Identifizieren von Alterungs- und Installationsproblemen bei einer

FALLSTUDIE | Analyse mit 1 und 500 Hz an Buchsen

Hintergrund

Die betreffenden 69-kV-Buchsen sind an einem Dyn1-Zweiwickelungstransformator mit 10 MVA, 69/13,09 kV installiert. Nach der Durchführung der OLTC-Wartung (On-Load Tap Changer) an diesem Transformator mit Baujahr 1969 nahm der Eigentümer des Versorgungsunternehmens elektrische Tests vor.

Zusammenfassung

Tests des Leistungsfaktors (LF PF) der Transformatorleitung insgesamt:
Die für die bodentiefen (CLG) und bodentiefen (CHG) Isolationssysteme gemessenen Verluste waren höher als die für das Interwinding- bzw. das CHL-Isolationssystem des Transformators gemessenen Verluste. Die temperaturbereinigten (d. h. 20 °C-äquivalenten) LF-PF-Testergebnisse für CLG- und CHG-Isolierkomponenten
lagen innerhalb der akzeptablen Grenzwerte (< 0,5 %) und sogar innerhalb der für neue Transformatoren festgelegten Grenzwerte. Das Prüfergebnis für den LF PF des CHG (0,43 %) betrug jedoch das 1,8-Fache des LF-PF-Prüfergebnisses des CHL (0,24 %) (Tabelle 1).

Tabelle 1: Gesamtergebnisse der LF-PF-Tests des Transformators – Ausgangszustand

Basierend auf den jüngsten Erfahrungen mit NB-DFR-Tests (Narrowband Dielectric Frequency Response) und den Erfolgen beim Auffinden verborgener Probleme, die mit LF-PF-Tests nicht ermittelt wurden, wurde ein NB-DFR-Test durchgeführt. Ein NB-DFR-Test ist die Messung von % PF oder % DF bei verschiedenen Frequenzen von 1 Hz bis 505 Hz.

Außerdem führte der Prüfspezialist 10 kV C1 LF-PF-Tests an den Buchsen der Oberspannungswicklung des Transformators durch (Tabelle 2). Die H3-Buchse erzeugte erhöhte LF-PF-Testergebnisse (gemessen und temperaturbereinigt), die deutlich höher waren als die Ergebnisse der Schwesterbuchsen, die am gleichen Transformator montiert waren. Dementsprechend erzielten die individuell temperaturbereinigten LF-PF-Testergebnisse für Buchsen H1 und H2 die Bewertung „Buchsen gut (G)“, während das individuell temperaturbereinigte LF-PF-Testergebnis für Buchse H3 zu einer Alterungsbewertung (A) führte.

Die Testergebnisse zeigen auch eine interessante Anomalie bei den Werten „individuelle Temperaturkorrektur“. Ein TC-Faktor (Temperaturkorrektur) wird verwendet, um den 20 °C-äquivalenten LF-PF-Wert einer Probe zu bestimmen, wenn die Probe bei einer Temperatur von nicht-20 °C mit einem Leistungsfaktor getestet wird.

Ein ITC-Faktor ist ein TC-Faktor, der für jede Testprobe einzigartig ist, da er auf dem spezifischen Zustand der Probe basiert. Beachten Sie, dass sich der ITC-Faktor für die Buchse H3 (~0,6) von den für die Buchsen H1 und H2 (~1,04) ermittelten ITC-Faktoren unterscheidet. Die Uneinheitlichkeit dieser ITC-Faktoren ist ein deutliches Indiz dafür, dass die H3-Buchse einen anderen Isolationszustand als die Buchsen H1 und H2 hat.

Testuntersuchung der Transformatorbuchse C1

ITC-Faktoren sind viel genauer als TC-Faktoren, auf die in einer Look-up-Tabelle zugegriffen wird. Um das Problem mit den Look-up-Tabellen für die Temperaturkorrektur zu unterstreichen, sollten Sie Folgendes beachten:

Hätte sich der Endbenutzer auf Korrekturtabellen verlassen, wäre der TC-Faktor anhand des Durchschnitts der Umgebungs- und Buchsentemperaturen ermittelt worden. Dies hätte zu einem TC-Faktor nahe der Einheit für alle drei Buchsen geführt – gültig für die Buchsen H1 und H2, aber nicht für H3.
Die Buchse H3 wäre in diesem Szenario aufgrund eines PF-Werts von > 1 % entfernt worden. Wäre die Buchse jedoch bei 10 °C statt bei ~ 30°C getestet worden, so wären die gemessenen und temperaturbereinigten PF-Testergebnisse durch die Look-up-Tabellen möglicherweise niedrig genug gewesen, um die Akzeptanzkriterien als normales, im Betrieb gealtertes Gerät zu erfüllen.

Tabelle 2: C1-Testergebnisse für die Buchsen der Oberspannung, einschließlich 10 kV LF-PF- und 250 V NB-DFR-Ergebnisse, gemessen und temperaturbereinigt mit der ITC-Methode

Aufgrund der LF-PF-Testergebnisse führte das Dienstprogramm NB-DFR-Tests an den Buchsen der Oberspannung durch. Messungen mit 1 Hz und 505 Hz aus diesem Test sind in der Tabelle angegeben 2. Diese tabellarischen Ergebnisse bestätigen den guten Zustand und die Nennwerte der Buchsen H1 und H2, eskalieren jedoch die Bewertung der Buchse H3 zu einer zu bewertenden Untersuchung.

Abbildung 1: Per NB DFR gemessene Testergebnisse für die 69-kV-Buchsen der Oberspannung

Die NB-DFR-Testergebnisse für die Buchse H3 (die blaue Kurve in Abbildung 1) ergaben die folgenden zwei beunruhigenden elektrischen Eigenschaften, und das Dienstprogramm ersetzte die Buchse.

Eine Buchse in gutem Zustand hat einen temperaturbereinigten PF-Wert des Prüfanschlusses ≤ 1 % bei 1 Hz. Das Testergebnis der mit der ITC-Temperatur korrigierten 1 Hz PF-Buchse H3 betrug 7,92 % (Tabelle 2).

Das 10 kV LF-PF-Testergebnis, 1,1 % (Tabelle 2), und das LF-PF-Testergebnis bei 250 V, einer typischen NB-DFR-Testspannung, aus Abbildung 1, 0,8 %, sind unterschiedlich. Dies impliziert eine Spannungsabhängigkeit der LF-PF-Testergebnisse.

Tabelle 3: Ergebnisse der vor der Installation durchgeführten C1-Tests für neue H3-Ersatzbuchse, 10 kV LF PF und 250 V NB DFR

Vor dem Einbau in den Transformator wurden LF-PF- und NB-DFR-Tests an der H3-Ersatzbuchse durchgeführt, um ihre Integrität zu bestätigen. Die LF-PF- und NB-DFR-Testergebnisse zeigten den guten Zustand der Buchse (G) an (Tabelle 3) (Abbildung 2).

Abbildung 2: NB-DFR-Testergebnisse vor der Installation für H3-Ersatzbuchse

Nach dem Austausch der H3-Buchse wiederholte das Versorgungsunternehmen die allgemeinen LF-PF-Tests am Transformator, um zu beobachten, welche Auswirkungen der Austausch der H3-Buchse auf die allgemeinen Isolationseigenschaften der Mittelspannungswicklung hatte (Tabelle 4). Es wurde eine deutliche Verbesserung festgestellt.

Tabelle 4: LF-PF-Gesamttestergebnisse 10-kV-Transformator nach Austausch der H3-Buchse

Nachdem das Problem bei den Gesamtergebnissen der Isolationsprüfung für Wicklungen behoben wurde, ergänzte das Versorgungspersonal das nun routinemäßige Verfahren mit einem 10 kV LF-PF-Test an der installierten H3-Ersatzbuchse (Tabelle 5).

Tabelle 5: Ergebnisse der C1-Prüfung nach der Installation für H3-Ersatzbuchse, 10 kV LF PF und 250 V NB DFR

Das 10 kV gemessene LF-PF-Testergebnis für die H3-Ersatzbuchse war akzeptabel. Allerdings ist das temperaturbereinigte LF-PF-Ergebnis des ITC ~ 1,5-mal höher als der gemessene Wert, während die 1 Hz gemessenen und temperaturbereinigten ITC-Ergebnisse fast gleich sind und das 505 Hz-PF-Testergebnis sowohl untypisch als auch deutlich höher ist als das 505 Hz-PF-Testergebnis für H1- und H2-Buchsen.

Die NB-DFR-Tests für die installierte H3-Ersatzbuchse ergaben ein nicht typisches Ansprechen mit ungewöhnlich hohen Verlusten im Hochfrequenzbereich (blaue Kurve in Abbildung 3).

Table 7.jpeg — Abbildung 3: Bodenwirkung auf die NB-DFR-Testergebnisse von H3-Ersatzbuchse

Table 8.jpeg — Tabelle 6: Ergebnisse der C1-Prüfung nach der Installation für die H3-Ersatzbuchse, vor und nach der Erdung, 10 kV LF PF und 250 V NB DFR

Die Daten implizierten die Verbindungsintegrität des Buchsenflansches zum geerdeten Tank. Um das vermutete Erdungsproblem zu verifizieren, hat der Testspezialist ein Masseband am Buchsenflansch angebracht und die LF-PF- und NB-DFR-Tests wiederholt (Tabelle 6). Eine signifikante Verbesserung wurde bei den LF-PF-Testergebnissen und der dielektrischen Reaktion mit dem verwendeten Masseband beobachtet (grüne Kurve in Abbildung 3).

Es ist zu beachten, dass der Spezialist für Feldtests keine Erfahrung mit der Erkennung einer schlechten Flanscherdung hatte. Bei der Vorstellung der wahrscheinlichen Ursache dieser 505-Hz-Anomalie verwendete der Spezialist ein Multimeter und maß den Widerstand zwischen der Tankmasse und dem Buchsenflansch, ohne dass ein Problem mit dem Widerstand bemerkt wurde. Nur mit dem Einsatz eines vierpoligen niederohmigen Prüfgeräts war der Spezialist in der Lage, einen „Vorher-Nachher“-Unterschied zu erkennen. Dies unterstreicht die außergewöhnliche Empfindlichkeit eines NB-DFR-Tests gegenüber unzureichender Erdung der Buchse.

Die NB-DFR-Kurven der ursprünglichen H3-Buchse, der H3-Ersatzbuchse vor dem Einbau, nach dem Einbau mit schlechter Erdung und schließlich im Zustand „wie belassen“ nach dem Wiederherstellen einer guten Masseverbindung sind in Abbildung 5 dargestellt. Dadurch wird anschaulich daran erinnert, wie schlecht die ursprüngliche Buchse war, wie praktisch NB DFR für die Überprüfung nach der Installation ist und wie die DFR-Kurve für eine Buchse in gutem Zustand aussehen sollte.

Abbildung 5: NB-DFR-Testkurven für H3-Buchse von „wie vorgefunden“ bis „wie belassen“

Die wichtigsten Punkte

Die LF-PF-Prüfung ist der primäre Ansatz zur Bewertung der HV-Isolierung. Signifikante Unterschiede zwischen UST- und GST-Messungen können weitere Untersuchungen erfordern. Buchsen stellen Bestandteile der GST-Gesamtmessung eines Transformators dar und können daher ein Faktor für ein erhöhtes LF-PF-Testergebnis von Wicklung gegen Masse sein. Megger empfiehlt, Buchsen, die mit einem Prüfhahn oder Potentialhahn ausgestattet sind, stets zu testen.

Die Look-up-Tabellen für die Temperaturkorrektur sind für Buchsen mit eingeschränkter Isolierung nicht genau. Der einzige zuverlässige Weg, auf den echten, äquivalenten Wert von LF PF bei 20 °C zuzugreifen, ist die Bestimmung des ITC-Faktors der Testprobe.

NB DFR im Bereich von 1 Hz bis 505 Hz bestätigt sowohl eine frühe als auch eine fortgeschrittene Verschlechterung der Buchsenisolierung.

Nach der Installation einer Buchse wird die NB-DFR-Prüfung als Verifizierungsverfahren zur Erkennung schlechter Erdung empfohlen.

Insbesondere die PF-Testergebnisse bei 1 Hz und 505 Hz für Buchsen haben eine erhebliche Bedeutung und sind, wie Vince Oppedisano von Megger begeistert betont, das „Mikroskop“ der Isolationsprüfung.