Как задать требования к выдерживаемому грозовому импульсному напряжению трансформатора 110 кВ

Чтобы задать требования к выдерживаемому напряжению грозового импульса для трансформатора на 110 кВ, установите наибольшее напряжение для оборудования, выберите уровень изоляции на основе координации изоляции и определите требования для каждого вывода. В спецификации на закупку, где указано только «110 кВ, испытан грозовым импульсом», остается слишком много места для разночтений.

В проекте, основанном на стандартах IEC, номинальному напряжению системы 110 кВ обычно соответствует наибольшее напряжение для оборудования U_m, равное 123 кВ. Номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса 550 кВ (пиковое значение) часто указывают для оборудования этого класса напряжения, однако выбирать его автоматически не следует. Выбор должен соответствовать применимым уровням изоляции, требованиям энергоснабжающей организации, схеме защиты от перенапряжений и схемам соединения трансформатора.

Документация на закупку должна превращать этот выбор в четкое обязательство: какие выводы должны выдерживать какое напряжение, при каких условиях испытаний и какие доказательства успешного прохождения испытаний необходимо предоставить.

Сначала установите основу для выбора напряжения

Обозначение 110 кВ указывает на номинальное напряжение системы. Оно не описывает амплитуду грозового перенапряжения и напрямую не определяет способность трансформатора выдерживать импульсное напряжение.

Различайте три величины:

• Номинальное напряжение системы: напряжение, используемое для обозначения сети.
• Наибольшее напряжение для оборудования, U_m: класс напряжения оборудования, используемый при назначении требований к изоляции.
• Номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса: заданное пиковое импульсное напряжение, которое изоляция должна выдерживать при определенных условиях испытаний.

Такое разграничение помогает избежать распространенной ошибки в спецификациях: сравнения напряжения системы, выраженного действующим значением, с выдерживаемым импульсным напряжением, выраженным пиковым значением. Эти величины описывают разные электрические воздействия.

Укажите максимальное рабочее напряжение системы и режим заземления наряду с выбранным значением U_m. Также укажите, подключается ли трансформатор к воздушной линии, кабельной цепи или элегазовому распределительному устройству. Эти интерфейсы влияют на приходящую волну перенапряжения и схему защиты, даже если номинальное напряжение остается неизменным.

Применяйте согласованную систему стандартов

Для спецификации на основе IEC стандарт IEC 60076-3 устанавливает специальные требования к трансформаторам в отношении уровней изоляции, испытаний электрической прочности и внешних воздушных промежутков. Серия IEC 60071 посвящена координации изоляции, а IEC 60060-1 — общим методам испытаний высоким напряжением.

При закупке на основе IEEE обычно применяются IEEE C57.12.00 и IEEE C57.12.90, устанавливающие требования и методы испытаний для соответствующих трансформаторов с жидким диэлектриком. В документации IEEE часто используется термин «базовый уровень изоляции при грозовом импульсе» (BIL).

Номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса по IEC и BIL по IEEE служат схожим целям, однако совпадение численных значений не означает эквивалентности всех требований к испытаниям. Последовательности испытаний, требования к испытанию с срезанной волной, соединения выводов и критерии приемки должны соответствовать выбранной системе стандартов.

Укажите в договоре применимые стандарты и их редакции. Если спецификации энергоснабжающей организации содержат дополнительные требования, укажите их приоритет. Поставщик должен иметь возможность определить требуемую программу испытаний без выбора между противоречащими друг другу положениями.

Согласуйте изоляцию трансформатора с защитой разрядниками от перенапряжений

Импульсный уровень изоляции трансформатора — лишь один из факторов его защиты от грозовых перенапряжений. На практике необходимо убедиться, что в рассматриваемых условиях напряжение на выводах трансформатора остается достаточно ниже его выдерживаемого напряжения изоляции.

Поэтому при выборе разрядника недостаточно сравнить его паспортное значение с импульсным уровнем трансформатора. Защитное напряжение разрядника зависит от тока разряда и формы волны. Напряжение на трансформаторе также зависит от геометрии установки и распространения перенапряжения.

Совместно рассмотрите следующие параметры:

• Длительно допустимое рабочее напряжение разрядника и его способность выдерживать временные перенапряжения.
• Защитные характеристики при соответствующих условиях перенапряжения.
• Электрическое расстояние между разрядником и выводом трансформатора.
• Длину и прокладку линейных и заземляющих проводников.
• Отражения волн на стыках кабеля, воздушной линии и оборудования.
• Заземляющие соединения между разрядником и баком трансформатора.

Длинные соединительные провода разрядника могут создавать индуктивное напряжение при крутом фронте перенапряжения. Расстояние между разрядником и трансформатором также может влиять на напряжение на выводе. Поэтому защитный запас, рассчитанный только по паспортным значениям, может преувеличивать фактический уровень защиты установленного оборудования.

Используйте исследование координации изоляции, чтобы определить требуемый запас в соответствии с применимой методикой проекта. Универсальный процентный запас не может учитывать все варианты компоновки, условия перенапряжения и характеристики изоляции.

На полезной схеме координации показаны входящая цепь, расположение разрядника, ввод трансформатора, соединительные проводники и заземляющие соединения. Указание этих расстояний позволяет оценить принятые допущения по защите лучше, чем один перечень оборудования.

Необходимо также явно учитывать высоту над уровнем моря. Снижение плотности воздуха влияет на внешнюю воздушную изоляцию, поэтому может потребоваться корректировка вводов и воздушных промежутков. Простое повышение импульсного уровня обмотки не решает проблему недостаточного внешнего воздушного промежутка.

Задавайте требования к изоляции для каждого вывода, а не только для трансформатора в целом

Одно значение импульсного напряжения в техническом паспорте трансформатора может скрывать важные различия между линейными выводами высокого напряжения, нейтральным выводом, обмоткой низкого напряжения и любой третичной обмоткой. Чтобы устранить неоднозначность, составьте таблицу уровней изоляции для выводов.

Особого внимания требует изоляция нейтрали. Обмотка с пониженным уровнем изоляции нейтрали рассчитана на определенные условия эксплуатации. На нейтраль, глухо заземленную, и на нейтраль, которая может быть изолирована, могут воздействовать разные напряжения. До утверждения предложенного уровня изоляции нейтрали укажите допустимые режимы заземления и условия переключения.

Для обмотки низкого напряжения учитывайте как перенапряжения, приходящие из подключенной сети, так и напряжения, передаваемые через трансформатор. Номинальное значение для обмотки высокого напряжения автоматически не определяет подходящую защиту для всех остальных выводов.

Номинальные характеристики вводов также должны соответствовать конструкции в сборе. Подходящий ввод не компенсирует недостаточную внутреннюю изоляцию, а достаточная изоляция обмотки не компенсирует недостаточные внешние воздушные промежутки.

Определите требования к импульсному испытанию не только по пиковому напряжению

Стандартный полный грозовой импульс обычно описывается формой волны 1.2/50 μs: заданное время фронта, за которым следует заданное время спада до половинного значения. Применимые стандарты устанавливают методы оценки формы волны и допустимые отклонения. Это важно, поскольку воздействие на изоляцию зависит не только от пикового значения, но и от формы импульса.

Для трансформатора на 110 кВ укажите применимые требования к испытанию полным импульсом и определите, требуется ли испытание с срезанной волной. Срезанный импульс вызывает быстрое падение напряжения и может создавать другие внутренние воздействия. Результаты испытаний полным импульсом и импульсом с срезанной волной нельзя считать взаимозаменяемыми доказательствами.

Согласованная программа испытаний должна охватывать:

• Испытуемые выводы и назначенные для них уровни напряжения.
• Полярность импульса и установленную последовательность подач.
• Требования к испытаниям полным импульсом и импульсом с срезанной волной, если применимо.
• Положения переключателя ответвлений и состояние остальных выводов обмоток во время испытаний.
• Измерения напряжения и тока, используемые для оценки отклика.
• Критерии приемки и порядок расследования необычных записей.

Положение переключателя ответвлений влияет на конфигурацию обмотки и распределение напряжения внутри нее. В спецификации следует потребовать применимые стандартом схемы испытаний и до начала производства указать любые дополнительные требования проекта. Если отложить это решение до заводских испытаний, может возникнуть спор о том, соответствует ли испытанная конфигурация предполагаемым условиям эксплуатации.

Для приемки недостаточно заявления об отсутствии внешнего перекрытия. Оценка испытаний должна учитывать зарегистрированные отклики напряжения и тока, а также признаки отказа внутренней изоляции. Различия между осциллограммами требуют технической интерпретации, поскольку на результаты могут влиять испытательная схема и внешние события.

Разделяйте требования к трансформаторам ветроэнергетических установок

В ветроэнергетическом проекте могут использоваться трансформаторы разных классов напряжения. Повышающий трансформатор турбины, подключенный к сети сбора электроэнергии среднего напряжения, имеет иные требования к изоляции, чем главный трансформатор, подключающий эту сеть к сети 110 кВ.

Например, трансформатор Jinshida Electric для ветроэнергетики указан с мощностью 630–5000 kVA, низковольтной стороной 0.69 kV и вариантами высокого напряжения 10, 20 или 35 kV. Эти характеристики относятся к турбине или системе сбора электроэнергии; они не подтверждают возможность работы в качестве сетевого трансформатора на 110 кВ.

При составлении спецификации главного сетевого трансформатора укажите фактическое напряжение сети сбора электроэнергии, кабельные интерфейсы, режим заземления и защиту на этой стороне. Упоминание IEC 60076 для разных изделий не означает, что у них одинаковый класс изоляции или требования к импульсным испытаниям.

Составьте пункт спецификации, по которому поставщики смогут рассчитать цену и подтвердить соответствие

Полезная спецификация объединяет заполненную таблицу уровней изоляции и четко определенные требования к испытаниям. Следующий текст задает структуру; фактические значения и назначения выводов указываются в таблице проекта:

Пример пункта спецификации на закупку: «Наибольшее напряжение для оборудования и номинальные выдерживаемые напряжения грозового импульса трансформатора должны соответствовать значениям, указанным в таблице уровней изоляции для выводов. Проектирование изоляции и испытания должны соответствовать редакции IEC 60076-3, предусмотренной договором. Поставщик должен указать уровни изоляции всех линейных и нейтральных выводов, предлагаемые номинальные характеристики вводов, а также применимые требования к испытаниям полным импульсом и импульсом с срезанной волной. До проведения испытаний поставщик должен предоставить методику испытания импульсным напряжением, включая соединения выводов, положения переключателя ответвлений, требования к форме волны, измерения и критерии приемки. Итоговый отчет должен содержать измеренные параметры испытаний, осциллограммы и оценку результатов».

Явно укажите выбранный уровень импульсного напряжения высокого напряжения. Если для линейных выводов проекта выбраны U_m = 123 kV и 550 kV (пиковое значение), укажите оба значения в таблице. Не используйте формулировки «стандартная изоляция» или «обычная практика изготовителя»: из-за них поставщики могут подготовить предложения, исходя из разных допущений.

При размещении заказа укажите требования к присутствию заказчика при заводских испытаниях и проверке документации. Если предлагается использовать ранее полученные доказательства испытаний, укажите договорное основание такого использования и подтвердите их применимость к предлагаемой конструкции.

Оценивайте подтверждающие документы так же тщательно, как и номинальные характеристики

Даже если в двух предложениях указано одинаковое выдерживаемое импульсное напряжение, они могут различаться по уровню изоляции нейтрали, испытаниям с срезанной волной, выбору вводов, охвату испытаниями или документации. Устраните эти различия до того, как признавать предложения технически эквивалентными.

Запросите заполненную таблицу уровней изоляции выводов, заявление о соответствии стандартам, полный перечень отклонений, предлагаемую программу испытаний и допущения, использованные при координации изоляции. В итоговом отчете об испытаниях следует указать трансформатор и испытанную конфигурацию, чтобы связать результаты с поставляемым оборудованием.

Следующий шаг — сопоставить основу для выбора напряжения системы, таблицу выводов, схему разрядников и требования к испытаниям. Любое несоответствие между ними следует оформить в виде конкретного технического запроса до передачи спецификации на закупку.