УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АППАРАТОВ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/12 

Настоящее изобретение относится к устройству для испытания аппаратов высоковольтной техники, в частности силовых трансформаторов и дросселей.

В этой связи оказалось целесообразным использовать в устройствах для испытания аппаратов высоковольтной техники вместо вращающихся преобразователей статические преобразователи частоты, поскольку последние по сравнению с вращающимися трансформаторами имеют явные преимущества в отношении динамики, износа и доступности. При этом преобразователи частоты должны формировать синусоидальное симметричное переменное напряжение, которое, кроме этого, имеет клирфактор (коэффициент нелинейных искажений) менее 5%. Для испытания систем изоляции силовых трансформаторов служит испытание индуцированным напряжением, при котором проводятся измерения частичного разряда. Если в высоковольтной изоляции или вдоль воздушных промежутков имеет место весьма неоднородная структура поля, может случиться локальное превышение типичной для материала пробивной напряженности. В этом состоянии неполного электрического пробоя изоляция между электродами шунтируется за счет разрядов лишь частично. Такие частичные разряды прежде всего происходят при нагрузке на изоляцию со стороны переменного напряжения. Правда, для успешного измерения частичного разряда внешние возмущающие воздействия не должны превышать основной уровень помех частичного разряда порядка 100 pC. Чтобы добиться этого, соответствующие выходы преобразователя частоты подключены к синусоидальному фильтру, действующему как фильтр нижних частот.

Однако в принципе статический преобразователь частоты формирует широтно-импульсно модулированное выходное напряжение прямоугольной формы с большим клирфактором, которое в этом виде сначала не подходит для испытания силовых трансформаторов. Синусоидальный фильтр, установленный на выходе статического преобразователя частоты, обеспечивает фильтрацию основного колебания между внешними проводниками на выходе инвертора и тем самым подавление симметричных возмущающих воздействий, формируемых инвертором. Несмотря на наличие дополнительно предусмотренного синусоидального фильтра, импульсно-частотные скачки напряжения между проводником и землей на выходе инвертора не подавляются. Эти нежелательные асимметричные возмущающие воздействия посредством различных электрических механизмов связи передаются вплоть до испытуемых трансформаторов и приводят там к существенным помехам при желательном измерении частичного разряда.

Из предварительно неопубликованной заявки DE 102007059289.4-35 заявителя стало известно подобное испытательное устройство, устраняющее проблему асимметричных возмущающих воздействий, для чего оно предусматривает статический преобразователь частоты, имеющий несколько выходов, соединенных с фильтровальным устройством, и причем выходы фильтровального устройства, в свою очередь, соединены с согласующим трансформатором, который, в свою очередь, снова подсоединен к испытуемому объекту, предусмотренному для собственно испытания, в частности к трансформатору. В этой заявке предлагается предусмотреть в качестве фильтровального устройства фильтрующий трансформатор, содержащий между первичной и вторичной сторонами электростатический экран, в котором от каждого выхода со вторичной стороны отходит конденсатор фильтра и к тому же конденсаторы фильтра соединены между собой по схеме звезды с заземленной точкой звезды. Это устройство для измерения частичного разряда возможно в DE 102007059289.4-35, поскольку предусмотренный конденсатор фильтра осуществляет разделение потенциалов со стороны нагрузки между преобразователем частоты и встроенными конденсаторами фильтра. У обычных синусоидальных фильтров, состоящих только из линейных дросселей и конденсаторов, конденсаторы фильтра не могут быть установлены таким образом, поскольку в противном случае могло бы произойти емкостное заземление фаз инвертора.

Как видно из фирменного проспекта 8.71/3, с некоторого времени существуют попытки предложить клиенту мобильные испытательные системы для трансформаторов в целях обеспечения, таким образом, для мощных трансформаторов «испытания на месте». Эти мобильные испытательные системы устанавливаются как предварительно конфигурируемые установки в контейнер и перевозятся к месту испытания, т.е. к месту расположения испытуемого объекта на транспортировочном лафете. На месте изготовление в конечном счете необходимой испытательной схемы возможно всего в несколько этапов. Выгода для клиентов заключается в мобильной доступности одной единственной испытательной системы для испытания множества мощных трансформаторов, стационарно установленных в разных местах. Экономия времени установки и эксплуатационных расходов на такую мобильную испытательную систему по сравнению с обычными стационарными испытательными установками велика. Соответственно большим является спрос на мобильные испытательные системы, которые в части спектра своих испытательных мощностей все более расширяются в отношении вариабельности и мощности. Однако расчет испытательных мощностей находится в прямой зависимости от общей массы испытательной системы. Поскольку она, как уже упоминалось, устанавливается в одном контейнере, общая масса подчиняется действующему в Германии Положению о допущении транспортных средств к уличному движению и тем самым узаконенным ограничениям как в отношении допустимой общей массы, так и в отношении распределения нагрузок на дорогу, передаваемых через оси транспортного средства. В международных масштабах существуют выдержанные в том же духе ограничения с почти идентичными предельными значениями. При этом мобильная испытательная система, ставшая известной из фирменного проспекта 8.71.3, в значительной степени расширяет пределы допустимых законом общих масс и распределений нагрузок на дорогу, передаваемых через оси транспортного средства. Встроенный в эту модель фильтрующий трансформатор для подавления асимметричных возмущающих воздействий имеет мощность порядка 500 кВА. Заметного повышения испытательной мощности при такой испытательной системе более добиться невозможно.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание устройства для испытания аппаратов высоковольтной техники, в частности силовых трансформаторов или дросселей, обнаруживающих в части достижения своей испытательной мощности явное повышение по сравнению с уровнем техники и используемых в то же время в качестве мобильной испытательной системы для трансформаторов.

Эта задача решается с помощью устройства для испытания аппаратов высоковольтной техники с признаками первого пункта формулы изобретения. Различия касаются особенно предпочтительных усовершенствованных вариантов выполнения изобретения.

Общая идея изобретения заключается в перенесении необходимого разделения потенциала для подавления асимметричных возмущающих воздействий на сторону входа статического преобразователя частоты, т.е. на сторону сетевого тока. Прежнее разделение потенциала на стороне нагрузки посредством фильтрующего трансформатора, встроенного в синусоидальный фильтр, требует трансформаторов относительно больших размеров. Это объясняется тем, что часть статического преобразователя частоты стороны сети отвечает лишь за выработку активной мощности испытательной системы. Кроме того, часть статического преобразователя частоты стороны нагрузки должна быть в состоянии предоставлять требуемую для испытания большую реактивную мощность. Поэтому часть статического преобразователя частоты стороны нагрузки, как правило, рассчитана на большую мощность, чем со стороны сети (обычно 40% мощности приходится на сторону сети, 100% - на сторону нагрузки). Поэтому при значительном повышении кажущейся мощности со стороны нагрузки должен был бы использоваться, соответственно, более мощный фильтрующий трансформатор. В этом случае испытательная система не соответствовала бы больше правилам движения с точки зрения допустимых общих масс и распределений нагрузок на дорогу, передаваемых через оси транспортного средства, которые регламентируются Положением о допущении транспортных средств к уличному движению. Когда теперь разделение потенциала согласно изобретению смещается на сторону сети статического преобразователя частоты, достаточно равноценной по своему действию мобильной испытательной системы с трансформатором, который должен быть рассчитан только в соответствии с активной мощностью со стороны сети. Таким образом, с помощью этой меры конформность допустимых общей массы и распределения нагрузок на дорогу, передаваемых через оси транспортного средства, может быть обеспечена особенно простым и эффективным способом.

Таким образом, собственно устройство не состоит больше, как известно из DE 102007059289.4-35, из фильтрующего трансформатора и соединенных между собой по схеме звезды конденсаторов фильтра, а состоит далее только из дросселей, последовательно подсоединенных к выходам статического преобразователя частоты, и соединенных за ними по схеме звезды заземленных конденсаторов фильтра, обеспечивающих фильтрацию асимметричных возмущающих воздействий между внешними проводниками и землей. Эта фильтрация асимметричных возмущающих воздействий обеспечивается только на основе разделения потенциала трансформатора, используемого на стороне сети. При этом между первичной и вторичной сторонами трансформатора, используемого на стороне сети, предусмотрен заземленный электростатический экран, дополнительно способствующий отводу асимметричных возмущающих воздействий.

Предпочтительно, чтобы статический преобразователь частоты, трансформатор на стороне сети и синусоидальный фильтр на стороне нагрузки с конденсаторами фильтра, соединенными по схеме звезды, были установлены в распределительном шкафу так, чтобы никакие возмущающие воздействия не попадали в трансформатор, подверженный испытанию.

Согласно предпочтительному варианту выполнения в фильтровальном устройстве наряду с конденсаторами фильтра, соединенными по схеме звезды, предусмотрены дополнительные конденсаторы, соединенные по схеме треугольника, осуществляющие фильтрацию симметричных возмущающих воздействий между внешними проводниками.

За счет того, что трансформатор для испытательной системы согласно изобретению перемещен на сторону сети, вся установка приобретает общую массу, явно уменьшенную по сравнению с уровнем техники. Кроме того, в новой испытательной системе отпадает также пассивный компенсационный блок, что дополнительно способствует уменьшению веса.

Однако настоящее изобретение не ограничено только мобильными испытательными системами для трансформаторов. Более того, использование общей идеи изобретения, а именно перенесения трансформатора на сторону питающей сети, возможно также в стационарном испытательном устройстве для трансформаторов.

Ниже изобретение еще более подробно поясняется на примерах со ссылкой на чертежи, на которых

фиг.1 изображает электрическую схему испытательной системы для трансформаторов, неопубликованную в уровне техники,

фиг.2 - электрическую схему устройства согласно изобретению,

фиг.3 - предпочтительный вариант выполнения изобретения с дополнительными конденсаторами фильтра.

На фиг.1 показана описанная в DE 102007059289.4-35, однако предварительно не опубликованная электрическая схема устройства для испытания аппаратов высоковольтной техники. При этом статический преобразователь 2 запитывается переменным напряжением из электросети 4, которое сначала поступает в выпрямитель 10. Кроме того, преобразователь 2 частоты имеет первый выход 21, второй выход 22 и третий выход 23. Статический преобразователь 2 частоты является преобразователем частоты переменного промежуточного контура напряжения с числовым управлением и регулированием. Соответствующие выходы 21, 22 и 23 статического преобразователя 2 частоты соединены с фильтровальным устройством 6, в частности с первичной стороной 11/1 фильтрующего трансформатора 11. Фильтрующий трансформатор 11 содержит первичную сторону 11/1 и вторичную сторону 11/2. Вторичная сторона 11/2 фильтрующего трансформатора 11 соединена с конденсаторами С1, С2 и С3 фильтра, соединенными по схеме звезды 13. Нулевая точка (нейтраль), образуемая соединением по схеме звезды, в свою очередь, соединена с землей 16. Фильтрующий трансформатор 11 разделяет потенциал между соответствующими выходами 21-23 преобразователя частоты и конденсаторами С1-С3 схемы 13 звезды.

Кроме того, между первичной стороной 11/1 и вторичной стороной 11/2 фильтрующего трансформатора 11 установлен заземленный электростатический экран 17. Фильтровальное устройство 6, состоящее из фильтрующего трансформатора 11 и схемы 13 звезды конденсаторов С1-С3 фильтра, первым выходом 31, вторым выходом 32 и третьим выходом 33 соединено с согласующим трансформатором 8, а последний, в свою очередь, соединен с испытуемым трансформатором 15.

Когда теперь, как изображено на фиг.2, фильтрующий трансформатор 11, установленный до этого на стороне нагрузки, согласно изобретению, перемещается на сторону электросети 4, проявляются явные преимущества не только в отношении масс отдельных компонентов испытательной системы, опытные конструкции показали, что с помощью испытательной системы, согласно изобретению, возможно лучшее подавление помех частичного разряда, производимых статическим преобразователем частоты.

В отличие от фиг.1 на фиг.2 вторичная сторона 11/2 трансформатора 11 теперь подсоединена к входам 18, 19 и 20 статического преобразователя 2 частоты. При этом первичная сторона 11/1 трансформатора 11 запитывается переменным напряжением из электросети 4. Кроме того, между первичной стороной 11/1 и вторичной стороной 11/2 предусмотрен заземленный электростатический экран 17, дополнительно способствующий отводу асимметричных возмущающих воздействий. Кроме того, трансформатор 11 обеспечивает разделение потенциала, необходимое для измерения частичного разряда с незначительными помехами. Вторичная сторона 11/2 трансформатора 11 переходит, как описано, на входы 18, 19 и 20 статического преобразователя 2 частоты, определяющего необходимое выходное напряжение, а также различные необходимые контрольные частоты. Каждый из выходов 21, 22 и 23 преобразователя 2 частот внутри фильтровального устройства 6 соединен с дросселем 24, 25 и 26, а они, в свою очередь, - с соединенными по схеме звезды и заземленными конденсаторами С1, С2 и С3 фильтра. Выходы 31, 32 и 33 фильтровального устройства 6, со своей стороны, подсоединены к согласующему трансформатору 8, который, со своей стороны, подсоединен к испытуемому аппарату высоковольтной техники, в этом случае - к силовому трансформатору 15.

На фиг.3 в фильтровальном устройстве 6 дополнительно предусмотрены соединенные между собой по схеме звезды конденсаторы 40, 41 и 42 фильтра, осуществляющие фильтрацию симметричных возмущающих воздействий между внешними проводниками.

Изобретение относится к испытанию аппаратов, в частности силовых трансформаторов (15) или дросселей. Сущность: предлагается перенести необходимое разделение потенциала (11/1, 11/2) для подавления асимметричных возмущающих воздействий на сторону входов (18, 19, 20) статического преобразователя (2) частоты, т.е. на сторону сети (4). Технический результат: повышение испытательной мощности мобильной испытательной системы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для испытания высоким напряжением аппаратов высоковольтной техники, в частности силовых трансформаторов или дросселей, содержащее трансформатор (11), в котором между первичной стороной (11₁) и вторичной стороной (11₂) предусмотрен заземленный электростатический экран (17), статический преобразователь (2) частоты, имеющий несколько выходов (21, 22, 23), подсоединенных к фильтровальному устройству (6), причем фильтровальное устройство (6) содержит соединенные между собой конденсаторы (С1, С2, С3) фильтра с заземленной точкой (13) звезды, причем несколько выходов (31, 32, 33) фильтровального устройства (6) соединены с согласующим трансформатором (8), а согласующий трансформатор (8), в свою очередь, соединен с испытуемым трансформатором (15), отличающееся тем, что трансформатор (11) подсоединен к нескольким входам (18, 19, 20) статического преобразователя (2) частоты таким образом, что трансформатор (11) обеспечивает разделение потенциала между электросетью (4) и конденсаторами (С1, С2, С3) фильтра и тем самым измерение частичного разряда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри фильтровального устройства (6) на соответствующих выходах (21, 22, 23) статического преобразователя (2) частоты установлены последовательно включенные дроссели (24, 25, 26).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтровальное устройство (6) содержит дополнительные конденсаторы (40, 41, 42) фильтра, включенные в треугольник.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что статический преобразователь (2) частоты и трансформатор (11) на стороне сети вместе с дросселями (24, 25 и 26), а также с конденсаторами (С1, С2 и С3) фильтра размещены в распределительном шкафу, так что трансформатора (15), подверженного испытанию, не достигают никакие асимметричные возмущающие воздействия.