Sistema de prueba resonante de CA en grandes subestaciones: compartiendo experiencias de proyectos específicos

1. Antecedentes de la industria: desafíos de ingeniería de las pruebas de resistencia de CA en grandes subestaciones

En la construcción, ampliación y mantenimiento de grandes subestaciones,Pruebas de tensión soportada de CAes unpaso críticopara verificar el rendimiento del aislamiento de equipos eléctricos. Ya sea para pruebas de puesta en servicio de equipos recién instalados o pruebas preventivas después del mantenimiento, los equipos primarios, como disyuntores, GIS, cables de alimentación y transformadores, deben someterse a voltajes de prueba de CA superiores al voltaje nominal para verificar la resistencia del aislamiento.

Sin embargo,-las pruebas de resistencia in situ en grandes subestaciones enfrentan numerosos desafíos prácticos:

Alto voltaje de prueba, gran capacidad del equipo: Para subestaciones de 500 kV y superiores, los equipos de conmutación, GIS y transformadores a menudo requieren voltajes de prueba de cientos de kilovoltios o más. Los transformadores de prueba tradicionales no solo son voluminosos y pesados, sino que también exigen una capacidad de energía extremadamente alta en el sitio-.

Espacio limitado en-sitio: Las subestaciones tienen diseños de equipos densos y vías de acceso estrechas. Especialmente en las subestaciones GIS interiores, el manejo y posicionamiento de grandes equipos de prueba es extremadamente difícil.

Calendario de pruebas ajustado: Los cronogramas de puesta en servicio de las subestaciones suelen ser muy compactos, lo que deja períodos de tiempo limitados para-las pruebas en el sitio. Acortar los ciclos de prueba manteniendo la calidad es un verdadero desafío.

Altos riesgos de seguridad: Las pruebas de alto voltaje-en sí mismas conllevan riesgos importantes. Los equipos tradicionales requieren extensas operaciones manuales y elevación asistida por grúa-, con considerables riesgos de lesiones mecánicas y descargas eléctricas.

Es en este contexto que elSistema de prueba resonante de CA-con sus ventajas únicas delograr una gran capacidad de prueba con una pequeña fuente de alimentación, equipo liviano, yexcelente calidad de forma de onda-se ha convertido en elsolución técnica preferidapara pruebas de resistencia in situ en subestaciones grandes. Este artículo comparte experiencias de aplicación práctica delSistema de prueba de resonancia en serieen grandes subestaciones basadas en múltiples proyectos-del mundo real.

2. Análisis técnico: cómo la resonancia en serie permite pruebas de resistencia eficientes en subestaciones

2.1 Principio de funcionamiento básico de la resonancia en serie

El principio básico de laSistema de prueba resonante de CAesresonancia en serie. En un circuito en serie compuesto por un reactor de alto-voltaje (inductancia L) y el objeto de prueba (capacitancia C), cuando la frecuencia de salida de la fuente de alimentación de frecuencia variable satisface la siguiente condición, se produce resonancia:

f=1 / (2π√LC)

En este punto, la reactancia inductiva del reactor y la reactancia capacitiva del objeto de prueba se cancelan entre sí y el circuito parece puramente resistivo. La fuente de alimentación solo necesita proporcionar las pérdidas activas del circuito de prueba, mientras que el objeto de prueba recibe un voltaje de prueba.Q vecesla tensión de alimentación (Q es el factor de calidad).

El valor técnico de este principio es notable:una fuente de alimentación muy pequeña puede alcanzar un voltaje de prueba muy alto. Para equipos capacitivos como GIS y cables en subestaciones, la capacidad de prueba requerida a menudo alcanza varios MVA, mientras que un sistema resonante en serie solo necesita proporcionar1/Qde la capacidad de prueba. Esto reduce significativamente el tamaño y el peso del equipo, generalmente a solo1/10de los dispositivos de prueba tradicionales.

2.2 Composición típica de un sistema resonante en serie de frecuencia variable

A Sistema de prueba de resonancia en serieaplicado en subestaciones normalmente consta de los siguientes componentes principales:

2.3 Ventajas técnicas clave en aplicaciones de campo de subestaciones

(1) Requisito mínimo de capacidad de suministro de energía: Un sistema resonante en serie sólo dibuja1/Qde la corriente de prueba de la red. Para una prueba GIS de 500 kV, los métodos tradicionales requieren varios MVA de capacidad de potencia, mientras que un sistema resonante en serie necesita sólo de decenas a cientos de kVA.

(2) Autoprotección inherente-de flashover: Cuando se produce una descarga eléctrica en el objeto de prueba, la condición de resonancia se interrumpe y la corriente de falla cae automáticamente a casi cero. Esta característica inherente hace que el sistema resonante en serie sea mucho más seguro que los transformadores de prueba tradicionales.

(3) Excelente calidad de forma de onda: El circuito resonante en serie en sí es uncircuito de filtro de corriente resonanteque puede mejorar la distorsión de la forma de onda de la fuente de alimentación y obtener una mejor forma de onda de voltaje sinusoidal, evitando efectivamente que los picos armónicos dañen el objeto de prueba.

(4) Combinación modular flexible: A través de combinaciones en serie y en paralelo de múltiples reactores, el mismo sistema puede adaptarse a diferentes niveles de voltaje y diferentes objetos de prueba de capacitancia.

3. Escenario de aplicación 1: Prueba de resistencia de CA del disyuntor de subestación de 500 kV

3.1 Antecedentes del proyecto

Subestación Qingyuan de 500 kVes un centro crítico en la red eléctrica del norte de China. En 2025, el disyuntor 5013 de esta estación requirió el reemplazo del aislador, después de lo cual fue obligatoria la prueba de tensión soportada de CA para verificar el rendimiento del aislamiento.

Los disyuntores de 500 kV sonalto-voltaje, baja-capacitanciaequipos con voltajes de prueba que alcanzan cientos de kilovoltios, lo que exige una capacidad de salida de voltaje extremadamente alto del dispositivo de prueba. Los equipos de prueba de resistencia tradicionales son voluminosos, requieren mucho montaje-y conllevan grandes riesgos de elevación.

3.2 Solución técnica e implementación

El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de State Grid Hebei adoptó unDispositivo de prueba de tensión soportada de CA resonante de la serie 750 kV de desarrollo propio-de alta-integración. El dispositivo presenta las siguientes características sobresalientes en diseño e implementación:

Diseño integrado: A través de un diseño compacto y una disposición estandarizada de los cables conductores, los componentes centrales, incluida la fuente de alimentación de frecuencia variable, el transformador excitador, el reactor y el divisor de voltaje capacitivo, están altamente integrados mediante uncondensador-diseño integrado del reactor. La huella de prueba se reduce en aproximadamente25%en comparación con los métodos tradicionales, lo que permite una implementación exitosa dentro del espacio de trabajo limitado de la subestación Qingyuan.

Operación inteligente: Un innovadormecanismo de elevación hidráulico tipo misil-de alto rendimiento-permite el levantamiento automático y el posicionamiento preciso de equipos de prueba clave, lo que reduce significativamente los riesgos de lesiones mecánicas. En-el sitio solo se requieren conexiones esenciales, como cables de prueba y cables de alimentación anti-corona, lo que simplifica enormemente el proceso de cableado.

Dispositivos de energía de alta-eficiencia: La fuente de alimentación de frecuencia variable utilizaNuevos dispositivos de potencia de carburo de silicio (SiC), logrando un diseño eficiente y compacto con una densidad de potencia y una eficiencia general significativamente mejoradas. El dispositivo también cuenta con sintonización automática inteligente de frecuencia, lo que mejora aún más la eficiencia de las pruebas.

3.3 Resultados de la implementación

El dispositivo completó con éxito la prueba de tensión soportada de CA del disyuntor 5013 después del reemplazo del casquillo en la subestación de 500 kV de Qingyuan. En comparación con los métodos de prueba tradicionales:

Personal reducido: Personal de prueba reducido de5 a 3

Duración acortada: Tiempo total de prueba reducido en50%

Eficiencia mejorada: Costos de mano de obra y tiempo efectivamente reducidos

El dispositivo se puede ampliar a500 kV y menossubestaciones y estaciones elevadoras-de centrales eléctricas, adecuadas para pruebas de puesta en marcha y pruebas preventivas post-mantenimiento de aparamenta.

4. Escenario de aplicación 2: Pruebas de resistencia de CA en el sitio de GIS de 220 kV-

4.1 Antecedentes del proyecto

Ofertas de GIS (dispositivos de distribución cerrados-metálicos-con aislamiento de gas)Tamaño reducido, alta confiabilidad operativa y sólida capacidad anti-de descargas disruptivas contra la contaminación.en comparación con los interruptores convencionales de tipo abierto-y se ha adoptado ampliamente en los sistemas de energía en los últimos años. El nivel de aislamiento GIS esuno de los elementos más importantes de las-pruebas de puesta en servicio in situy las pruebas de resonancia en serie se utilizan generalmente para verificar los niveles de aislamiento GIS.

Subestación B80220kV de la refinería PKOP de Kazajstán ChimkentEs un típico proyecto de ingeniería internacional. Después de la instalación del equipo GIS de 220 kV,-se requirió una prueba de voltaje soportado de CA en el sitio para verificar la calidad de la instalación.

4.2 Solución técnica e implementación

El proyecto empleadoTecnología de prueba de tensión soportada resonante en serie de frecuencia variablepara pruebas de resistencia de CA in situ del equipo GIS de 220 kV. Durante la implementación se prestó especial atención a los siguientes aspectos:

Evaluación del entorno del sitio: Evaluación integral de-las condiciones del espacio en el sitio, las condiciones del suministro de energía y los factores ambientales para desarrollar un plan de prueba específico.

Preparación y combinación de equipos: Según los requisitos de capacitancia y voltaje de prueba del GIS de 220 kV, determine la combinación de reactores en serie/paralelo. Para pruebas GIS de 220 kV,2-3 reactores en seriese utiliza normalmente.

Método de prueba: Se emplea resonancia en serie de frecuencia variable-al ajustar la frecuencia de salida de la fuente de alimentación de frecuencia variable, el circuito alcanza la resonancia y aplica el voltaje de prueba de CA requerido al GIS bajo prueba.

Precauciones de seguridad: Incluye aislamiento y advertencia del área de prueba de alto-voltaje, verificación de confiabilidad del sistema de puesta a tierra y monitoreo-en tiempo real durante la prueba.

4.3 Resultados de la implementación

El proyecto completó con éxito las pruebas de resistencia de CA in situ del equipo GIS de 220 kV, verificando la integridad del aislamiento después de la instalación. La aplicación exitosa detecnología de resonancia en serie de frecuencia variableen un proyecto de subestación internacional demuestra su amplia adaptabilidad a través dediferentes sistemas estándar y diferentes condiciones del sitio.

5. Escenario de aplicación 3: Prueba de resistencia de CA del cable de alta tensión de la subestación

5.1 Antecedentes del proyecto

Los cables HV XLPE son componentes clave para las líneas entrantes/salientes de subestaciones y conexiones de equipos. Las pruebas de resistencia de CA de los cables en el sitio son-Método estándar para verificar la resistencia del aislamiento de cables y accesorios..

Prueba de resistencia de CA in situ de un cable de alimentación de 110 kV después de la reparación de fallos en una subestaciónes un escenario típico. Después de la reparación de fallas en el cable, es obligatoria una prueba de resistencia de CA para verificar la calidad de la reparación y garantizar una puesta en servicio segura.

5.2 Solución técnica e implementación

El proyecto utilizó unsistema resonante en seriepara pruebas de resistencia de CA in situ. Las tareas clave durante la prueba incluyeron:

Selección de parámetros: Calcule la capacitancia según la clasificación de voltaje, la longitud y la sección transversal-del cable, luego determine la configuración del reactor y pruebe el rango de frecuencia. Para cables de 110 kV, el voltaje de prueba suele ser2U₀(U₀ es el voltaje de fase nominal), con duración según GB 50150.

Cableado de prueba: una fase del cable bajo prueba está conectada a la fuente de alto-voltaje de CA, mientras que las otras dos fases y la funda metálica están conectadas a tierra, y el otro extremo del cable tiene las tres fases abiertas.

Ajuste de frecuencia resonante: Ajuste la frecuencia de salida a través de la fuente de alimentación de frecuencia variable hasta que el circuito alcance la resonancia. En resonancia, el voltaje en el cable es el voltaje de prueba.

5.3 Resultados de la implementación

La prueba verificó con éxito el rendimiento del aislamiento del cable después de la reparación de la falla. Este caso demuestra que lasistema resonante en seriees aplicable no sólo para la puesta en servicio de cables nuevos sino también paraPruebas de verificación después de la reparación de fallas.-una herramienta de prueba indispensable durante todo el ciclo de vida del cable.

6. Escenario de aplicación 4: Prueba de resistencia de CA del transformador principal de la subestación

6.1 Antecedentes del proyecto

El transformador principal es elequipo centralde una subestación, y la confiabilidad de su aislamiento afecta directamente el funcionamiento seguro de toda la subestación. Las pruebas de resistencia de CA de transformadores in situ son un elemento importante enpuesta en marcha y pruebas preventivas.

Prueba de resistencia del punto neutro y prueba de resistencia de la barra colectora de un transformador principal de subestación de 220 kVes una aplicación típica de resonancia en serie de transformadores. Después de la instalación del transformador principal de 220 kV, se requirió una prueba de resistencia de CA mediante resonancia en serie para verificar el rendimiento del aislamiento.

6.2 Solución técnica e implementación

El proyecto utilizó undispositivo de prueba resonante en serie de frecuencia variablepara pruebas. Las características clave incluyen:

Modo de prueba automática: El dispositivo resonante en serie se puede configurar en modo de prueba automático para una operación muy conveniente. El sistema completa automáticamente el barrido de frecuencia, el aumento de voltaje, la sincronización, la reducción de voltaje y todo el proceso.

Dos elementos de prueba: Esta prueba constaba de dos elementos-Prueba de resistencia al punto neutro del transformador principal de 220 kVyPrueba de resistencia de barra colectora de 220 kV. El mismo sistema resonante en serie, ajustando las combinaciones de reactores y los parámetros de prueba, completó ambos elementos de prueba diferentes.

6.3 Resultados de la implementación

Durante ambas pruebas, el equipo funcionó normalmente sin descargas. Los resultados de las pruebas confirmaron que el transformador y la barra colectora cumplían con los requisitos de desempeño y podían ponerse en servicio de manera segura.

Este caso demuestra la aplicabilidad de laSistema de prueba resonante de CApara pruebas de equipos de transformadores. Las estructuras de aislamiento de transformadores tienen importantes componentes de capacitancia. Cuando se combina con reactores para formar un circuito resonante en serie, se puede aplicar el voltaje de prueba de CA requerido a través de los devanados del transformador. El sistema también puede funcionar en conjunto conEquipo de prueba de transformadorespara un diagnóstico completo del aislamiento.

7. Tendencias de la industria y perspectivas futuras

7.1 Alta integración: del "tipo-dividido" al "integrado"

Los sistemas resonantes en serie tradicionales constan de unidades separadas que incluyen una fuente de alimentación de frecuencia variable, un transformador excitador, un reactor y un divisor de voltaje, lo que requiere un engorroso montaje en el sitio. Usos del dispositivo de 750 kV de alta integración del State Grid Hebei Electric Power Research Institutecondensador-diseño integrado del reactorcon componentes centrales altamente integrados, lo que reduce la huella en un 25 %-lo que representa la dirección de desarrollo de la industria.

7.2 Inteligencia: de la "operación manual" a las "pruebas automáticas"

ModernoSistemas de prueba resonantes de CAestán evolucionando rápidamente haciaTotalmente automático e inteligente.operación. El barrido automático de frecuencia, el seguimiento automático del punto resonante, el aumento automático de voltaje, la temporización automática, la reducción automática de voltaje y la generación automática de informes se han convertido en características estándar en los equipos de alta-. Las tendencias a reducir las necesidades de personal y acortar la duración de las pruebas seguirán profundizándose.

7.3 Mayor capacidad: cobertura de niveles de voltaje más altos

A medida que los niveles de tensión de la red avanzan hacia1000 kV y más, las clasificaciones de voltaje y las capacidades de los sistemas resonantes en serie continúan aumentando. Las pruebas de resistencia de CA in situ de UHV GIS también emplean resonancia en serie, pero con voltajes de prueba más altos, mayores capacidades de equipo y mayores desafíos de implementación.

7.4 Pruebas combinadas de resistencia y PD

Próxima-generaciónSistemas de prueba de resonancia en seriese están integrando profundamentePruebas de resistencia de CAcondetección de descarga parcial. A través de dos-tecnología de detección de sensores (HFCT+UHF), el monitoreo de descargas parciales se puede realizar simultáneamente durante las pruebas de resistencia, logrando "Una aplicación de voltaje, múltiples diagnósticos.".

8. Conclusión

La aplicación de laSistema de prueba resonante de CAen grandes subestaciones ha sido validado a través de una extensa práctica de ingeniería. DesdeSubestación Qingyuan de 500 kVprueba de resistencia del disyuntor, a laSubestación Kazajstán de 220 kVprueba de campo SIG; desde la prueba de verificación después de la reparación de fallas del cable de 110 kV, hasta la prueba de puesta en servicio del transformador principal de 220 kV-laSistema de prueba de resonancia en serie, con sus ventajas únicas delograr una gran capacidad de prueba con una pequeña fuente de alimentación, equipo liviano, excelente calidad de forma de onda, yautoprotección inherente contra descargas eléctricas-, se ha convertido en elsolución técnica preferidapara pruebas de resistencia in situ en subestaciones grandes.

A medida que continúan desarrollándose tecnologías de alta integración, inteligencia y mayor capacidad, laSistema de prueba resonante de CAdesempeñará un papel cada vez más crítico en las pruebas de aislamiento de equipos de subestaciones, brindando un soporte técnico más sólido para el funcionamiento seguro y estable de las redes eléctricas.

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