СИСТЕМА И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРИБОРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 2017 года по МПК G01R31/06 

Настоящее изобретение относится к системе контроля приборов высоковольтной техники, в частности к шунтирующим электрическим реакторам, как это определено в ограничительной части независимого п. 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к способу контроля приборов высоковольтной техники, реализуемому с помощью этой системы контроля.

Шунтирующие электрические реакторы, известные также как компенсационные дроссельные катушки, достаточно хорошо известны специалисту из уровня техники и при этом используются в основном для повышения стабильности и экономичности в электросетях среднего и высокого напряжения систем электропередачи. По существу они содержат катушку по меньшей мере с одной обмоткой и перемещаемый между витками катушки ферромагнитный сердечник для управления индуктивностью. Эти приборы энергетической техники компенсируют емкостные реактивные мощности линий электропередачи, в частности, в сетях электропередачи, работающих с незначительной нагрузкой или вхолостую. Шунтирующие реакторы снижают сетевые перенапряжения при внезапных падениях нагрузки или в системах электропередачи, работающих вхолостую. В системе контроля высоковольтной техники компенсационная дроссельная катушка представляет собой контролируемую индуктивность.

Контроль высокого напряжения - это контроль за качеством изготовления компенсационной дроссельной катушки. При этом в принципе целью контроля так называемого ударного напряжения является моделирование переходных перенапряжений в сетях трехфазного тока с помощью искусственно создаваемых импульсных ударов. Значительно большую часть занимает контроль переменного напряжения. При этом на контролируемый объект подается переменное напряжение. Тем самым могут быть проконтролированы, например, линейность компенсационной дроссельной катушки, ее вибростойкость и шумовая характеристика или температурные коэффициенты. Другими составляющими являются измерение мощности потерь и контроль индуцированного напряжения путем измерения частичного разряда. Контроль последнего дает решающую информацию о качестве изоляции высокого напряжения компенсационной дроссельной катушки.

Требования, виды напряжения, а также определение его параметров определены в IEC (МЭК) 60060-1, IEC 60076-3 и IEC 60076-6.

На фиг. 1 изображена известная из уровня техники система контроля шунтирующих электрических реакторов, охарактеризованная в ограничительной части настоящего независимого пункта формулы изобретения. Эта система контроля, в частности, предназначена для контроля шунтирующих электрических реакторов и содержит двигательгенераторный агрегат, электрически подпитываемый от источника питания. Двигательгенераторный агрегат в составе системы контроля имеет задачу согласования и регулирования частоты и напряжения в системе контроля. В порядке альтернативы двигательгенераторному агрегату может быть также предусмотрен преобразователь частоты, входы которого соединены с источником питания, например с электросетью. При этом выходы двигательгенераторного агрегата, или альтернативного преобразователя частоты, соединены с первичной стороной испытательного трансформатора. В соединительную линию между выходами двигательгенераторного агрегата, или преобразователя частоты, промежуточно включен компенсационный блок, в данном случае изменяемая емкость. К вторичной стороне испытательного трансформатора подсоединен собственно контролируемый объект, а именно шунтирующий электрический реактор, который в своей эквивалентной электрической схеме представляет собой индуктивность. Для снижения напряжения на контролируемом объекте до измеряемых величин между контролируемым объектом и вторичной стороной испытательного трансформатора предусмотрен делитель напряжения, соединенный с не показанным блоком оценки. Все эти упомянутые компоненты известной из уровня техники системы контроля шунтирующих электрических реакторов давно известны специалисту в области техники и могут поставляться, например, также заявителем в качестве системы контроля приборов.

Для контроля шунтирующих электрических реакторов очень большой мощности, например 110 МВА и более, в системе контроля, известной из уровня техники, необходимо использовать испытательный трансформатор с такими же высокими электрическими параметрами, поскольку испытательный трансформатор должен рассчитываться на максимальное испытательное напряжение. Двигательгенераторный агрегат, выполненный вместе с источником энергии для электроснабжения испытательного трансформатора, также должен быть рассчитан на максимальное напряжение. Стоимость системы контроля в основном определяется выбором параметров испытательного трансформатора. При этом испытательный трансформатор, рассчитанный таким образом, с электрической мощностью до 110 МВА стоит несколько миллионов евро и к тому же из-за своей массы не может перемещаться с помощью кранов.

Поэтому задачей изобретения является создание системы контроля приборов высоковольтной техники, в которой отпадала бы необходимость в конструировании испытательного трансформатора по его электрическим параметрам с расчетом на максимальное испытательное напряжение, прикладываемое к контролируемому объекту. Кроме того, задачей изобретения является также создание способа, осуществляемого с помощью этой системы контроля.

Эта задача решается с помощью системы контроля приборов высоковольтной техники, в частности шунтирующих электрических реакторов, с признаками независимого пункта формулы изобретения, а также в части способа с признаками независимого пункта 5 формулы.

Общая идея системы контроля согласно изобретению состоит в том, чтобы предусмотреть с вторичной стороны испытательного трансформатора непрерывно регулируемую индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемую емкость таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса. При этом основными компонентами системы контроля являются собственно система контроля, а именно шунтирующий электрический реактор, образующий индуктивность, а также батарея конденсаторов, представляющая собой емкость. Оба этих компонента, а также регулируемая индуктивность, которая может быть выполнена в качестве регулируемого дросселя, согласно сущности изобретения во взаимодействии друг с другом образуют последовательный колебательный контур, снабжаемый электричеством от источника энергии и двигательгенераторного агрегата. Для согласования системы контроля с точкой резонанса необходимо согласовывать друг с другом пошагово дискретно регулируемую емкость батареи конденсаторов, контролируемый объект, выполненный в качестве индуктивности, а также пошагово непрерывно регулируемую индуктивность регулируемого дросселя, что осуществляется с помощью этапов нижеописанного способа согласно изобретению. Благодаря этому испытательный трансформатор, согласованный до этого по своим электрическим параметрам с испытательным трансформатором, может конструироваться существенно меньшим по размеру и более экономичным. Для шунтирующего электрического реактора мощностью 110 МВА согласно сущности изобретения достаточно испытательного трансформатора мощностью лишь 4 МВА. Тем самым не только испытательный трансформатор может быть сконструирован с расчетом на меньшие мощности, но и двигательгенераторный агрегат для питания системы контроля, который до этого должен был подавать в систему контроля всю подводимую мощность, может также согласно изобретению согласовываться с изменяемыми рамочными параметрами. Таким образом, общая стоимость системы контроля существенно сокращается по сравнению с уровнем техники.

Для того чтобы предложить способ, реализуемый с помощью системы контроля согласно изобретению, необходимо также решить следующие технические проблемы. При этом электрические параметры контролируемого объекта, в частности его индуктивность, являются неизменяемыми и образуют в рамках системы постоянную величину. Одновременно по условиям производства необходимо учитывать отклонения от заданных значений электрических параметров контролируемого объекта до 5%, так что рамочные параметры системы контроля могут быть предусмотрены и таким образом установлены заранее. При этом преобразователь частоты системы контроля может генерировать изменяемые частоты вплоть до 200 Гц, причем для контроля имеют значение две частоты:

- контроль индуцированного напряжения при частоте 120-200 Гц;

- измерение мощности потерь при сетевой частоте, то есть при 50 или 60 Гц.

Во время контроля индуцированного напряжения можно осуществлять дополнительную точную настройку резонансного контура системы контроля согласно изобретению путем согласования контрольной частоты, регулируемой посредством преобразователя частоты, поскольку контрольная частота, как упоминалось выше, может свободно выбираться в определенной полосе частот. Однако при измерении мощности потерь соответствующей IEC (МЭК) задана постоянная контрольная частота. В данном случае необходимо строгое согласование между емкостью и индуктивностью. Поскольку емкость батареи конденсаторов, как упоминалось выше, может регулироваться лишь пошагово дискретно, то есть не непрерывно, согласно изобретению предусмотрен дополнительный установочный дроссель для точной настройки цепи контроля. Это потому, что его индуктивность в определенном диапазоне, в свою очередь, является непрерывно регулируемой. Однако этот диапазон непрерывной регулировки относительно мал, и он не компенсирует производственных допусков электрических параметров контролируемого объекта, составляющих до 5%.

Поэтому предлагается способ, реализуемый с помощью системы контроля согласно изобретению, в котором с помощью дискретно регулируемых емкостей батареи конденсаторов осуществляется грубая настройка системы контроля, причем с помощью итерационного процесса подключаются отдельные емкости батареи конденсаторов, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряется недостаточная емкость, или отдельные емкости отключаются, если посредством измерительного устройства измеряется избыточная емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости, так чтобы в дальнейшем посредством непрерывно регулируемой индуктивности производилась точная настройка системы контроля таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса.

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

фиг. 1 - известная из уровня техники система контроля приборов высоковольтной техники, как она описывается во вводной части описания,

фиг. 2 - система контроля для контроля приборов высоковольтной техники согласно изобретению.

На фиг. 2 изображена система контроля приборов высоковольтной техники согласно изобретению, в частности таких, которые в своей эквивалентной электрической схеме представляют собой индуктивность. Система контроля содержит источник 8 энергии для электропитания, причем источник 8 энергии может быть образован, например, и без того имеющейся электросетью. Источник 8 энергии на фиг. 2 соединен с входами преобразователя 9 частоты, который может быть выполнен как традиционный преобразователь частоты. Вместо энергопитания от сети во взаимосвязи с преобразователем частоты 9 система контроля согласно изобретению в порядке альтернативы может эксплуатироваться также вместе с двигательгенераторным агрегатом 10. Двигательгенераторный агрегат 10 в рамках системы контроля выполняет задачу согласования и регулирования частоты и напряжения в системе контроля. Таким образом, двигательгенераторный агрегат 10 представляет собой известный специалисту в области техники эквивалент преобразователя частоты 9. При этом выходы преобразователя частоты 9, или двигательгенераторного агрегата 10, соединены с первичной стороной 11.1 испытательного трансформатора 11. Входные электрические параметры испытательного трансформатора 11 в зависимости от исполнения составляют 5-20 кВ, 50 Гц для контроля потери мощности и 200 Гц для контроля индуцированного напряжения. Конструктивное исполнение двигательгенераторного агрегата 10 ориентируется на локальные условия энергоснабжения, что ведет к многовариантности. Часто испытательная станция снабжается от промышленной электросети (трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с напряжением 10-20 кВ). В этом случае двигатель выполнен в виде электрической машины, предпочтительно синхронной электромашины. Если мощной электросети нет, то вместо нее может использоваться дизель, чтобы тем самым заменить источник энергии. Двигатель установлен на общем валу с генератором. Кинетическая энергия преобразуется в генераторе в электроэнергию, передаваемую испытательному трансформатору 11. Генератор в большинстве случаев является синхронной электрической машиной. Точная форма конструктивного исполнения, то есть явнополюсная или неявнополюсная машина, число пар полюсов определяются числом оборотов соединительного вала и, таким образом, конструктивным исполнением двигателя.

К вторичной стороне 11.2 испытательного трансформатора 11 подсоединен контролируемый объект 12, а именно шунтирующий электрический реактор, представляющий в своей эквивалентной электрической схеме индуктивность. В отличие от уровня техники, представленного на фиг. 1, система контроля согласно изобретению на вторичной стороне 11.2 испытательного трансформатора 11 содержит непрерывно регулируемую индуктивность 13, а также пошагово дискретно регулируемую емкость 14, обе из которых интегрированы в систему контроля в виде схемы последовательного включения таким образом, чтобы с помощью этих указанных компонентов вместе с контролируемым объектом 12, выполненным в качестве индуктивности, образовывался последовательный колебательный контур.

Для уменьшения напряжения на контролируемом объекте 12 до измеряемых величин между контролируемым объектом 12 и вторичной стороной 11.2 испытательного трансформатора 11 предусмотрен делитель 15 напряжения, соединенный с не показанным блоком оценки.

В способе, реализуемом с помощью системы контроля согласно изобретению, с помощью дискретно регулируемых емкостей 14 батареи конденсаторов осуществляется грубая настройка системы контроля, причем с помощью итеративного процесса подключаются отдельные емкости 14 батареи конденсаторов, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряется недостаточная емкость, или соответственно отдельные емкости отключаются, если посредством измерительного устройства измеряется избыточная емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости, так чтобы в дальнейшем посредством непрерывно регулируемой индуктивности 13 производилась точная настройка системы контроля таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом 12, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса.

Перечень позиций

1 двигательгенераторный агрегат

2 источник энергии

3 преобразователь частоты

4 испытательный трансформатор

4.1 первичная сторона

4.2 вторичная сторона

5 изменяемая емкость

6 контролируемый объект (индуктивность)

7 делитель напряжения

8 источник энергии

9 преобразователь частоты

10 двигательгенераторный агрегат

11 испытательный трансформатор

11.1 первичная сторона

11.2 вторичная сторона

12 контролируемый объект

13 регулируемая индуктивность

14 регулируемая емкость

15 делитель напряжения

Изобретение относится к системе контроля приборов высоковольтной техники, в частности к шунтирующим электрическим реакторам, а также к реализуемому с помощью этой системы контроля способу контроля приборов высоковольтной техники. Сущность изобретения: со вторичной стороны испытательного трансформатора предусмотрена непрерывно регулируемая индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемая емкость таким образом, чтобы указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур. В способе с помощью дискретно регулируемых емкостей батареи конденсаторов осуществляется грубая настройка системы контроля. Причем с помощью итеративного процесса подключаются отдельные емкости батареи конденсаторов, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряется недостаточная емкость. Или отдельные емкости отключаются, если посредством измерительного устройства измеряется избыточная емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости. Далее посредством непрерывно регулируемой индуктивности производится точная настройка системы контроля таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса. Технический результат: возможность снижения испытательного напряжения, подаваемого от испытательного трансформатора на объект контроля. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система контроля приборов высоковольтной техники, содержащая источник (8) энергии для электропитания системы контроля, электрически соединенный с источником (8) энергии двигательгенераторный агрегат (10) для согласования и регулирования частоты и напряжения внутри системы контроля, испытательный трансформатор (11), первичная сторона (11.1) которого электрически соединена с двигательгенераторным агрегатом (10), в то время как его вторичная сторона (11.2) электрически соединена с собственно контролируемым объектом (12), отличающаяся тем, что с вторичной стороны (11.2) испытательного трансформатора (11) предусмотрены непрерывно регулируемая индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемая емкость, так что непрерывно регулируемая индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемая емкость образуют вместе с контролируемым объектом (12) последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса.

2. Система контроля по п. 1, отличающаяся тем, что непрерывно регулируемой индуктивностью является установочный дроссель.

3. Система контроля по п. 1, отличающаяся тем, что пошагово дискретно регулируемой емкостью является батарея конденсаторов.

4. Система контроля по п. 2, отличающаяся тем, что пошагово дискретно регулируемой емкостью является батарея конденсаторов.

5. Система контроля по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что между вторичной стороной (11.2) испытательного трансформатора (11) и контролируемым объектом (12) предусмотрен делитель напряжения.

6. Способ контроля приборов высоковольтной техники с использованием источника (8) энергии для электропитания системы контроля, электрически соединенного с источником (8) энергии двигательгенераторного агрегата (10) для согласования и регулирования частоты и напряжения внутри системы контроля, испытательного трансформатора (11), первичная сторона (11.1)

которого электрически соединена с двигательгенераторным агрегатом (10), в то время как его вторичная сторона (11.2) электрически соединена с собственно контролируемым объектом (12), и испытательный трансформатор (11) трансформирует электроэнергию двигательгенераторного агрегата (10) в испытательное напряжение, отличающийся тем, что с помощью пошагово дискретно регулируемых емкостей (14) осуществляют грубую настройку системы контроля, при этом с помощью итерационного процесса подключают отдельные емкости, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряют недостаточную емкость, или отдельные емкости отключают, если посредством измерительного устройства измеряют избыточную емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости, причем в дальнейшем посредством непрерывно регулируемой индуктивности (13) производят точную настройку системы контроля таким образом, чтобы пошагово дискретно регулируемая емкость (14) и непрерывно регулируемая индуктивность (13) вместе с контролируемым объектом (12), выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса.