Als Schlüsselkomponente im Wechselstromübertragungs- und -umwandlungssystem der Energiewirtschaft trägt der Öl-Papier-Kondensatortransformator die große Verantwortung für die Übertragung elektrischer Energie. Im Mittelspannungsbereich von 60–110 kV spielt dieser Transformatortyp eine entscheidende Rolle. Seine Grundkonstruktion ist ölgekühlt: Wicklung und Kern des Transformators sind in einem Eisenölbehälter eingeschlossen, in den das Transformatorisolationsöl eingespritzt wird. Die Verbindung zwischen dem Transformatorgehäuse und der externen Übertragungsleitung erfolgt über die auf dem Gehäusedeckel montierte Durchführung des Öl-Papier-Kondensators. Diese Durchführung dient nicht nur der Stromübertragung, sondern ist auch eine Schlüsselkomponente für den sicheren Betrieb des Systems.
Die Durchführung, als stromführendes Auslassbauteil, muss die spezifizierte elektrische Festigkeit und ausreichende mechanische Belastbarkeit aufweisen. Ihr oberer Teil steht in Kontakt mit dem externen Luft- oder Kabelauslass, der mittlere Teil ist fest mit dem Messgerät oder dem Gehäusedeckelflansch verbunden, und der untere Teil ist in das Öl des Öltanks eingetaucht. Es ist zu beachten, dass zwischen dem stromführenden Teil der unteren Durchführung und dem geerdeten Teil, wie z. B. der Tankwand, dem Flansch oder der Kernklemme, ein bestimmter Isolationsabstand eingehalten werden muss. Dieser Abstand richtet sich nach der Prüfspannung des Transformators und vergrößert sich mit steigender Spannung. Darüber hinaus hängt die Größe des Isolationsabstands eng mit der Konstruktion des stromführenden Teils der Durchführung und der Form des geerdeten Teils zusammen. Insbesondere bei Spannungen über 60 kV ist das untere Ende der Durchführung üblicherweise mit einer Kugel mit abgerundeten Kanten versehen, während der geerdete Teil verschiedene Formen wie scharfe Ecken, Bögen oder Flächen aufweisen kann.
Der Gütering am oberen Teil der Transformatordurchführung ist üblicherweise auf der Isolatordurchführung montiert und hat die Form eines ringförmigen Stahlrings. Welche Hauptfunktion erfüllt dieses Bauteil?
Da die Spannungsverteilung in einem Isolator bei Blitzeinschlag oft ungleichmäßig ist, konzentriert sich der größte Teil des Spannungsabfalls auf einen sehr kurzen Bereich nahe dem vom Blitz getroffenen Ende. Dies bedeutet, dass die Isolationsfestigkeit in diesem Bereich sehr hoch sein muss, da sich die ungleichmäßige Spannungsverteilung nach einem lokalen Durchschlag sonst auf den nächsten Abschnitt des Isolators auswirkt. Die Situation verschärft sich mit zunehmender Durchschlagslänge des Isolators. Eine Erhöhung der Isolationsfestigkeit führt jedoch zu erheblichen Mehrkosten. Um dieses Problem zu lösen, kann ein Spannungsableitungsring am Kopf des Isolators (d. h. dem vom Blitz getroffenen Teil) installiert werden. Der Spannungsableitungsring nutzt seine Induktivität, um den kapazitiven Strom gegen Erde auszugleichen, sodass die Blitzüberspannung relativ gleichmäßig verteilt wird. Dadurch kann die gesamte Länge des Isolators besser zur Blitzableitung genutzt werden, was die elektrische Feldverteilung verbessert und übermäßige Feldstärken an einzelnen Stellen oder Punkten vermeidet.
Wie lässt sich die Spannungsausgleichskugel am unteren Ende der Transformatordurchführung und der Synergieeffekt der Steigleitung optimieren?
Als Eckpfeiler des Stromnetzes spielt die Transformatordurchführung eine entscheidende Rolle als Verbindung zwischen Stromversorgung und Transformator. In jedem Glied der Energieübertragung beeinflusst die Stabilität der Durchführung direkt die Sicherheit des Transformators und sogar des gesamten Stromnetzes. In Hochspannungsumgebungen stellt der Isolationsausfall des Transformators die häufigste, aber oft übersehene Gefahr dar. Daher ist eine eingehende Analyse der Isolationsprobleme innerhalb der Durchführung besonders dringlich. Aktuell konzentriert sich die Forschung zur Durchführungsisolierung auf deren Spannungsfestigkeit, betrachtet sie aber selten in Verbindung mit dem Transformator selbst. Da die Durchführung jedoch letztendlich am Transformator montiert wird und ihre tatsächliche Betriebsumgebung sich deutlich von der bei isolierten Tests unterscheidet, ist es notwendig, die Durchführung zusammen mit der Steigleitung des Transformators zu untersuchen, um die elektrische Feldverteilung innerhalb der Durchführung zu analysieren. Ziel ist es, die Zuverlässigkeit der Isolation zu verbessern und eine leichtere Konstruktion der Steigleitung zu realisieren.
Ausgehend von der Theorie des Durchschlagsverhaltens von Transformatorenöl wurden in der Literatur die elektrischen Feldverteilungseigenschaften um die Spannungsausgleichskugel am Ende der Durchführung eingehend untersucht. Diese Studie führt nicht nur die Schlüsseltheorie der Transformatorisolationsauslegung, die Ölvolumentheorie, detailliert ein, sondern schlägt auch eine Berechnungsmethode für die zulässige Feldstärke bei der Auslegung der internen Transformatorisolation vor. Am Beispiel der Hochspannungsdurchführungskugel und des Steigrohrsitzes eines 220-kV-Transformators des staatlichen Stromnetzes werden zwei elektrische Feldsimulationstechniken – die Oberflächenladungsmethode und die Finite-Elemente-Methode – zur detaillierten Analyse eingesetzt. Ausgehend von der präzisen Berechnung der Oberflächenfeldstärke der Ausgleichskugel konzentriert sich die Arbeit auf die Einflussfaktoren, insbesondere die Abrundung der Ausgleichskugel und die Dicke der Oberflächenisolation. Gleichzeitig wird unter Berücksichtigung der praktischen Fertigungsmöglichkeiten ein Optimierungsschema für die Abrundung und die Dicke der Isolationsabdeckung vorgeschlagen. Darüber hinaus untersucht diese Studie die Miniaturisierung des Steigrohrsitzdurchmessers. Die Finite-Elemente-Methode wurde eingesetzt, um die Änderung des elektrischen Feldes an der Oberfläche der Ausgleichskugel nach der Reduzierung des Durchmessers des Steigrohrsitzes detailliert zu berechnen. Die zulässige Feldstärke wurde in Kombination mit der Ölvolumentheorie bestimmt, um einen ausreichenden Sicherheitsspielraum zu gewährleisten. Abschließend wurde das Optimierungsverfahren auf eine reale 220-kV-Transformatordurchführung angewendet. Isolationsprüfungen wurden sowohl separat als auch im vollständig montierten Transformator durchgeführt und verliefen erfolgreich, wodurch die Wirksamkeit des Optimierungsverfahrens bestätigt wurde. Diese Lösung beginnt mit dem Anfasen der Spannungsausgleichskugel und der Oberflächenisolationsbeschichtung. Dadurch wird der Durchmesser des Steigrohrsitzes effektiv reduziert, was nicht nur Fertigungskosten spart, sondern auch eine nützliche Referenz und Richtlinie für die zukünftige Auswahl der Größe des Steigrohrsitzes für entsprechende Spannungsebenen-Durchführungen bietet. Für Isolationsprüfungen im Hochspannungsbereich, Hochspannungs-Spannungsausgleichsringe und Isolationsfestigkeitsprüfungen wenden Sie sich bitte an Shanghai DEMIKS Power Technology Co., Ltd. E-Mail: contact@demikspower.com
Vollständiges Hochspannungsprüfset für Hochspannungsdurchführungen
(Unterteilt in Werksprüfungen, Übergabeprüfungen und Präventivprüfungen, einschließlich der Kernpunkte Spannungsfestigkeitsprüfung mit Bewertungsring und Teilentladungsmessung)
Anwendbare Produkte: Ölgekühlte Transformatordurchführungen , GIS-Durchführungen, Wanddurchführungen, Messwandlerdurchführungen (35 kV/110 kV/220 kV/500 kV) Anwendbare Normen: GB/T 4109, DL/T 596, DL/T 1476
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Allgemeine Sichtprüfung & Grundlegende Vortests (Voraussetzung für alle Tests)
Sichtprüfung, Maßprüfung und Prüfung der Ringbaugruppe: Prüfen Sie den Porzellanisolator der Buchse auf Risse, Beschädigungen und Ölaustritt; bestätigen Sie die intakte Flanschdichtung; stellen Sie sicher, dass der Ring konzentrisch, gratfrei und ordnungsgemäß montiert ist, um das Risiko von Koronaentladungen an scharfen Kanten zu vermeiden.
Isolierölprüfung (ausschließlich für ölgetränkte Durchführungen): Die Prüfungen umfassen die dielektrischen Verluste des Isolieröls, die Durchschlagspannung, den Feuchtigkeitsgehalt und eine chromatografische Analyse.
Isolationswiderstandsprüfung (Megohmmeter-Test): Verwenden Sie ein 2500V / 5000V Megohmmeter.
- Messung von dielektrischen Verlusten und Kapazität (obligatorischer Kerntest mit höchster Empfindlichkeit zur Fehlererkennung)
Prüfobjekte: Hauptisolierung der Durchführung, Endschirmisolierung. Messgrößen: Dielektrischer Verlustfaktor tanδ der Hauptisolierung + Kapazität Cₓ
III. Spannungsfestigkeitsprüfung bei Netzfrequenz (Integralisolationsfestigkeitsprüfung mit Peilring, wie bereits erwähnt)
Kurzzeit-Leistungsfrequenz-Belastbarkeitstest (1-Minuten-Belastbarkeitstest)
Schließen Sie den Hochspannungsanschluss des Prüftransformators an den Gradierungsring am oberen Ende der Durchführung an; erden Sie Flansch und Endschirm zuverlässig. Spannungsanhebungsverfahren: Erhöhen Sie die Spannung gleichmäßig; verringern Sie die Anhebungsgeschwindigkeit, sobald 75 % der Prüfspannung erreicht sind; halten Sie die Nennspannung 60 Sekunden lang. Abnahmekriterien: Kein Durchschlag, kein Oberflächenüberschlag, keine auffälligen Geräusche und kein plötzlicher Leckstromanstieg.
Trocken- und Nassblitzbeständigkeitstest (Werksprüfung)
Simulieren Sie regnerische und verschmutzte Betriebsbedingungen, um das Kriechstromverhalten der äußeren Isolierung der Durchführung zu überprüfen. Dies ist obligatorisch für Außenwanddurchführungen und Transformatordurchführungen.
2. Teilentladungsprüfung (PD-Prüfung) (Obligatorische Hochspannungsprüfung für Durchführungen ab 110 kV)
Netzfrequenz-Teilentladungsmessung (mit installiertem Gradierungsring)
Vorspannung und Messspannung anlegen und die Teilentladungsstärke in pC während des gesamten Tests kontinuierlich überwachen. Verdrahtungsmethode: Hochspannung an den Durchführungsleiter und den Gradierungsring anschließen; der Teilentladungsdetektor erfasst Signale vom Endschirm. Akzeptanzkriterien: 110 kV: ≤ 10 pC; 220 kV: ≤ 5 pC; 500 kV: ≤ 3 pC. Funktionen: Erkennung von Lufteinschlüssen, Isolationsablösungen, Metallgraten und durch exzentrische Montage des Gradierungsrings verursachten elektrischen Feldverzerrungen.
3. Blitzstoßfestigkeitsprüfung (Typprüfung / Werksroutineprüfung)
Zur Überprüfung der Blitzüberspannungsfestigkeit der Durchführung werden Vollwellenimpulse (1.2/50 µs) und Impulsimpulse mit abgehackter Welle angewendet. Dies ist für Hochspannungsanlagen obligatorisch.
Gleichspannungsfestigkeitsprüfung / Leckstrommessung (üblich für herkömmliche Öl-Papier-Durchführungen und Kabeldurchführungen)
Schließen Sie den Hochspannungs-Gleichstromgenerator an den Pegelring am oberen Ende der Durchführung an. Erhöhen Sie die Spannung schrittweise und erfassen Sie den Leckstrom in jeder Stufe. Vergleichen Sie die Leckstromdifferenzen der drei Phasen bei gleicher Spannung. Eine Phasendifferenz von mehr als 50 % deutet auf eine gedämpfte oder verschlechterte Isolation hin. Hinweis: Für neue Epoxid- und Verbunddurchführungen ist die Spannungsfestigkeitsprüfung im Netzfrequenzbereich vorzuziehen; die Gleichstromprüfung dient lediglich als ergänzende Diagnosemethode.
