Investigation of inrush currents during a short circuit test on a 440 MVA, 400 kV GSU transformer

The intention of this paper is to provide specific information about Elin’s short circuit test experience, which was obtained during tests on a 440 MVA, 400 kV three phase generator step up transformer, performed and certified by the KEMA High Power Laboratory in the Netherlands. One specific challenge for the transformer manufacturer at the pre-set short circuit test method, is the appearance of undesirable inrush currents and saturation effects, which is investigated in this paper by means of an adequate non-linear magnetic circuit model of the transformer. The inrush current effects on core saturation are simulated by the computer model and compared with the experiences at the real short circuit test. Finally, the impact of inrush currents on axial winding forces is discussed and some efforts by the manufacturer as well as by the testing laboratory to reduce inrush currents are described.ZusammenfassungDieser Beitrag gibt einige spezielle Erfahrungen zum Einschaltstromverhalten von Leistungstransformatoren bei Kurzschlussprüfungen wieder, die von der Elin Transformatoren GmbH im Zuge einer erfolgreichen Kurzschlussprüfung und Zertifizierung eines 440-MVA/440-kV-Maschinentransformators gemacht wurden. Ein unangenehmer Nebeneffekt bei der Anspeisung eines an den Unterspannungsklemmen kurzgeschlossenen Transformators ist das Auftreten von Einschaltströmen und Kernsättigungserscheinungen während einer Stoßkurzschlussprüfung. Eine Minimierung dieser Effekte stellt sowohl für den Transformatorenhersteller als auch für das Kurzschlussprüflabor eine große Herausforderung und technische Notwendigkeit dar. Zu diesem Zwecke wurde der Maschinentransformator mit Hilfe eines nichtlinearen magnetischen Netzwerkmodells modelliert und das Einschaltstrom- und Kernsättigungsverhalten am Computer simuliert. Die Ergebnisse aus den Simulationsrechnungen wurden mit den Ergebnissen aus der realen Kurzschlussprüfung verglichen. Weiters werden auch Auswirkungen der Eisenkernsättigung wie zum Beispiel Kernremanenzerscheinungen oder anwachsende axiale Schubkräfte in den Transformatorwicklungen ausführlich behandelt und analysiert. Abschließend sollen für Transformatorenhersteller und Prüflaboratorien Möglichkeiten zur Minimierung dieser unerwünschten Effekte aufgezeigt werden.