Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания



Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания
Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания
Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания
Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания

 


Владельцы патента RU 2566395:

Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" (RU)

Изобретение относится к области электроэнергетики и, в частности, к устройствам для электродинамических испытаний токами короткого замыкания (КЗ) высоковольтных силовых трансформаторов. Технический результат: повышение стабильности испытательного напряжения и уменьшение требуемой мощности питания. Сущность: устройство содержит конденсаторную батарею (1), подключенную к выходу первого преобразователя напряжения (4), катушку индуктивности (2), подключенную через коммутатор (3) к конденсаторной батарее (1), вольтодобавочный трансформатор (5), вторичная обмотка которого включена между выводом катушки (2) и выходом устройства, предназначенным для подключения испытуемого оборудования. Первичная обмотка трансформатора (5) подключена к выходу второго преобразователя напряжения (6), информационный вход которого связан с датчиками (7) выходного тока и выходного напряжения. Преобразователь (6) выполнен с возможностью формирования на вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора напряжения, компенсирующего активные потери установки и испытуемого оборудования в соответствии с векторным выражением:

,

где e ¯ k - компенсирующее напряжение; U0 - номинальное значение испытательного напряжения; Un - текущее значение выходного напряжения; i ¯ n - выходной ток; ku, ki - коэффициенты регулирования преобразователя (6) по напряжению и току соответственно. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики и, в частности, к устройствам для электродинамических испытаний токами короткого замыкания (КЗ) высоковольтных силовых трансформаторов большой мощности (более 80 МВА), реакторов, выключателей и другого высоковольтного электрооборудования. Задача таких испытаний, проводимых на специализированных испытательных стендах, - определение электромеханической стойкости оборудования в режимах внезапного короткого замыкания с целью усовершенствования его технических характеристик и конструктивных решений.

Уровень техники

Электродинамические испытания проводят в соответствии с действующими стандартами. Например, испытания силовых трансформаторов проводят в соответствии с [ГОСТ 20243-74. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость к коротким замыканиям], который регламентирует нормированный уровень ударного тока КЗ в зависимости от номинальной мощности трансформатора и нормированную длительность (0,2 с) испытательного КЗ.

Мощность, кратковременно потребляемая из сети при испытаниях на стойкость к КЗ, зависит от номинальной мощности испытуемого трансформатора и превышает ее в десятки раз. Так, например, для испытаний трансформатора типа ТДЦ 250000/220 мощностью 250 МВА и номинальным напряжением 220 кВ в соответствии с требованиями ГОСТ необходима мощность энергосистемы ≈ 15600 МВА.

Обеспечение этой мощности является основной проблемой при электродинамических испытаниях трансформаторов большой мощности на стойкость к КЗ. При этом проблемой становится не только выдача энергосистемой требуемой мощности, но и адаптация энергосистемы, ее генерирующего и другого электрооборудования к импульсным возмущениям, возникающим при проведении серии подобных испытаний.

Известны устройства для электродинамических испытаний силовых трансформаторов с питанием от автономных источников трехфазного тока [SU 1394172, SU 1608595] и с питанием от сети энергосистемы [RU 2041472, RU 2505600].

Известные устройства не позволяют производить электродинамические испытания силовых трансформаторов большой мощности (более 80 МВА), поскольку при проведении таких испытаний броски нагрузки на энергосистему могут достигать нескольких тысяч МВА.

Использование для получения испытательного напряжения промышленной частоты колебательного LC-контура с предварительным накоплением в нем энергии не позволяет обеспечить требуемую ГОСТом стабильность испытательного напряжения в течение заданного времени короткого замыкания (0,2 с) из-за затухания колебаний, обусловленного активными потерями в колебательном контуре и испытуемом оборудовании (например, трансформаторе).

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности испытательного напряжения и уменьшение требуемой мощности питания.

Предметом изобретения является устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания, содержащее конденсаторную батарею, подключенную к выходу первого преобразователя напряжения, катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к накопительному конденсатору, вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между выводом катушки индуктивности и выходом устройства, предназначенным для подключения испытуемого оборудования, а первичная обмотка подключена к выходу второго преобразователя напряжения, информационный вход которого связан с датчиками выходного тока и выходного напряжения устройства, при этом второй преобразователь напряжения выполнен с возможностью формирования на вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора напряжения, компенсирующего активные потери установки и испытуемого оборудования.

Это позволяет получить вышеуказанный технический результат.

Формирование вторым преобразователем напряжения, компенсирующего активные потери, может быть выполнено на принципах автоматического регулирования различным образом. Развитие изобретения характеризует частный случай и состоит в том, что второй преобразователь напряжения выполнен с возможностью формирования компенсирующего напряжения в соответствии с векторным выражением:

где e ¯ k - компенсирующее напряжение;

U0 - номинальное значение испытательного напряжения;

Un - текущее значение выходного напряжения;

i ¯ n - выходной ток;

ku, ki - коэффициенты регулирования второго преобразователя по напряжению и току соответственно.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена общая схема устройства.

На фиг. 2 и 3 приведены возможные структурные схемы составных частей устройства (преобразователей напряжения).

На фиг. 4 приведены результаты компьютерного моделирования испытаний мощного трансформатора на стойкость к КЗ, проводимых с помощью предлагаемого устройства.

Осуществление изобретения с учетом его развития

Устройство на фиг. 1 содержит конденсаторную батарею (КБ) 1, катушку индуктивности 2 с отводами различных уровней высокого напряжения 110-750 кВ, коммутатор 3, первый преобразователь напряжения 4, вольтодобавочный трансформатор 5, второй преобразователь напряжения 6, датчик 7 выходного тока и напряжения (условно показан один совмещенный датчик). Батарея 1 подключена к выходу преобразователя 4. Катушка 2 подключена через коммутатор 3 к батарее 1. Вторичная обмотка трансформатора 5 включена между выводом катушки 2 и выходом устройства, предназначенным для подключения испытуемого оборудования.

Первичная обмотка трансформатора 5 подключена к выходу преобразователя 6, информационный вход которого связан с датчиками 7.

На фиг. 1 также показаны элементы испытательного стенда: силовой трансформатор 8, от обмоток которого, в частном случае, могут питаться преобразователи 4 и 6, операторский пульт 9, ключ 10, подключающий выход устройства к испытуемому трансформатору 11 (помимо заявляемого устройства на испытательном стенде могут размещаться устройства для других видов испытаний электрооборудования, использующие элементы 8-10).

Структурная схема преобразователя 4, показанная на фиг. 2, содержит выпрямитель-инвертор 12 и выпрямитель-инвертор 13 с блоком управления 14 и сглаживающим дросселем 15.

На фиг. 3 показана структурная схема преобразователя 6 с элементами управления. Преобразователь 6 выполнен по схеме инвертора напряжения с широтно-импульсным (ШИМ) управлением и однофазным выходом, к которому подключена первичная обмотка трансформатора 5. Преобразователь 6 содержит неуправляемый выпрямитель 16, фильтрующий конденсатор 17 и инвертор 18 на полностью управляемых полупроводниковых элементах IGBT, или IGCT. Кроме того, в состав преобразователя 6 входят элементы управления инвертором 18: регулятор напряжения 19 с коэффициентом усиления ku, регулятор тока 20 с коэффициентом усиления ki, перемножитель 21, сумматор 22 и ШИМ-модулятор 23.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство подключено к сети через трансформатор 8, первичная обмотка трансформатора 11 через вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора 5 подключена к требуемой по классу напряжения отпайке катушки индуктивности 2. Ключ 10 и коммутатор 3 разомкнуты. Вторичная обмотка испытуемого трансформатора 11 закорочена. Пульт 9 испытательного стенда по заданию оператора (или под управлением программы) формирует команды «Заряд КБ» - «Возбуждение контура» - «Короткое замыкание» - «Гашение контура».

По команде «Заряд КБ» с пульта 9 первый преобразователь 4 включается в режим заряда конденсаторной батареи 1 до заданного уровня напряжения.

По команде «Возбуждение контура» преобразователь 4 выходит из режима заряда (снимаются импульсы управления ключами преобразователя), замыкается коммутатор 3 и из батареи 1 и катушки 2 формируется колебательный контур с частотой колебаний, близкой к промышленной частоте 50 Гц.

По команде «Короткое замыкание» на ключ 10 подается серия открывающих импульсов длительностью 0,2 с каждый. Датчик 7 выходного тока и напряжения выдает преобразователю 6 сигналы, соответствующие значениям тока и напряжения на выходе устройства.

Преобразователь 6, управляемый током и напряжением датчика 7, формирует на вторичной обмотке трансформатора 5 напряжение компенсации e ¯ k в соответствии с векторным выражением (1).

Напряжение e ¯ k суммируется с напряжением U ¯ k , снимаемым с катушки 2. Векторная сумма напряжений U ¯ k + e ¯ k поступает на первичную обмотку испытуемого трансформатора 11. При этом обеспечивается стабилизация выходного напряжения устройства с автоматической компенсацией активных потерь за счет положительной обратной связи по выходному току, глубина которой зависит от разности напряжений U0-Un.

Через 0,2 с по команде «Гашение контура» ключ 10 размыкается, а преобразователь 4 переводится в режим инвертора для рекуперации в сеть неизрасходованной энергии колебательного контура.

Управление преобразователем 4 (фиг. 2) в режимах заряда и разряда с рекуперацией энергии колебательного контура осуществляет блок 14 по командам с пульта 10. В режиме заряда конденсаторной батареи 1 выпрямитель 12 работает в управляемом выпрямительном режиме, а в мостовом выпрямителе 13 отпирающие импульсы подаются только на выделенные на фиг. 2 тиристоры противоположных плеч. В режиме гашения колебательного контура с рекуперацией энергии в сеть выпрямитель 12 переводится в режим инвертора, а выпрямитель 13 - в режим выпрямителя.

В преобразователе 6 (фиг. 3) напряжение компенсации e ¯ k по выражению (1) формируется из постоянного напряжения, полученного на выходе выпрямителя 16 с помощью инвертора 18, управляемого элементами 19-23. Соответствующим выбором коэффициентов ku. и ki может быть реализована требуемая точность поддержания напряжения в режиме КЗ.

При этом преобразователем 6 в испытательную цепь вводится только активная мощность, компенсирующая потери в трансформаторе 11 и колебательном контуре. Эта мощность в 20-50 раз меньше реактивной мощности нагрузки (испытуемого трансформатора в режиме короткого замыкания), обеспечиваемой колебательным контуром.

На фиг. 2 приведена осциллограмма компьютерного моделирования испытаний с помощью предлагаемого устройства на стойкость к КЗ силового трансформатора типа ТДЦ 400000/220 кВ. Обозначения на осциллограмме:

Un - напряжение на испытуемом трансформаторе (вольт);

In - ток первичной обмотки испытуемого трансформатора (ампер);

Uk - напряжение на колебательном контуре (вольт).

Как видно из осциллограммы, напряжение Un на первичной обмотке испытуемого трансформатора в процессе опытов КЗ поддерживается стабильным и равным номинальному значению (амплитудное значение напряжения ≈200 кВ).

При испытаниях подобного трансформатора от сети или автономного источника с помощью известных устройств потребовался бы импульс мощности ≈1350 MBА, при этом для обеспечения стабильности испытательного напряжения в течение 0,2 с мощность в точке подключения устройства должна быть не менее 20000 МВА, что практически возможно только при проведении испытаний, например непосредственно на территории Конаковской ГРЭС.

1. Устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования на стойкость к токам короткого замыкания, содержащее конденсаторную батарею, подключенную к выходу первого преобразователя напряжения, катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к накопительному конденсатору, вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между выводом катушки индуктивности и выходом устройства, предназначенным для подключения испытуемого оборудования, а первичная обмотка подключена к выходу второго преобразователя напряжения, информационный вход которого связан с датчиками выходного тока и выходного напряжения устройства, при этом второй преобразователь напряжения выполнен с возможностью формирования на вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора напряжения, компенсирующего активные потери установки и испытуемого оборудования.

2. Устройство по п. 1, в котором второй преобразователь напряжения выполнен с возможностью формирования компенсирующего напряжения в соответствии с векторным выражением:
,
где e ¯ k - компенсирующее напряжение;
U0 - номинальное значение испытательного напряжения;
Un - текущее значение выходного напряжения;
i ¯ n - выходной ток;
ku, ki - коэффициенты регулирования второго преобразователя по напряжению и току соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологических устройств и может быть использовано совместно с измерительным прибором (омметром) при контроле цепей питания электротехнической системы изделия в процессе ее сборки на соответствие требованиям технической документации - отсутствие обрывов, замыканий, иных несоответствий техническим требованиям.

Предлагаемое устройство для сигнализации о заземлениях в цепях постоянного тока может найти широкое применение в изделиях ракетно-космической техники, где требуется высокая надежность при проверке работоспособности сложных систем автоматики и недопустимость ложного попадания плюса источника питания или минуса источника питания на корпус прибора.

Изобретение предназначено для использования в технике электрических измерений. Сущность: измеряют переходные сопротивления контактов и проводников, полное сопротивление изоляции цепи фаза - нуль, фаза - фаза, фаза - защитный проводник без отключения источника питания, полное сопротивление изоляции цепи фаза - защитный проводник без отключения источника питания и срабатывания устройства защитного отключения, полное сопротивление линии и контура, сопротивление заземляющих устройств, ожидаемый ток короткого замыкания, дифференциальный ток утечки на землю, коэффициент абсорбции и коэффициент поляризации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в противоаварийной автоматике для автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН) высоковольтного оборудования.

Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано при диагностике возникновения дефектов электрической изоляции. Устройство для обнаружения частичных разрядов содержит высоковольтный источник питания постоянного тока, параллельно которому подключен высоковольтный конденсатор через одно из положений коммутационного ключа, через другое положение которого к конденсатору подключен испытуемый объект, к которому подключен датчик.

Изобретение относится к обнаружению короткого замыкания на землю в электрических сетях. Сущность: устройство содержит средство (70) для определения значения нейтральной полной проводимости в трехфазной электрической линии (30) и средство (70) для обнаружения короткого замыкания на землю в трехфазной электрической линии (30) на основе определенного значения нейтральной полной проводимости и значений одного или более заранее заданных параметров.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в системах управления ракетоносителя, в системах управления разгонным блоком для контроля прохождения команд в коммутационных системах.

Изобретение относится к области технологических устройств и может быть использовано в составе автоматизированной измерительной системы совместно с измерительными приборами при контроле цепей питания электротехнической системы изделия в процессе ее сборки на соответствие техническим требованиям.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите и автоматике. Технический результат - повышение чувствительности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и возможность выявления и корректировки измерения электрической величины с выбросами.

Изобретение относится к области технологических устройств и может быть использовано при контроле цепей питания электротехнической системы. Технический результат: увеличение производительности, исключение влияния помех и ошибок подключения измерительного прибора на надежность собираемой электротехнической системы изделия, обеспечение объективности и достоверности контроля и выявление ошибок или дефектов в собираемой электротехнической системе изделия, в том числе - идентификацию короткого замыкания любой из шин питания электротехнической системы изделия на его корпус.

Изобретение относится к обнаружению повреждений кабелей. Сущность: система обнаружения повреждений содержит первый амперметр для измерения первого фазного тока, второй амперметр для измерения второго фазного тока, третий амперметр для измерения третьего фазного тока, первый блок вычисления для вычисления тока отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока и первый блок обнаружения для обнаружения изменения тока отрицательной последовательности. Кроме того, описан соответствующий способ и машиночитаемый носитель. Технический результат: возможность обнаружения повреждения кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам контроля качества электрических цепей (внутреннего электромонтажа и кабельных соединений) сложных технических изделий. Сущность: автоматизированная система включает компьютер и подключенные к нему через интерфейсную магистраль коммутатор и измерительный прибор. Коммутатор содержит не менее двух независимых полей коммутации, каждое из которых подключено общей точкой к соответствующему контакту измерительного прибора. К каналам каждого поля коммутатора подключены технологические жгуты, которые с помощью сменных адаптеров соединены с разъемами контролируемого изделия. В память компьютера помещена совокупность частных таблиц соединений. Каждая частная таблица соединений описывает электрические связи одного из разъемов изделия с другими электрически сопряженными разъемами изделия. Технический результат: упрощение технической реализации, возможность создания компактных переносных устройств для контроля сложных электрических цепей в условиях ограниченного рабочего пространства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: по меньшей мере один вывод (B1, B2) датчика (10, 110) соединен с резистором (21, 22, 121) смещения. Подают на по меньшей мере один резистор (21, 22, 121) смещения по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения, имеющее по меньшей мере одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения резистора. Измеряют результирующее дифференциальное напряжение на выводах датчика. В зависимости от по меньшей мере одной характеристики измеренного дифференциального напряжения, соответствующей предварительно заданной характеристике проверочных напряжений смещения, определяют присутствие короткого замыкания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к контролю сопротивления с многослойной изоляцией. Сущность: контрольное устройство (С) содержит электрическую цепь (20.а; 20.b; 20.с; 20.d), имеющую точки (А, В) подсоединения наружной и внутренней оболочек (11, 12) и включенную последовательно с точками (А, В) подсоединения, генератор (22) тока низкого напряжения и средства (23) и/или (R; 26; 30) опосредованного и/или прямого отсоединения сопротивления (10) с многослойной изоляцией от источника питания. В случае ухудшения изоляционной способности одного или нескольких соседних изолирующих слоев (13) генератор (22) тока способен генерировать электрическую мощность и ток (Ice) короткого замыкания, достаточный для приведения в действие средства (23) и/или (R; 26; 30) опосредованного и/или прямого отсоединения. Технический результат: обеспечение непрерывного мониторинга. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам и системам для пассивного контроля коллекторного узла генератора. Один из способов (300) включает прием (302) вычислительным устройством сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора; обнаружение (304) упомянутым вычислительным устройством возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере, частично, на основе принятых сигналов от упомянутого трансформатора тока; формирование (306) индикации того, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра, если упомянутое вычислительное устройство определило, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра; и формирование (308) предупреждения о круговом огне, по меньшей мере, частично, на основе сформированной индикации того, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра. Технический результат - создание встроенных систем непрерывного контроля, допускающих их применение на мобильных платформах. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх