Il trasformatore a condensatori olio-carta, componente chiave del sistema di trasmissione e trasformazione della corrente alternata nel settore energetico, svolge un ruolo fondamentale nella trasmissione dell'energia elettrica. Nella gamma di media tensione da 60 a 110 kV, questo tipo di trasformatore riveste un'importanza vitale. La sua struttura di base è a bagno d'olio: l'avvolgimento e il nucleo del trasformatore sono sigillati in un serbatoio di olio ferroso, nel quale viene iniettato l'olio isolante. Il collegamento tra il corpo del trasformatore e la linea di trasmissione e trasformazione esterna avviene tramite i passanti a condensatori olio-carta installati sul coperchio del trasformatore. Questi passanti non solo conducono la corrente, ma sono anche un componente essenziale per garantire il funzionamento sicuro del sistema.
La boccola, in quanto dispositivo di uscita conduttore di corrente, deve possedere la rigidità dielettrica specificata e una sufficiente resistenza meccanica. La sua parte superiore è a contatto con l'aria esterna o con il dispositivo di uscita del cavo, la parte centrale è saldamente fissata al dispositivo di misura o alla flangia del coperchio della scatola, e la parte inferiore è immersa nell'olio interno del serbatoio. È importante notare che deve essere mantenuta una certa distanza di isolamento tra la parte conduttiva della boccola inferiore e la parte di terra, come la parete del serbatoio, la flangia e il morsetto del nucleo. Questa distanza è impostata in base alla tensione di prova del trasformatore e aumenta con l'aumentare del livello di tensione. Inoltre, la dimensione della distanza di isolamento è strettamente correlata anche alla struttura della parte conduttiva della boccola e alla forma della parte di terra. In particolare, per livelli di tensione superiori a 60 kV, l'estremità inferiore della boccola è solitamente dotata di una sfera graduata con bordi arrotondati, mentre la forma della parte di terra può includere varie forme come angoli acuti, archi o piani.
L'anello di livellamento sulla parte superiore della boccola del trasformatore è solitamente installato sulla parte superiore della boccola isolante e ha la forma di un anello anulare in acciaio. Qual è il ruolo principale di questo dispositivo?
Poiché la distribuzione della tensione di un isolatore è spesso irregolare quando viene colpito da un fulmine, la maggior parte della caduta di tensione si concentra in una distanza molto breve vicino all'estremità colpita. Ciò significa che la rigidità dielettrica di quest'area deve essere molto elevata, altrimenti, una volta che si verifica una scarica locale, questa distribuzione irregolare della tensione influenzerà ulteriormente la sezione successiva dell'isolatore. La situazione diventerà più grave all'aumentare della lunghezza della scarica dell'isolatore. Tuttavia, aumentare la rigidità dielettrica comporterebbe un aumento significativo dei costi. Per risolvere questo problema, è possibile installare un anello di livellamento della tensione sulla testa dell'isolatore (ovvero la parte colpita dal fulmine). L'anello di livellamento della tensione sfrutta il suo effetto induttivo per bilanciare la corrente capacitiva verso terra, in modo che la sovratensione del fulmine possa essere distribuita in modo relativamente uniforme. In questo modo, l'intera lunghezza dell'isolatore può essere sfruttata al meglio per resistere all'impatto del fulmine, migliorando così la distribuzione del campo elettrico ed evitando un'eccessiva intensità di campo in singole parti o punti.
Come ottimizzare la sfera equalizzatrice di tensione alla base della boccola del trasformatore e l'effetto sinergico del montante?
In quanto elemento fondamentale della rete elettrica, la boccola del trasformatore svolge un ruolo vitale come ponte di collegamento tra l'energia e il trasformatore stesso. In ogni fase della trasmissione di energia, la stabilità della boccola influisce direttamente sulla sicurezza del trasformatore e persino dell'intera rete elettrica. In un ambiente ad alta tensione, il cedimento dell'isolamento del trasformatore rappresenta il pericolo nascosto più comune, pertanto è particolarmente urgente analizzare a fondo il problema dell'isolamento all'interno della boccola. Attualmente, la ricerca sull'isolamento delle boccole si concentra sulla loro resistenza alla tensione, ma raramente la considera in relazione al trasformatore stesso. Tuttavia, la boccola viene installata sul trasformatore e il suo ambiente operativo reale è molto diverso da quello in cui viene testata singolarmente. Pertanto, è necessario combinare la boccola con la colonna montante del trasformatore per studiare congiuntamente la distribuzione del campo elettrico al suo interno, al fine di migliorarne l'affidabilità dell'isolamento e realizzare una progettazione leggera della colonna montante.
Basandosi sulla teoria della rottura dell'olio del trasformatore, alcuni studi hanno esplorato a fondo le caratteristiche di distribuzione del campo elettrico attorno alla sfera di equalizzazione della tensione all'estremità del passante. Questo studio non solo introduce in dettaglio la teoria chiave nella progettazione dell'isolamento del trasformatore, ovvero la teoria del volume dell'olio, ma propone anche un metodo di calcolo per l'intensità di campo ammissibile nella progettazione dell'isolamento interno del trasformatore. Prendendo come oggetto di studio la sfera di livellamento del passante ad alta tensione e la sede del montante del trasformatore State Grid da 220 kV, questo articolo utilizza due tecnologie di simulazione del campo elettrico, ovvero il metodo della carica superficiale e il metodo degli elementi finiti, per condurre un'analisi dettagliata. Sulla base del calcolo accurato dell'intensità di campo superficiale della sfera di livellamento, l'articolo si concentra sui fattori che influenzano l'intensità di campo, in particolare il raccordo della sfera di livellamento e lo spessore del rivestimento isolante superficiale. Allo stesso tempo, tenendo conto della fattibilità produttiva, viene proposto uno schema di ottimizzazione per il raccordo e lo spessore del rivestimento isolante. Inoltre, questo studio esplora anche la progettazione miniaturizzata del diametro della sede del montante. Il metodo degli elementi finiti viene utilizzato per calcolare in dettaglio la variazione del campo elettrico sulla superficie della sfera di equalizzazione dopo la riduzione del diametro della sede del montante, e l'intensità di campo ammissibile viene determinata in combinazione con la teoria del volume dell'olio per garantire un margine di sicurezza sufficiente. Infine, lo schema di ottimizzazione viene applicato alla boccola del trasformatore da 220 kV reale e vengono eseguiti test di isolamento separatamente e completamente assemblati nel trasformatore, tutti con esito positivo, verificando così l'efficacia dello schema di ottimizzazione. Questa soluzione inizia con la smussatura della sfera di equalizzazione della tensione e il rivestimento isolante superficiale, che riduce efficacemente il diametro della sede del montante, non solo risparmiando sui costi di produzione, ma anche fornendo un utile riferimento e guida per la selezione della dimensione della sede del montante della boccola di equalizzazione del livello di tensione corrispondente in futuro. Per test di isolamento di potenza ad alta tensione, anelli di equalizzazione della tensione ad alta tensione e test di tenuta alla tensione di isolamento, si prega di contattare Shanghai DEMIKS Power Technology Co., Ltd. Indirizzo e-mail: contact@demikspower.com
Elenco completo degli elementi di prova ad alta tensione per boccole ad alta tensione
(Classificati in prove di fabbrica, prove di consegna e prove preventive, inclusi gli elementi principali quali la prova di tenuta alla tensione con anello di classificazione e la misurazione delle scariche parziali)
Prodotti applicabili: boccole per trasformatori a bagno d'olio , boccole GIS, boccole passanti per pareti, boccole per trasformatori di misura (35kV/110kV/220kV/500kV) Norme applicabili: GB/T 4109, DL/T 596, DL/T 1476
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Ispezione visiva generale e test preliminari di base (requisito per tutti i test)
Ispezione visiva, dimensionale e dell'anello di gradazione: verificare l'isolante in porcellana della boccola per individuare crepe, danni e perdite d'olio; confermare l'integrità della tenuta della flangia; assicurarsi che l'anello di gradazione sia concentrico, privo di bave e montato correttamente per eliminare i rischi di scarica corona sui bordi taglienti.
Test dell'olio isolante (esclusivo per boccole immerse in olio): i test includono la perdita dielettrica dell'olio isolante, la tensione di rottura, il contenuto di umidità e l'analisi cromatografica.
Test di resistenza di isolamento (test con megaohmmetro) Utilizzare un megaohmmetro da 2500 V / 5000 V.
- Misurazione della perdita dielettrica e della capacità (test obbligatorio del nucleo con la massima sensibilità per l'identificazione dei difetti)
Soggetti di prova: Isolamento principale della boccola, isolamento dello schermo terminale Elementi: Fattore di perdita dielettrica tanδ dell'isolamento principale + capacità Cₓ
III. Prova di tenuta alla tensione a frequenza industriale (prova di tenuta all'isolamento integrale con anello graduato, l'elemento menzionato in precedenza)
Test di resistenza a breve termine alla frequenza di rete (test di resistenza di 1 minuto)
Collegare il terminale ad alta tensione del trasformatore di prova all'anello di graduazione nella parte superiore della boccola; mettere a terra in modo affidabile la flangia e lo schermo terminale. Procedura di aumento della tensione: aumentare la tensione a velocità uniforme; rallentare la velocità di aumento dopo aver raggiunto il 75% della tensione di prova; mantenere la tensione nominale di tenuta per 60 secondi. Criteri di accettazione: nessuna scarica, nessuna scarica superficiale, nessun rumore anomalo evidente e nessun picco improvviso di corrente di dispersione.
Test di resistenza al flashover a secco e al flashover a umido (test di tipo industriale)
Simulare condizioni operative piovose e inquinate per verificare le prestazioni di dispersione superficiale dell'isolamento esterno del passante. Obbligatorio per i passanti per esterni a parete e per i passanti dei trasformatori.
2. Prova di scarica parziale (PD) (prova obbligatoria ad alta tensione per boccole da 110 kV e superiori)
Misurazione delle scariche parziali a frequenza industriale (con anello graduato installato)
Applicare una tensione di precompressione e una tensione di misura e monitorare continuamente l'entità delle scariche parziali in pC durante la prova. Metodo di cablaggio: collegare l'alta tensione all'asta conduttrice della boccola e all'anello di livellamento; il rilevatore di scariche parziali acquisisce i segnali dallo schermo terminale. Criteri di accettazione: 110 kV: ≤10 pC; 220 kV: ≤5 pC; 500 kV: ≤3 pC Funzioni: rilevare vuoti d'aria interni, delaminazione dell'isolamento, bave metalliche e scariche di distorsione del campo elettrico causate dall'assemblaggio eccentrico dell'anello di livellamento.
3. Prova di resistenza all'impulso di fulmine (prova di tipo / prova di routine in fabbrica)
Applicare impulsi a onda intera (1.2/50 μs) e impulsi a onda troncata per verificare la capacità del passante di resistere alle sovratensioni da fulmine. Obbligatorio per gli impianti di produzione ad alta tensione.
Test di tenuta alla tensione CC / Misura della corrente di dispersione (comune per boccole tradizionali in carta oleata e boccole per cavi)
Collegare il generatore di corrente continua ad alta tensione all'anello di livellamento sulla parte superiore della boccola; aumentare la tensione gradualmente e registrare la corrente di dispersione a ogni stadio. Confrontare le differenze di corrente di dispersione tra le tre fasi a tensione identica. Una differenza di fase superiore al 50% indica un isolamento smorzato o degradato. Nota: per le boccole in resina epossidica e composita nuove è preferibile eseguire un test di tenuta alla frequenza di rete; il test in corrente continua viene utilizzato solo come metodo diagnostico ausiliario.
