Identifiera ålders- och installationsproblem i högspänningsgenomföringar

FALLSTUDIE | Analys av genomföringar vid 1 och 500 Hz

Bakgrund

Objektets 69 kV-genomföringar är installerade på en Dyn1-transformator på 10 MVA, 69/13,09 kV med två lindningar. Efter att ha genomfört underhåll av den belastade lindningskopplaren (OLTC) på denna transformator från 1969 fortsatte ägaren med eltester.

Sammanfattning

Övergripande tester av transformatorns nätfrekvens/effektfaktor (LF PF – line frequency power factor):
Förluster som uppmättes för isolationssystemen låg-till-mark (CLG) och hög-till-mark (CHG) var högre än de som uppmättes för mellanlindningen och isolationssystemet hög-till-låg (CHL). De temperaturkorrigerade (dvs. motsvarande 20 °C) LF PF-testresultaten för CLG- och CHG-isolationskomponenterna låg inom acceptabla gränser (<0,5 %), och till och med inom gränserna som fastställts för nya transformatorer. CHG LF PF-testresultatet (0,43 %) var dock cirka 1,8 gånger CHL LF PF-resultatet (0,24 %) (tabell 1).

Tabell 1: Övergripande LF PF-testresultat för transformatorn – initialt tillstånd

Baserat på de senaste erfarenheterna vid testning av dielektrisk respons med smalband (NB DFR) och framgångar med att hitta dolda problem som inte observerats i LF PF-tester utfördes ett NB DFR-test. Ett NB DFR-test är mätningen av % PF eller % DF vid olika frekvenser från 1 Hz upp till 505 Hz.

Dessutom utförde testspecialisten C1 LF PF-tester på 10 kV på transformatorns lindningsgenomföringar på den höga sidan (tabell 2). H3-genomföringen producerade förhöjda LF PF-testresultat (uppmätta och temperaturkorrigerade) som var märkbart högre än resultaten för systergenomföringarna monterade på samma transformator. De individuellt temperaturkorrigerade LF PF-testresultaten för genomföringarna H1 och H2 klassade genomföringarna som goda (G) medan det individuellt temperaturkorrigerade LF PF-testresultatet för genomföring H3 resulterade i en åldrande bedömning (A).

Testresultaten visar också en intressant avvikelse i de individuellt temperaturkorrigerade värdena. En faktor för temperaturkorrigering (TC) används för att fastställa ett testexemplars motsvarande 20 °C LF PF-värde när exemplaret är effektfaktor som testas vid en temperatur som inte är 20 °C.

En ITC-faktor är en TC-faktor som är unik för varje testexemplar eftersom den är baserad på exemplarets specifika villkor. Observera att ITC-faktorn för genomföring H3 (~0,6) skiljer sig från de ITC-faktorer som fastställts för genomföringarna H1 och H2 (~1,04). Den icke-enhetlighet som förekommer i dessa ITC-faktorer är en tydlig indikation på att H3-genomföringen har ett annat isolationstillstånd än H1- och H2-genomföringarna.

C1-testundersökning av transformatorgenomföring

ITC-faktorerna är mycket mer exakta än de TC-faktorer som används i en uppslagstabell. Tänk på följande gällande problemet med temperaturkorrigeringstabeller:

Om slutanvändaren hade förlitat sig på korrigeringstabeller skulle TC-faktorn ha fastställts baserat på medelvärdet av omgivnings- och genomföringstemperaturerna. Det skulle ha resulterat i en nästan enhetlig TC-faktor för alla tre genomföringar – giltig för genomföringarna H1 och H2 men inte för H3.
Genomföringen H3 skulle ha tagits bort i det här scenariot på grund av ett PF-värde på >1 %. Men om genomföringen hade testats vid 10 °C istället för vid cirka 30 °C kanske dess uppmätta och temperaturkorrigerade PF-testresultat genom uppslagstabeller skulle ha varit tillräckligt låga för att klara acceptanskriterierna som en normal, serviceåldrad enhet.

Tabell 2: C1-testresultat för genomföringar på höga sidan, inklusive resultat för 10 kV LF PF och 250 V NB DFR, uppmätta och temperaturkorrigerade med ITC-metoden

Med tanke på LF PF-testresultaten utförde elbolaget NB DFR-tester på genomföringarna på den höga sidan. Mätningarna för 1 Hz och 505 Hz från denna testning visas i tabell 2. Dessa tabellresultat bekräftar att genomföringarna H1 och H2 är i gott skick och har bra klassning, men eskalerar bedömningen av H3-genomföringen till en undersökningsklassning.

Bild 1: NB DFR-uppmätta testresultat för 69 kV-genomföringar på höga sidan

NB DFR-testresultaten för genomföring H3 (den blå kurvan i figur 1) visade följande två oroande elektriska egenskaper, och elbolaget bytte ut genomföringen.

En genomföring i gott skick har ett ITC-temperaturkorrigerat PF-värde på ≤1 % vid 1 Hz. Det ITC-temperaturkorrigerade PF-testresultatet vid 1 Hz för genomföring H3 var 7,92 % (tabell 2).

LF PF-testresultatet på 10 kV, 1,1 % (tabell 2), och LF PF-testresultatet på 250 V, en typisk NB DFR-testspänning, tagen från figur 1, 0,8 %, är olika. Det visar på ett spänningsberoende hos LF PF-testresultaten.

Tabell 3: C1-testresultat före installation av ny H3-ersättningsgenomföring, 10 kV LF PF och 250 V NB DFR

Före installation i transformatorn utfördes testning av LF PF och NB DFR på H3-ersättningsgenomföringen för att bekräfta dess integritet. Testresultaten för LF PF och NB DFR indikerade att genomföringen var i gott skick (G) (tabell 3) (figur 2).

Bild 2: NB DFR-testresultat före installation av H3-ersättningsgenomföring

När H3-genomföringen hade bytts ut repeterade elbolaget de övergripande LF PF-testerna på transformatorn för att observera vilken effekt H3-genomföringsbytet hade på de övergripande isolationsegenskaperna för högspänningslindningen (tabell 4). En betydande förbättring noterades.

Tabell 4: Övergripande LF PF-testresultat för transformatorn på 10 kV efter byte av H3-genomföring

När problemet hade åtgärdats i de övergripande isolationsresultaten för lindningen kompletterade personalen rutinproceduren med ett LF PF-test på 10 kV på den installerade H3-ersättningsgenomföringen (tabell 5).

Tabell 5: C1-testresultat efter installation av H3-ersättningsgenomföring, 10 kV LF PF och 250 V NB DFR

Det uppmätta LF PF-testresultatet på 10 kV för H3-ersättningsgenomföringen var acceptabelt. Det ITC-temperaturkorrigerade LF PF-resultatet är dock cirka 1,5 gånger det uppmätta värdet medan de uppmätta ITC-temperaturkorrigerade resultaten vid 1 Hz är nästan desamma och PF-testresultatet på 505 Hz är både icke-typiskt och märkbart högre än PF-testresultaten vid 505 Hz för H1- och H2-genomföringarna.

NB DFR-tester för den installerade H3-ersättningsgenomföringen visade en icke-typisk respons, med ovanligt höga förluster i det höga frekvensområdet (blå kurva i figur 3).

Table 7.jpeg — *Bild 3: Jordningseffekt i NB DFR-testresultaten för H3-ersättningsgenomföring*

Table 8.jpeg — *Tabell 6: C1-testresultat efter installation av H3-ersättningsgenomföring, före och efter jordningskorrigering, 10 kV LFPF och 250 V NB DFR*

Data visade på anslutningsintegriteten mellan genomföringsflänsen och den jordade tanken. För att verifiera det misstänkta jordningsproblemet fäste testspecialisten en jordningsrem på genomföringsflänsen och upprepade testerna LF PF och NB DFR (tabell 6). En betydande förbättring observerades i LF PF-testresultaten och den dielektriska responsen vid användning av jordningsremmen (grön kurva i figur 3).

Det bör noteras att testspecialisten inte hade någon tidigare erfarenhet av att upptäcka dålig jordning av flänsen. När den troliga orsaken till avvikelsen vid 505 Hz presenterades för testspecialisten användes en multimeter och för att mäta resistansen mellan den jordade tanken och genomföringsflänsen utan föregående tecken på resistansproblem. Endast vid användning av ett testinstrument för låg resistans med fyra uttag kunde specialisten
upptäcka en skillnad mellan före och efter. Det understryker den exceptionella känsligheten hos ett NB DFR-test för otillräcklig jordning av genomföringen.

I figur 5 visas NB DFR-kurvorna för den ursprungliga H3-genomföringen samt H3-ersättningsgenomföringen före installation, efter installation med dålig jordning och i dess slutliga skick efter att en bra jordanslutning återställts. Detta ger en slående visuell påminnelse om hur dålig den ursprungliga genomföringen var, hur praktiskt NB DFR är för verifiering efter installation och hur DFR-kurvan för en genomföring i gott skick ska se ut.

Bild 5: NB DFR-testkurvor för H3-genomföringen från ”initialt skick” till ”slutligt skick”

Slutsatser

LF PF-testning är den primära metoden för utvärdering av högspänningsisolation. Betydande skillnader mellan UST- och GST-mätningar kan kräva ytterligare undersökning. Genomföringar utgör en del av en transformators övergripande GST-mätning och kan därför vara en faktor i ett förhöjt LF PF-testresultat av lindning till mark. Megger rekommenderar att du alltid testar genomföringar utrustade med ett testuttag eller potentiellt uttag.

Uppslagstabeller för temperaturkorrigering är inte exakta för genomföringar med skadad isolation. Det enda tillförlitliga sättet att få tillgång till det riktiga, motsvarande värdet för LF PF vid 20 °C är att fastställa testexemplarets ITC-faktor.

NB DFR i intervallet från 1 Hz till 505 Hz bekräftar både tidig och avancerad försämring av genomföringsisolation.

Efter installation av genomföringen rekommenderas NB DFR-testning som en verifieringsprocedur för att upptäcka dålig jordning.

PF-testresultat vid 1 Hz och 505 Hz för genomföringar har särskilt stor betydelse och är, som Meggers Vince Oppedisano uttrycker det, ”mikroskopet” för isolationstestning.