводах с фоновыми уровнями <1 пКл.
Как уже упоминалось, тестирование масла OIP-ввода можно использовать для обнаружения избыточной влаги или газов, образующихся в результате таких проблем, как частичный разряд, перегрев и внутреннее искрение.Однако это обычно не выполняется на регулярной основе, поскольку вводы обычно герметизируются на заводе и испытываются на герметичность во время изготовления.Только при наличии признаков потенциальной проблемы, например, более высокого, чем обычно, коэффициента мощности, будет основание для взятия проб масла и его анализа.В таких случаях тесты обычно оценивают концентрацию водорода, метана, ацетилена, этилена, этана, окиси углерода, двуокиси углерода, азота и кислорода.Относительные соотношения и концентрации этих газов в каждой пробе масла затем используются для выявления проблем со структурой изоляции.
Для испытания ввода в лаборатории высокого напряжения необходимо, чтобы он был настроен для имитации рабочей среды.В случае вводов силовых трансформаторов с масляной изоляцией это означает, что нижний конец ввода должен быть погружен в масло.Powertech Labs, например, тестирует вводы, рассчитанные на напряжение до 500 кВ, в маслонаполненном баке, в котором изначально размещался реактор на 500 кВ.Часто приходится разрабатывать уникальные и продуманные схемы испытаний, чтобы иметь возможность подать питание на ввод для испытаний без перекрытия.Одна из таких установок включала ввод элегаз-масло на 500 кВ, используемый для соединения элегазовой шины с трансформатором генератора.Нижний конец был погружен в масло, так как он должен был находиться в эксплуатации, но не было обычного оборудования, позволяющего поместить верхний конец в атмосферу сжатого SF6.Вместо этого высоковольтный проводник был удлинен примерно на 4,6 метра с использованием трубы длиной 0,3 метра.Затем трубу и верхнюю часть втулки поместили в пластиковый пакет, который позднее был заполнен элегазом, чтобы максимизировать внешнюю устойчивость конца втулки, заполненного элегазом.
Лабораторные испытания проходного изолятора типа «масло-воздух» на 500 кВ предусматривают его установку в баке в рамках подготовки к испытаниям.
Уникальная лабораторная установка для испытаний ввода 500 кВ элегаз-масло.
В целом, процедура, используемая в Powertech Labs для проверки вводов, снятых с эксплуатации, выглядит следующим образом:
• взята проба нефти на анализ газа в нефти;
• емкость ввода и коэффициент диэлектрических потерь, измеренные при низком напряжении и при номинальном напряжении;
• приложенное напряжение повышалось до 80 % от номинального выдерживаемого уровня (например, 656 кВ для вводов 500 кВ) и удерживалось в течение одной минуты.Измерено начальное напряжение частичного разряда;
• пониженное до исчезновения частичных разрядов напряжение, которое должно быть >110 % от номинального напряжения между фазой и землей;
• частичный разряд при 110% максимального рабочего напряжения должен быть <12 пКл (например, для вводов на 500 кВ: 1,1 * 500/√3=318 кВ);
• повторные измерения емкости ввода и коэффициента диэлектрических потерь;
• повторно взята проба нефти для газонефтяного анализа.
Лаборатория Powertech провела испытания многих подозрительных вводов OIP, изъятых из эксплуатации по причинам, включающим выход из строя аналогичных вводов, высокий уровень содержания газа в масле и т. д. Номинальное напряжение испытанных вводов варьировалось от вводов для пола на 69 кВ до вводов для трансформаторов на 230 кВ и вводов для трансформаторов на 500 кВ. /реакторные втулки.Самый старый был изготовлен в 1967 году, и в нем участвовало несколько производителей.Протестированные втулки продемонстрировали следующие показатели успешности/отказов:
• 500 кВ (всего 28 вводов): частота отказов 25 %.
• 230 кВ (4 блока): частота отказов 50 %.
• 69 кВ (11 блоков): частота отказов 72 %
Причинами отказов были высокая активность частичных разрядов, высокий коэффициент рассеяния и высокие результаты испытаний на содержание газа в масле, причем большинство из них были вызваны частичными разрядами, которые превышали установленный испытательный уровень.
Выход из строя этажных вводов 69 кВ
Компания BC Hydro, крупный поставщик электроэнергии в Британской Колумбии, подозрительно использовала этажные вводы «воздух-воздух» на 69 кВ на внутренней многоэтажной подстанции.На этих вводах были обнаружены слышимые частичные разряды, что послужило поводом для дальнейшего расследования.В процессе эксплуатации были проведены ультразвуковые акустические испытания, и было обнаружено, что высокая активность частичных разрядов присутствовала не всегда.Предполагалось, что из-за нагрева вводов повышение внутреннего давления приведет к исчезновению пустот и прекращению частичных разрядов.Чтобы убедиться в этом, три проходных изолятора были испытаны при различных внутренних давлениях, и это подтвердило, что на частичный разряд действительно влияет внутреннее давление (см. рис. 2 и 3).По мере повышения давления частичные разряды прекращались.Это объясняет, почему активность частичных акустических разрядов от этих вводов регистрировалась лишь периодически.При нагреве вводов под действием тока нагрузки внутреннее давление повышалось и частичные разряды прекращались.Затем при падении нагрузки и снижении температуры ввода частичные разряды возвращались.
Рис. 2: Влияние давления масла на напряжение гашения частичного разряда.
Рис. 3: Влияние давления масла на ЧР при 100% напряжении.
Уровень водорода во вводах ОИП 500 кВ
На трансформаторе подстанции произошел обрыв ввода 500 кВ.Последующее расследование показало, что ряд вводов 500 кВ на этой подстанции имел высокий уровень содержания водорода в масле, что обычно указывает на активность внутренних частичных разрядов.Поскольку эти конкретные вводы подвергались значительным колебаниям температуры эксплуатации, предполагалось, что при низких температурах во вводе может образоваться внутренний вакуум.Это вызвало образование пузырьков газа, которые могли привести к внутренним частичным разрядам, образованию водорода и, в конечном итоге, к выходу из строя втулки.Один из вводов был снят и отправлен на лабораторные испытания, где он сначала подвергся стандартной процедуре испытаний, как обсуждалось выше.Испытания газа в масле показали уровень водорода 976 частей на миллион (по сравнению с нормальным пределом 100 частей на миллион), но без других значительных горючих газов.Тем не менее, несмотря на высокое содержание водорода, ввод прошел все диэлектрические испытания, включая испытание на частичный разряд (<12 пКл).
Поскольку охлаждать ввод в лабораторных условиях не представлялось возможным, для имитации воздействия низких температур ввод был помещен в испытательный бак ввода.Затем масло в баке циркулировало через мини-установку для обработки масла, чтобы нагреть его и, следовательно, втулку.Во время нагрева верхний порт заливки масла на втулке оставался открытым.Затем на масляный бак и проходной изолятор были помещены изолирующие покрытия, чтобы свести к минимуму потери тепла.Идея заключалась в том, чтобы максимально нагреть ввод до 95°C.Как только была достигнута максимальная температура втулки (т.е. примерно через 4 дня нагрева), втулка была заполнена горячим маслом так, чтобы объем свободного пространства был минимальным.Были установлены вентиль и вакуумметр, и вентиль был закрыт, что обеспечило герметизацию втулки при максимальной температуре.Затем по мере охлаждения масла внутри втулки возникал вакуум.
Частичный разряд, емкость и тангенс дельта были измерены как при горячем вводе, так и при охлаждении ввода.На рис. 4 показаны частичный разряд, внутреннее давление ввода в зависимости от времени, а на рис. 5 — частичный разряд ввода и внутреннее давление в зависимости от температуры (при 318 кВ — максимальное рабочее напряжение).Наблюдалось отчетливое увеличение частичных разрядов на 318 кВ – в данном случае до 138 пКл – в течение короткого периода времени по мере охлаждения ввода.Это показало, что при определенных обстоятельствах снижение давления во вводе может вызвать внутренний частичный разряд при рабочем напряжении и выделение водорода.После полного остывания втулки внутренний вакуум был сброшен.
Затем было высказано предположение, что вместо нагрева и охлаждения для имитации полевых условий того же самого можно добиться путем создания вакуума на проходном изоляторе.Для проверки проходной изолятор был вакуумирован до давления от -5 до -50 кПа, и на рис. 6 показана зависимость частичного разряда проходного изолятора от внутреннего давления при различных напряжениях.Видно, что при рабочем напряжении значительных частичных разрядов не было.Влияние давления наблюдалось только при -45 кПа и напряжениях выше 400 кВ.После этих испытаний внутреннее давление ввода было оставлено на уровне -15 кПа, и в течение нескольких недель он находился под напряжением при постепенном увеличении напряжения до 600 кВ.За этот период не наблюдалось увеличения частичных разрядов, а уровень водорода снизился.
Рис. 4: PD втулки и давление в зависимости от времени.
Рис. 5: PD втулки и зависимость давления от температуры.
Рис. 6: Частичный разряд втулки в зависимости от вакуума (с использованием вакуумного насоса).
Такие испытания показали, что ввод может выделять водород в процессе эксплуатации из-за частичного разряда в холодных условиях.Подача питания на ввод в условиях перенапряжения в течение длительного времени не приводила к отказу.Это свидетельствовало о том, что, несмотря на значительное содержание водорода во втулках, они не имели необратимых повреждений.Если бы можно было предотвратить образование вакуума в этих вводах, прекратилось бы производство водорода, и их можно было бы безопасно продолжать эксплуатировать.
По мере старения энергосистем все чаще встречаются проблемы, связанные с изоляцией вводов.Опыт Powertech Labs с высокой частотой отказов испытуемых втулок подтвердил это.Тестирование вводов в процессе эксплуатации может выявить возникающие проблемы до того, как они приведут к дорогостоящим проблемам и простоям.Однако во многих случаях для лучшего определения степени и причины проблем может потребоваться лабораторное тестирование.Хотя снимать втулки и проверять их в лаборатории дорого, этот процесс может успешно «отсеять» тех, кто подвергается высокому риску.Учитывая сильное влияние катастрофического отказа втулки, это может быть оправдано с точки зрения затрат.
Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.
