How to test a pad mounted transformer?
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ELECTRIC, WITH AN EDGE
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ELECTRIC, WITH AN EDGE
En este artículo, el autor presenta un bushing de casquillo del transformador principal de 500 kV con pérdida dieléctrica anormal y analiza teóricamente la pérdida dieléctrica anormal en el proceso de desmontaje y prueba. Los resultados del análisis muestran que la principal causa de la pérdida dieléctrica anormal es el envejecimiento, lo que brinda alguna referencia para el diagnóstico de fallas y la operación y mantenimiento del mismo tipo de equipo.
El transformador de distribución es un importante equipo de transmisión y transformación en el sistema de energía, y su confiabilidad afecta la operación segura y estable de la red eléctrica. Como una parte importante del transformador de distribución, la falla del aislamiento de la carcasa ocurrirá fácilmente si el envejecimiento, el agua y la humedad entran en él. Una gran cantidad de transformadores de distribución han estado en servicio durante varias décadas, y es importante fortalecer la operación y el mantenimiento de estos transformadores de distribución, de modo que los problemas puedan detectarse a tiempo para eliminar el peligro oculto de falla del aislamiento de la carcasa.
En este artículo, desarmé y probé la carcasa de un transformador de distribución de 500 kV con una pérdida dieléctrica excesiva. Con base en los resultados de la prueba, analicé teóricamente las posibles causas de la pérdida dieléctrica excesiva de la carcasa y verifiqué la corrección del análisis combinando la prueba de desmontaje.
En mayo de 2019, se aisló un transformador principal de la subestación No.1 de 500 kV durante el mantenimiento de rutina y se encontró que la pérdida dieléctrica de la pantalla principal de la carcasa lateral de media tensión (Am: 1.183%, Bm: 0.696%, Cm: 0.883 %) (normalizado a 20 ℃) excedió o estuvo cerca del valor indicado (0,8 % en el lado de voltaje medio), que fue más alto que el resultado de la prueba en 2013 (Am: 0,40 %, Bm: 0,43 %, Cm: 0,40 % ) (normalizado a 20 ℃). ) (normalizado a 20°C), que es un aumento significativo.
La información del transformador principal No. 1 y la carcasa retirada se muestra en la Tabla 1. Para conocer la causa del defecto, se realizaron las pruebas de diagnóstico de pérdida dieléctrica de frecuencia de 10 kV y respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia (FDS) de la carcasa. realizado en el bushing del transformador principal N° 1 de la subestación, y los resultados se muestran en la Figura 1.
Parámetro | #1 transformador principal | Buje de alta presión | Carcasa de media presión |
Tensión nominal | 510/230±9×1.33%/36 | 500kV | 245kV |
Corriente nominal | 3849A（Baja presión） | 1600A | 3150A |
Modelo | SUB-MRR | COT1500-1600 | COT950-3150 |
Fecha de puesta en servicio | 1999-12-8 | 1999-5-25 | 1999-5-25 |
Figura 1: Resultados de la prueba de respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia de un aislador de media tensión n.º 1 de un transformador principal de 500 kV
En la Figura 1, se puede encontrar que la curva de respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia (FDS) es obviamente alta y convexa en las bandas de baja y media frecuencia, lo que indica que existe cierto deterioro del aislamiento principal de la carcasa.
La pérdida dieléctrica de la pantalla principal de la carcasa MV se volvió a probar en agosto de 2019 y los resultados de la prueba no cambiaron significativamente con respecto a los resultados de la prueba en mayo de 2019.
La unidad de gestión de operación y mantenimiento de equipos desguazó todo el transformador principal en vista de la demanda de capacidad adicional en el área y la antigüedad del transformador principal en servicio.
Al mismo tiempo, con el fin de analizar más a fondo las razones de la pérdida dieléctrica anormal de la carcasa y evaluar el estado de aislamiento de la carcasa antigua que había estado en funcionamiento durante más de 20 años y proporcionar una referencia de operación y mantenimiento para la carcasa. con defectos similares, la carcasa retirada del transformador principal No. 1 fue devuelta a la planta para pruebas de diagnóstico y análisis de desmontaje.
Después de regresar a la planta, primero se midió la resistencia de aislamiento de la carcasa de MT Am y los resultados de la prueba mostraron que la resistencia de aislamiento de la carcasa de MT del transformador de distribución no era anormal.
Los resultados de la prueba FDS de la carcasa se muestran en la Figura 2.
En base a los resultados de la prueba FDS, se pueden sacar las siguientes conclusiones.
(1) En términos de nivel de voltaje, no hay anormalidad significativa en la curva FDS (línea negra en la figura) de la carcasa de alto voltaje C (los datos de prueba de rutina de la carcasa son normales), mientras que la curva de la carcasa de media tensión Am (la pérdida dieléctrica de la pantalla principal alcanzó 1.183% en la prueba de rutina) es significativamente ascendente en las secciones de baja y media frecuencia (línea azul en la figura) y muestra una forma claramente convexa hacia arriba, lo cual es consistente con las características de deterioro del aislamiento de la carcasa. El contenido de humedad del aislamiento de la carcasa se analizó de manera aproximada utilizando el software de evaluación de humedad incluido con el instrumento de prueba.
Los resultados de la evaluación de la humedad de la carcasa también mostraron que el aislamiento de la carcasa de media tensión Am se había deteriorado más severamente, mientras que el aislamiento de la carcasa de alta tensión C estaba en buenas condiciones.
Además, para la misma carcasa, el resultado de la evaluación de la humedad es menor a alta temperatura, porque la distribución de la humedad entre el aceite y el sistema de aislamiento de papel depende de la temperatura, y la humedad migra del papel al aceite a alta temperatura, por lo que el contenido de humedad en el papel es relativamente baja a alta temperatura.
(2) En términos de temperatura, la correlación entre la curva FDS de la carcasa de alta tensión y la temperatura no es significativa, mientras que la curva FDS de la carcasa de media tensión se desplaza significativamente hacia la derecha a medida que aumenta la temperatura, lo que puede deberse a la aumento de la pérdida de conductividad del medio de aislamiento causada por el aumento de la temperatura.
Se tomaron muestras de aceite del casing y se analizaron por cromatografía de aceite, y los resultados se muestran en la Tabla 3. Los cromatogramas de aceite del casing de media presión Am tenían contenidos similares de CO y CO2, lo que indica la posibilidad de deterioro del aislamiento sólido del casing. Al mismo tiempo, se tomaron muestras de aceite y se analizaron para microagua, voltaje de resistencia, resistividad de volumen y otros indicadores.
Los resultados de la evaluación de humedad del bushing del transformador también muestran que la carcasa de media tensión Am tiene un deterioro de aislamiento más severo, mientras que la carcasa de alta tensión C está en buenas condiciones.
Esto se debe a que la distribución de la humedad en el sistema de aislamiento de aceite y papel depende de la temperatura, ya que la humedad migra del papel al aceite a altas temperaturas, por lo que el contenido de humedad en el papel es relativamente bajo a altas temperaturas.
(2) En términos de temperatura, la correlación entre la curva FDS de la carcasa de alta tensión y la temperatura no es significativa, mientras que la curva FDS de la carcasa de media tensión se desplaza significativamente hacia la derecha a medida que aumenta la temperatura, lo que puede deberse a la aumento de la pérdida de conductividad del medio de aislamiento causada por el aumento de la temperatura.
Se tomaron muestras de aceite de la carcasa y se analizaron mediante cromatografía de aceite, y los resultados se muestran en la Tabla 3.
Los cromatogramas de aceite del casing de media presión Am tenían contenidos similares de CO y CO2, lo que indica la posibilidad de deterioro del aislamiento sólido del casing. Al mismo tiempo, se tomaron muestras de aceite y se analizaron microagua, resistencia a la presión, resistividad volumétrica y otros indicadores.
De acuerdo con los resultados de la prueba, se encontró que el aceite aislante de la carcasa de media tensión Am no superó el valor estándar, pero los índices fueron significativamente peores que los de la carcasa de alta tensión C. En particular, la aparición de la El aceite aislante de Am era obviamente amarillo.
Ambos aisladores son producidos por una empresa francesa y pertenecen a la misma serie COT, por lo que la calidad del aceite aislante utilizado en general es similar.
En diciembre de 2020 (temperatura 5,5 ℃, humedad 65 %) y septiembre de 2021 (temperatura 33 ℃, humedad 60 %), la pérdida dieléctrica de alto voltaje y la capacidad de la pantalla principal de la carcasa se midieron dos veces en la planta. La capacidad de la pantalla principal de la carcasa C de alto voltaje y la carcasa Am de voltaje medio mostró muy poca desviación a diferentes temperaturas y voltajes.
Los resultados de la pérdida dieléctrica de alto voltaje de la pantalla principal (normalizada a 20 °C) a diferentes temperaturas y voltajes se muestran en la Figura 3. A partir de los resultados de la prueba, la diferencia de pérdida dieléctrica de alto voltaje de la carcasa de alto voltaje a diferentes temperaturas y voltajes es muy pequeño y el valor es bajo, lo que indica que el aislamiento de la carcasa está en buenas condiciones; la pérdida dieléctrica de la carcasa de media tensión aumenta significativamente con el aumento de temperatura y tiende a disminuir con el aumento de tensión, lo que indica el deterioro del aislamiento de la carcasa de media tensión.
Las pruebas de diagnóstico anteriores muestran que la carcasa de voltaje medio tiene los resultados de prueba de pérdida dieléctrica más grandes en el sitio y en la fábrica, y la pérdida dieléctrica disminuye significativamente con el aumento de voltaje (10 kV al voltaje nominal, la pérdida dieléctrica disminuye en aproximadamente 50 kV). %).
La curva de respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia obviamente se desplaza hacia arriba en las bandas de frecuencia media y baja y muestra una forma convexa hacia arriba, y la curva de respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia migra significativamente con el cambio de temperatura, lo que indica que el aislamiento de la carcasa tiene un cierto grado de deterioro. Sin embargo, el aceite de aislamiento de la carcasa no mostró características de degradación obvias, por lo que se infirió que la degradación del aislamiento existía principalmente en el papel aislante.
El modelo de pérdidas dieléctricas del aislamiento papel-aceite se establece para la pantalla principal del bushing del transformador de distribución, el cual puede ser considerado como un aislamiento compuesto por dos partes de aceite dieléctrico y papel en paralelo, como se muestra en la Figura 4.
En comparación con el lado de alta tensión (5,66 × 1011 Ω-m), la resistividad volumétrica del aceite de la carcasa del lado de media tensión (3,34 × 1011 Ω-m) ha cambiado significativamente y ha disminuido casi un 30 %, por lo que en comparación con la pérdida por disipación de del lado de alta tensión, la tanδ del lado de media tensión ha aumentado significativamente.
El motivo del aumento de la resistividad volumétrica del aceite de la carcasa del lado de media tensión es que el envejecimiento del papel aislante de la carcasa del lado de media tensión provoca un aumento de la degradación de la celulosa y una disminución del grado de polimerización, y la Los iones positivos y negativos generados por la descomposición están libres en el aceite, lo que aumenta el contenido de partículas cargadas por unidad de volumen y provoca un aumento de la conductividad eléctrica del aceite, es decir, una disminución de la resistividad volumétrica.
Y el aumento del contenido de agua del papel aislante conducirá al aumento de tanδpap, que también afecta el valor de la pérdida dieléctrica de la pantalla principal del aislador del transformador de distribución tanδ. Para verificar la exactitud del análisis teórico, el transformador de distribución fue desmontado y probado para verificar aún más el punto de envejecimiento.
El transformador de distribución se desarmó y no hubo anormalidades obvias en la estructura conductora de corriente, los sellos y las camisas de porcelana superior e inferior.
Debido al fenómeno de desintegración, había una sustancia negra en la superficie del núcleo del revestimiento de presión media, que estaba ubicado a 75 cm-80 cm del fondo del núcleo, y los tres núcleos del revestimiento tenían pliegues locales, como se muestra en la Figura 5. Cuando el núcleo se desmontó hasta la capa más interna, no se encontró material de cera X en el papel aislante interno, lo que indica que no hubo una descarga parcial obvia dentro de la carcasa.
Durante el proceso de desmontaje, se tomó el papel aislante de la capa más externa de cada escalón del núcleo, cerca de la parte superior de la carcasa, y se probaron el contenido de agua y el grado de polimerización.
Los resultados del grado de polimerización del papel aislante para cada paso del núcleo.
Se tomó un nuevo papel aislante del mismo grado que la carcasa del transformador principal desmontado (finlandés TERTRANS N 125/0.80 KRAFTPAPER) de una fábrica de aisladores de transformadores y el grado de polimerización fue 1427, que se tomó como el grado de polimerización del papel aislante no deteriorado. .
De acuerdo con los resultados de la prueba, el grado de polimerización del papel aislante de la carcasa de alto voltaje se distribuyó alrededor de 1100, y la relación con la ubicación no fue obvia, mostrando las características generales de deterioro, con una disminución de alrededor del 23 % en comparación con el inicial.
El grado de polimerización del papel aislante de la carcasa de voltaje medio muestra una distribución obvia de tres etapas, con un grado de polimerización promedio de las capas exteriores 1-8 de alrededor de 700, que es más del 50 % más bajo que el grado de polimerización inicial.
El grado medio de polimerización de las capas intermedias 9~16 es de aproximadamente 1200, que es aproximadamente un 16 % inferior al grado inicial de polimerización; el grado medio de polimerización de las 17~20 capas internas es de aproximadamente 1000, que es aproximadamente un 30 % más bajo que el grado inicial de polimerización.
En general, el envejecimiento del aislamiento de los núcleos de la carcasa de MT es más grave y está estrechamente relacionado con la ubicación del muestreo. La posible razón es que el deterioro del papel aislante se acelera por el mayor contenido de agua del papel aislante exterior y el mayor contenido de gas en el aceite, y el deterioro del papel aislante también se acelera por la temperatura más alta del papel aislante interior. por lo que el deterioro del aislamiento exterior e interior es más grave.
Según los resultados de la investigación de A.M. Emsley y otros, el grado de polimerización del papel aislante está significativamente relacionado con la resistencia a la tracción del papel, como se muestra en la Figura 8: se puede ver que cuando el grado de polimerización es superior a 600, la resistencia a la tracción disminuye de manera insignificante.
Sin embargo, cuando el grado de polimerización cae por debajo de 600, la resistencia a la tracción disminuye drásticamente, es decir, la resistencia mecánica del papel aislante se reduce significativamente y no puede soportar las tensiones mecánicas en condiciones de trabajo especiales.
En función de la situación real de la carcasa de media tensión, la vida útil restante de la carcasa se puede aproximar mediante la ecuación (8): se necesitan 20 años para reducir el grado de polimerización de los 1400 iniciales a 700 (puesto en servicio en 1999 y dado de baja en 2019), y se necesitan unos 26 años para reducirlo aún más a menos de 600.
Teniendo en cuenta que la humedad generada por el deterioro acelerará aún más la tasa de deterioro, se considera que la vida útil restante de la carcasa de MT en esta subestación puede ser de 5 años o incluso menos.
Con base en los resultados de la prueba y el análisis de desmontaje de la carcasa antigua en una subestación de 500 kV, se hacen las siguientes recomendaciones de operación y mantenimiento para la carcasa antigua que ha estado en funcionamiento durante más de 20 años.
(1) Para carcasas sin datos de prueba de rutina anormales, se puede operar normalmente.
(2) Para las carcasas que pueden tener defectos parciales de ruptura de la pantalla del capacitor (capacidad eléctrica y cromatografía anormales), reemplácelas a tiempo.
(3) Para la carcasa que no puede determinar si existe una ruptura parcial de la pantalla del capacitor, pero la pérdida dieléctrica es anormalmente alta, combine con las condiciones de prueba de campo y lleve a cabo una alta
(a) carcasa de alto voltaje
(b) carcasa de media tensión
La prueba de polimerización del papel de aislamiento de la carcasa da como resultado la pérdida dieléctrica de presión, la respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia, la prueba de cromatografía de aceite aislante, la prueba de lubricación.
Si la respuesta dieléctrica en el dominio de la frecuencia se desplaza significativamente hacia arriba en las bandas de frecuencia baja y media y muestra una forma convexa hacia arriba, indica que el aislamiento está deteriorado. Luego, combinados con los resultados de la prueba del aceite de aislamiento, se pueden juzgar inicialmente como degradación del aceite o degradación del papel.
(4) Si las condiciones están disponibles, se pueden comparar los datos del historial de la curva de prueba FDS a diferentes temperaturas. La curva FDS de la carcasa normal tiene un pequeño cambio, mientras que la curva FDS de la carcasa anormalmente deteriorada a diferentes temperaturas tiene un cambio más evidente.
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