УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ Российский патент 2013 года по МПК G01R31/12 

Данное изобретение относится к устройству для проверки трансформаторов. В частности, изобретение относится к устройству для проверки трансформаторов, содержащему статический преобразователь частоты, который имеет несколько выходов, которые соединены с фильтрующим устройством. Фильтрующее устройство также имеет несколько выходов, которые соединены с согласующим трансформатором, при этом согласующий трансформатор соединен с проверяемым трансформатором.

Кроме того, изобретение относится к применению устройства, согласно изобретению, при высоковольтном испытании.

Статья с названием «Высокопроизводительное цифровое управление бесперебойным электроснабжением (UPS) с использованием специализированных интегральных схем (ASIC)» опубликована в сборнике конференции «Европейская конференция по силовой электронике и ее применению». Конференция состоялась 3-6 сентября 1991 г. во Флоренции. Публикация сборника конференции была также в 1991 г. Для полностью цифрового управления системой UPS разработана соответствующая схема ASIC с целью обеспечения возможности быстрого управления током и напряжением. За счет применения этой схемы ASIC можно с помощью системы UPS получать отличные динамические характеристики (быстрая реакция на ступенчатое воздействие на входе, небольшие гармонические искажения при нелинейных нагрузках). Цифровая схема содержит семь контроллеров PI, генератор синусоидальных сигналов, интерфейс с аналого-цифровыми преобразователями и создание PWM для переключательных сигналов. Бесперебойное электропитание (UPS) необходимо для всех применений, в которых электрическая система должна также работать в случае нарушения электроснабжения.

В выложенной заявке Германии DE 1923985 раскрыт фильтр для систем передачи мощности. В системах переменного тока часто необходимо отфильтровывать нежелательные гармонические колебания. Многофазная электрическая система передачи мощности состоит из нескольких проводников, которые имеют определенную индуктивность. Проводники нагружаются переменным током, который имеет как характеристические, так и не характеристические гармонические составляющие. С проводниками соединено также несколько фильтров не характеристических гармонических составляющих. Имеется также другой фильтр, который содержит полное сопротивление, которое соединено с проводниками и служит для демпфирования не характеристической гармонической составляющей системного напряжения. Эта не характеристическая гармоническая составляющая возникает за счет взаимодействия не характеристической гармонической составляющей тока с большим полным сопротивлением, которое образуется, когда индуктивность и полное сопротивление гармонического фильтра находятся в резонансе. Однако в документе не упоминается о проверке трансформаторов.

В патенте Германии DE 4232356 раскрыто устройство электроснабжения, по меньшей мере, с двумя источниками тока. Каждый источник тока включен, по меньшей мере, через один согласованный преобразователь электроэнергии в сеть переменного тока. Для уменьшения амплитуды определенной имеющейся верхней гармоники напряжение, по меньшей мере, одного из преобразователей электроэнергии с помощью управления углом подается со сдвигом по фазе относительно, по меньшей мере, одного другого преобразователя электроэнергии в сеть.

В патенте Германии DE 19546420 также раскрыто устройство бесперебойного электроснабжения. Устройство бесперебойного электроснабжения содержит дроссель связи с сетью, двухзвенный вентильный преобразователь напряжения с соответствующим устройством управления, выходной фильтр, состоящий из трансформатора с большой индуктивностью рассеяния и фильтрующих конденсаторов для устройства повторного включения сети с соответствующим устройством управления, и ручной обходный выключатель. В качестве преобразователя напряжения применяется преобразователь частоты из техники привода. Перед этим преобразователем частоты включен входной фильтр, при этом на клеммах постоянного напряжения предусмотрено устройство соединения с батареей. Таким образом, можно с помощью коммерческих конструктивных элементов приводной техники и специальных конструктивных элементов для бесперебойного электроснабжения создавать бесперебойное электропитание, которое использует техническую и экономическую синергию приводной техники. В патенте также не рассматривается проверка трансформаторов.

В ЕР 0268046 А2 приведено описание способа и электрической схемы для регулирования и управления трехфазными инверторами со следящим регулированием. Основная часть этой заявки касается описания следящего регулирования инвертора, которое предпочтительно при не симметричной нагрузке установки. Применение трансформатора между инвертором и фильтрующим блоком приведено в качестве примера выполнения. Он служит лишь для преобразования напряжения.

В DE 2608541 А1 приведено описание электромагнитно экранированного устройства электроснабжения, в котором для подавления не симметричных сигналов помех наряду с электростатическим экраном на вторичной стороне трансформатора получают электрический компенсационный сигнал и подают в противофазе в путь прохождения полезного сигнала.

Задачей изобретения является создание устройства для проверки трансформаторов, которое обеспечивает улучшение относительно подавления не симметричных помех.

Указанная задача решена с помощью устройства, которое содержит признаки пункта 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению устройство для проверки трансформаторов снабжено статическим преобразователем частоты. Преобразователь частоты имеет несколько выходов, которые соединены с фильтрующим устройством, которое также содержит несколько выходов, которые, в свою очередь, соединены с согласующим трансформатором. Сам согласующий трансформатор соединен с предусмотренным для проверки трансформатором.

Между первичной стороной и вторичной стороной фильтрующего трансформатора предусмотрен электростатический экран. На вторичной стороне фильтрующего трансформатора предусмотрено также несколько фильтрующих конденсаторов. При этом фильтрующие конденсаторы включены по схеме звезды.

Особенно предпочтительно, когда статический преобразователь частоты и фильтрующий трансформатор совместно с фильтрующими конденсаторами расположены в одном распределительном шкафу. Тем самым достигается подавление прохождения не симметричных помех к подвергаемому проверке трансформатору.

Ниже приводится более подробное пояснение примеров выполнения изобретения и его преимуществ со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - преобразователь частоты, который используется при проверке трансформаторов, при этом преобразователь частоты является статическим преобразователем частоты с синусным фильтром LC;

фиг.2 - график линейного напряжения преобразователя частоты, которое лежит после синусного фильтра;

фиг.3 - вид импульсных частотных скачков напряжения между проводом и землей на выходе инвертора;

фиг.4 - устройство, согласно изобретению, в котором применяется преобразователь частоты с фильтрующим трансформатором.

На фиг.1 показано устройство, согласно уровню техники, которое применяется для проверки силовых трансформаторов для передачи электроэнергии. До настоящего времени проверка выполнялась с помощью вращающихся преобразователей (комплектов электродвигатель-генератор). Эти вращающиеся преобразователи заменены, как показано на фиг.1, статическим преобразователем 2 частоты. Статические преобразователи 2 частоты имеют явные преимущества по сравнению с вращающимися преобразователями относительно динамики, износа, веса и доступности. Преобразователь 2 частоты снабжается переменным напряжением 10. Переменное напряжение 10 попадает сначала в выпрямитель. Преобразователь 2 частоты имеет первый выход 21, второй выход 22 и третий выход 23. Статический преобразователь частоты является двухзвенным вентильным преобразователем напряжения с цифровым управлением и регулированием.

При этом преобразователь 2 частоты поставляет необходимое изменяемое выходное напряжение, а также различные требуемые испытательные частоты. При этом испытательные частоты, соответственно, испытательное напряжение должно отвечать определенным требованиям. При этом преобразователь 2 частоты должен создавать синусное симметричное переменное напряжение, которое имеет коэффициент нелинейных искажений меньше 5%. Для проверки изоляционных систем силовых трансформаторов служит проверка индуцированного напряжения, при которой осуществляются измерения частичных разрядов. Воздействующие на это измерение внешние помехи не должны превышать основной уровень помех от частичных разрядов Q_s=100 pC. Это включает помехи, которые вызываются самим источником испытательного напряжения.

Первый выход 21, второй выход 22 и третий выход 23 статического преобразователя 2 частоты соединены с синусным фильтром 6. Синусный фильтр 6 действует в качестве фильтра низких частот, который реализован в виде фильтра LC. Этот синусный фильтр 6 имеет первый выход 31, второй выход 32 и третий выход 33. Первый выход 31, второй выход 32 и третий выход 33 синусного фильтра 6 соединены с согласующим трансформатором 8. Сам согласующий трансформатор 8 соединен в свою очередь с трансформатором 15, который подлежит проверке.

Недостатком применения статических преобразователей 2 частоты является то, что они на основании принципа действия создают модулированное по ширине импульса, прямоугольное выходное напряжение с большим коэффициентом нелинейных искажений, которое в этом виде сначала не пригодно для проверки силовых трансформаторов. Как показано на фиг.1, для этого применяется синусный фильтр 6. Результат применения этого синусного фильтра 6 показан на фиг.2. За счет применения синусного фильтра 6 можно создавать синусоидальные линейные напряжения с коэффициентом нелинейных искажений менее 5%.

Однако на фиг.3 показаны помехи, которые все же возникают, несмотря на применение синусного фильтра 6. Несмотря на синусный фильтр 6 не удается подавлять импульсно-частотные скачки напряжения между проводником и землей на выходе инвертора (не симметричные помехи). Таким образом, не симметричные помехи передаются из статического преобразователя 2 частоты в подлежащий проверке трансформатор 15 и приводят к значительным погрешностям в измерении частичных разрядов. Таким образом, необходимы другие меры, чтобы, несмотря на эти возникающие не симметричные помехи, обеспечивать возможность измерения частичных разрядов.

Перед описанием фиг.4 следует отметить, что в данном случае признаки, которые идентичны с признаками на фиг.1, обозначены теми же позициями. За счет изменения, согласно изобретению, фильтрующего устройства 6 должна обеспечиваться возможность фильтрации как симметричного выходного напряжения преобразователя 2 частоты, так и не симметричных помех. Тем самым должна обеспечиваться возможность выполнения измерения частичных разрядов в подлежащем проверке трансформаторе 15.

Согласно изобретению фильтрующее устройство 6 содержит вместо прежнего синусного фильтра фильтрующий трансформатор 11. Фильтрующий трансформатор 11 соединен с первым выходом 21, вторым выходом 22 и третьим выходом 23 преобразователя 2 частоты. Фильтрующий трансформатор 11 содержит первичную сторону 11₁ и вторичную сторону 11₂. Фильтрующий трансформатор 11 создает необходимую индуктивность, с одной стороны, за счет собственной индуктивности рассеяния или, с другой стороны, за счет интегрированных продольных индуктивностей. Вторичная сторона 11₂ фильтрующего трансформатора 11 соединена с фильтрующими конденсаторами, которые расположены в схеме 13 звезды. Возникающая за счет схемы 13 звезды точка звезды соединена с землей 16. Фильтрующий трансформатор 11 обеспечивает разделение потенциалов между первым выходом 21, вторым выходом 22 и третьим выходом 23 преобразователя 2 частоты и фильтрующими конденсаторами схемы 13 звезды.

Дополнительно к этому, между первичной стороной 11₁ и вторичной стороной 11₂ фильтрующего трансформатора 11 расположен электростатический экран 17. При этом электростатический экран 17 дополнительно способствует отводу не симметричных помех. Естественно, что электростатический экран 17 также заземлен.

Фильтрующее устройство 6, которое состоит из фильтрующего трансформатора 11 и схемы 13 звезды фильтрующих конденсаторов, соединено первым выходом 31, вторым выходом 32 и третьим выходом 33 с согласующим трансформатором 8. Как указывалось выше применительно к фиг.1, согласующий трансформатор 8 соединен с трансформатором 15, который подлежит проверке. Особенно предпочтительно, когда фильтрующий трансформатор 11 вместе со схемой 13 звезды фильтрующих конденсаторов расположен в переключательном шкафу преобразователя частоты. За счет этого пространственного расположения можно подавлять прохождение не симметричных помех в подлежащий проверке трансформатор 15. Таким образом, обеспечивается возможность выполнения измерения частичных разрядов, поскольку отфильтровываются не симметричные помехи.

Особенно предпочтительно применять фильтрующий трансформатор 11 в технике проверки при высоких напряжениях. В специальном случае фильтрующий трансформатор 11 применяется при проверке силовых трансформаторов с целью подавления паразитных излучений за счет частичных разрядов (не симметричных помех) статических преобразователей 2 частоты. Как уже указывалось выше, расположение фильтрующего трансформатора 11 в шкафу преобразователя частоты приводит дополнительно к тому, что не симметричные помехи не передаются дальше в систему проверки и там не воздействуют отрицательно на измерение частичных разрядов.

Описание изобретения было приведено выше относительно одного варианта выполнения. Однако возможно также проведение модификаций и изменений без выхода за пределы объема защиты прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к устройствам для проверки трансформаторов. Устройство для высоковольтной проверки трансформаторов содержит статический преобразователь (2) частоты, который содержит несколько выходов (21, 22, 23), которые соединены с фильтрующим устройством (6), которое также имеет несколько выходов (31, 32, 33), которые, в свою очередь, соединены с согласующим трансформатором (8), который, в свою очередь, предназначен для соединения с подлежащим проверке трансформатором. Фильтрующее устройство (6) имеет фильтрующий трансформатор (11). Между первичной стороной (11₁) и вторичной стороной (11₂) фильтрующего трансформатора (11) предусмотрен заземленный электростатический экран (17). От каждого выхода вторичной стороны (11₂) фильтрующего трансформатора (11) отходит фильтрующий конденсатор (С1, С2, С3). Фильтрующие конденсаторы (С1, С2, С3) соединены друг с другом в схему звезды с точкой (13) звезды, при этом точка (13) звезды заземлена. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для высоковольтной проверки трансформаторов, содержащее статический преобразователь (2) частоты, который содержит несколько выходов (21, 22, 23), которые соединены с фильтрующим устройством (6), которое также имеет несколько выходов (31, 32, 33), которые, в свою очередь, соединены с согласующим трансформатором (8), который, в свою очередь, предназначен для соединения с подлежащим проверке трансформатором, отличающееся тем, что фильтрующее устройство (6) имеет фильтрующий трансформатор (11), что между первичной стороной (11₁) и вторичной стороной (11₂) фильтрующего трансформатора (11) предусмотрен заземленный электростатический экран (17), что от каждого выхода вторичной стороны (11₂) фильтрующего трансформатора (11) отходит фильтрующий конденсатор (C1, C2, С3), что фильтрующие конденсаторы (C1, C2, С3) соединены друг с другом в схему звезды с точкой (13) звезды, и что точка (13) звезды заземлена.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что статический преобразователь (2) частоты и фильтрующий трансформатор (11) вместе с фильтрующими конденсаторами (C1, C2, С3) расположены в переключательном шкафу, так что несимметричные помехи не попадают в подвергаемый проверке трансформатор (15).

3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что помехи, связанные с измерением частичных разрядов, которые вызываются за счет соединенного с источником (4) напряжения статического преобразователя (2) частоты, подавляются и не попадают в подвергаемый проверке трансформатор (15).