Identyfikacja problemów związanych ze starzeniem i montażem izolatorów przepustowych wysokiego napięcia

Informacje ogólne

Przedmiotowe izolatory przepustowe 69 kV są zainstalowane w transformatorze 10 MVA, 69/13.09 kV DYN1 z dwoma uzwojeniami. Po zakończeniu konserwacji przełącznika zaczepów pod obciążeniem (OLTC) tego transformatora z 1969 roku właściciel przedsiębiorstwa energetycznego przeprowadził pomiary elektryczne.

Podsumowanie

Pomiary współczynnika mocy dla różnych częstotliwości linii transformatora (LF PF):
Straty zmierzone dla układów izolacyjnych typu „low-to-ground” (CLG) i „high-to-ground” (CHG) były wyższe niż zmierzone między uzwojeniami lub w układach izolacyjnych „high-to-low” (CHL) transformatora. Wyniki pomiarów LF PF dla elementów izolacyjnych CLG i CHG po zastosowaniu korekcji temperatury (odpowiednik 20°C) mieściły się w dopuszczalnych granicach (< 0,5 %), a nawet w granicach ustalonych dla nowych transformatorów. Jednak wynik pomiaru LF PF CHG (0,43 %) był około 1,8 razy wyższy od wyniku LF PF CHL (0,24 %) (tabela 1).

Tabela 1: Wyniki ogólnych pomiarów LF PF transformatora — stan początkowy

W oparciu o najnowsze doświadczenia z wykorzystaniem pomiarów Narrowband Dielectric Frequency Response (NB DFR) oraz sukcesy w znajdowaniu ukrytych problemów, które nie były wykrywane w pomiarach LF PF, przeprowadzono analizę NB DFR. Pomiar NB DFR sprawdza procentową wartość PF lub DF przy różnych częstotliwościach od 1 Hz do 505 Hz.

Ponadto specjalista ds. pomiarów przeprowadził badania LF PF 10 kV C1 na izolatorach przepustowych uzwojenia strony wysokiej transformatora (tabela 2). Izolator przepustowy H3 wygenerował podwyższone wyniki pomiaru LF PF (z zastosowaniem korekcji temperatury). Były one znacznie wyższe niż wyniki dla podobnych izolatorów przepustowych zamontowanych w tym samym transformatorze. W związku z tym wyniki pomiarów LF PF z zastosowaną korekcją temperatury dla izolatorów przepustowych H1 i H2 przyniosły oceny dobre (G), podczas gdy wynik pomiaru LF PF z zastosowaną korektą temperatury dla izolatora przepustowego H3 dał wynik
w postaci oceny wskazującej na zużycie (A).

Wyniki pomiaru również zawierają ciekawą anomalię w wartościach „indywidualnej korekcji temperatury”. Współczynnik korekcji temperatury (TC) służy do określenia wartości LF PF próbki odpowiadającej pomiarowi w temperaturze 20°C, gdy próbka ta jest badana przy temperaturze innej niż 20°C.

Współczynnik ITC jest współczynnikiem TC, który jest unikatowy dla każdej próbki poddawanej pomiarom, ponieważ jest on oparty na określonym stanie próbki. Należy pamiętać, że współczynnik ITC dla izolatora przepustowego H3 (~0,6) różni się od współczynników ITC ustalonych dla izolatorów przepustowych H1 i H2 (~1,04). Niejednorodność tych współczynników ITC jest wyraźną oznaką, że stan izolacji izolatora przepustowego H3 jest inny niż dla H1 i H2.

Badanie pomiarowe izolatora przepustowego transformatora C1

Współczynniki ITC są znacznie dokładniejsze niż współczynniki TC odczytywane z tabeli. Aby podkreślić problem związany z tabelami korekcji temperatury, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

1. Jeśli użytkownik końcowy opierałby się na tabelach korekcji, współczynnik TC byłby określany na podstawie średniej temperatury otoczenia i izolatora przepustowego. Doprowadziłoby to do uzyskania współczynnika TC bliskiego jedności dla wszystkich trzech izolatorów przepustowych — co byłoby prawidłowe dla H1 i H2, ale nie dla H3.

2. Izolator przepustowy H3 zostałby w tym scenariuszu usunięty z powodu wartości PF > 1%. Jednak gdyby izolator przepustowy był podawany pomiarom w temperaturze 10°C zamiast ok. 30°C, wyniki jego pomiarów PF z zastosowaną korekcją temperatury odczytaną z tabel mogły być na tyle niskie, aby spełnić kryteria akceptacji jako normalne dla urządzenia wykazującego starzenie eksploatacyjne.

    

Tabela 2: Wyniki pomiaru C1 dla izolatora przepustowego strony wysokiej, w tym wyniki LF PF 10 kV i NB DFR 250 V, zmierzone i z zastosowaną korekcją temperatury ITC

Biorąc pod uwagę wyniki pomiarów LF PF, przedsiębiorstwo energetyczne przeprowadziło pomiary NB DFR na izolatorach przepustowych strony wysokiej. Wyniki przy częstotliwości 1 Hz i 505 Hz z tego badania przedstawiono w tabeli 2. Te tabelaryczne wyniki potwierdzają dobry stan i ocenę izolatorów H1 i H2, jednak ocenę izolatora przepustowego H3 eskalują do poziomu wymagającego zbadania.

Rysunek 1: Wyniki pomiarów NB DFR dla izolatora przepustowego 69 kV strony wysokiej

Wyniki pomiaru DFR dla izolatora przepustowego H3 (niebieski ślad na rysunku 1) wykazały następujące dwie niepokojące właściwości elektryczne i przedsiębiorstwo energetyczne wymieniło izolator.

Izolator przepustowy w dobrym stanie ma wartość PF z korekcją temperatury ITC ≤ 1% przy 1 Hz. W przypadku izolatora przepustowego H3 wynik pomiaru PF przy 1 Hz z korekcją temperatury ITC wyniósł 7,92 % (tabela 2).

Wyniki pomiaru LF PF 10 kV, 1,1% (tabela 2) i wynik testu LF PF przy 250 V, typowym napięciu pomiarów NB DFR (dane z rysunku 1), 0,8%, są różne. Oznacza to zależność wyników pomiarów LF PF od napięcia.

Tabela 3: Wyniki pomiaru przed instalacją C1 dla zamiennego izolatora przepustowego H3, 10 kV LF PF i 250 V NB DFR

Przed zamontowaniem w transformatorze przeprowadzono na zamiennym izolatorze przepustowym H3 pomiary LF PF i NB DFR, aby potwierdzić jego integralność. Wyniki pomiarów
LF PF i NB DFR wskazują na dobry stan izolatora przepustowego (G) (tabela 3) (rysunek 2).

Rysunek 2: Wyniki pomiaru NB DFR przed instalacją dla zamiennego izolatora przepustowego H3

Po wymianie izolatora przepustowego H3 przedsiębiorstwo energetyczne powtórzyło ogólne
pomiary LF PF na transformatorze, aby sprawdzić, jaki wpływ miała wymiana izolatora H3 na
ogólną charakterystykę badania izolacji uzwojenia GN (tabela 4). Zauważono znaczącą poprawę.

Tabela 4: Wyniki pomiarów ogólnych LF PF 10 kV transformatora po wymianie izolatora przepustowego H3

Wraz z usunięciem problemu widocznego w wynikach ogólnych pomiarów izolacji uzwojenia,
personel przedsiębiorstwa energetycznego uzupełnił swoją rutynową procedurę o pomiar LF PF
10 kV na zamontowanym zamiennym izolatorze przepustowym H3 (tabela 5).

Tabela 5: Wyniki pomiaru po instalacji C1 dla zamiennego izolatora przepustowego H3, 10 kV LF PF i 250 V NB DFR

Wynik pomiaru 10 kV LF PF dla zamiennego izolatora przepustowego H3 był akceptowalny. Jednak wynik pomiaru LF PF po zastosowaniu korekcji temperatury ITC okazał się ok. 1,5 raza wyższy od zmierzonej wartości, podczas gdy wyniki pomiarów przy 1 Hz po zastosowaniu korekcji temperatury ITC są prawie takie same, a wynik pomiaru PF 505 Hz jest zarówno nietypowy, jak i zauważalnie wyższy niż wyniki pomiaru PF 505 Hz dla izolatorów przepustowych H1 i H2.

Pomiary NB DFR dla zainstalowanego zamiennego izolatora przepustowego H3 wykazały nietypową reakcję, z niecharakterystycznie wysokimi stratami w zakresie wysokich częstotliwości (niebieska krzywa na rysunku 3).

Dane wskazywały na problem z integralnością połączenia kołnierza izolatora przepustowego z uziemionym zbiornikiem. Aby zweryfikować podejrzewany problem z uziemieniem, specjalista ds. pomiarów zamocował taśmę uziemiającą do kołnierza izolatora przepustowego i powtórzył testy LF PF i NB DFR (tabela 6). Zaobserwowano znaczną poprawę wyników pomiarów LF PF i odpowiedzi dielektrycznej po zastosowaniu taśmy uziemiającej (zielona krzywa na rysunku 3).

Należy zauważyć, że specjalista ds. badań eksploatacyjnych nie miał wcześniejszego doświadczenia w wykrywaniu słabego uziemienia kołnierza. Po otrzymaniu informacji o prawdopodobnej przyczynie tej anomalii przy 505 Hz specjalista użył multimetru i zmierzył rezystancję między masą zbiornika a kołnierzem izolatora przepustowego, nie dostrzegając problemu z opornością. Dopiero dzięki zastosowaniu przyrządu do pomiarów niskich rezystancji
o czterech zaciskach specjalista był w stanie wykryć różnicę „przed i po”. Podkreśla to wyjątkową czułość pomiarów DFR NB na niedostateczne uziemienie izolatorów przepustowych.

Krzywe NB DFR oryginalnego izolatora przepustowego H3, zamiennego izolatora przepustowego H3 przed instalacją, po zainstalowaniu z słabym uziemieniem, a na końcu w stanie pozostawionym, po przywróceniu prawidłowego połączenia masowego przedstawiono na rysunku 5. Wyraźnie pokazuje to, jak zły był oryginalny izolator przepustowy, jak dobrze sprawdzają się pomiary NB DFR podczas weryfikacji po instalacji oraz jak powinna wyglądać krzywa DFR dla izolatora przepustowego w dobrym stanie.

Rysunek 5: Krzywe pomiarowe NB DFR izolatora przepustowego H3 od stanu zastanego do pozostawionego

Wnioski

Pomiary LF PF są podstawową strategią oceny izolacji wysokiego napięcia. Istotne różnice między pomiarami UST i GST mogą wymagać dalszych badań. Badania izolatorów przepustowych stanowią część ogólnego pomiaru GST transformatora i dlatego mogą mieć wpływ na podwyższony wyniku badania LF PF między uzwojeniem a uziemieniem. Firma Megger zaleca zawsze testowanie izolatorów przepustowych wyposażonych w zaczep testowy lub zaczep potencjału.

Tabele korekcji temperatury nie są dokładne dla izolatorów przepustowych o pogorszonej izolacji. Jedynym niezawodnym sposobem uzyskania dostępu do rzeczywistej wartości LF PF równoważnej pomiarowi przy 20°C jest określenie współczynnika ITC próbki testowej.

Pomiary NB DFR w zakresie od 1 Hz do 505 Hz potwierdzają zarówno wczesną, jak i zaawansowaną degradację izolacji izolatora przepustowego.

Po zamontowaniu izolatora przepustowego zaleca się przeprowadzenie pomiaru DFR NB jako procedury weryfikacji w celu wykrycia słabego uziemienia.

Wyniki pomiarów PF izolatora przepustowego przy częstotliwości 1 Hz i 505 Hz mają szczególne znaczenie, a jak twierdzi Vince Oppedisano z firmy Megger, w badaniach izolacji stanowią odpowiednik mikroskopu.

Skontaktuj się z naszym zespołem ekspertów, aby uzyskać informacje na temat testów 1 Hz.