СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ СЕТИ НА СТОЙКОСТЬ К ТОКАМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
METHOD OF TESTING POWER TRANSFORMERS FOR RESISTANCE TO SHORT-CIRCUIT CURRENTS

Предлагаемое изобретение относится к области высоковольтной электротехники, к силовым трансформаторам и может найти применение при проведении предусмотренных стандартами типовых испытаний силовых трансформаторов на стойкость к токам короткого замыкания (КЗ).
Для проведения таких испытаний необходим источник очень большой электрической мощности - до десятков ГВ·А. Поэтому такие испытания проводятся на специальных мощных испытательных стендах (генераторных или сетевых). Число таких стендов в мире ограничено, а в России их всего два. Мощности этих стендов ограничены и далеко не все типы трансформаторов можно испытать на стойкость при КЗ. В частности, в России можно испытать трансформаторы единичной мощностью не более 25-40 МВ·А, в то время как номенклатура выпускаемых в РФ силовых трансформаторов - до 1000 МВ·А. Кроме того, эти испытания весьма трудоемки и дороги: с учетом стоимости доставки мощного трансформатора на стенд и обратно стоимость испытаний может превышать стоимость самого трансформатора.
Известен способ испытаний силовых трансформаторов на стойкость при коротком замыкании на стенде от специального ударного генератора, при котором напряжение питания подают на одну (первичную) обмотку от специального регулируемого источника мощности - ударного генератора с регулируемым напряжением с использованием ударного согласующего трансформатора, реакторов, выключателей и др., а другую (вторичную) обмотку замыкают накоротко (ГОСТ 20243-74. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость при коротком замыкании, пункт 3) - [1].
Недостатком этого способа является высокая стоимость испытаний и транспортировки трансформатора в одну и другую сторону и ограничения, связанные с испытательной мощностью источника.
Известен способ испытаний трансформаторов на стойкость при КЗ от сети (Хренников А.Ю. Силовые трансформаторы. Проблемы электродинамической стойкости // Новости Электротехники - 2008. -№6 (54). - с.32-35) - [2], при котором выбирают точку в сети с достаточно большой мощностью КЗ, необходимой для типовых испытаний трансформатора, транспортируют туда испытуемый трансформатор, одну обмотку (например, первичную обмотку) подключают непосредственно к сети, а вторую (вторичную) обмотку замыкают накоротко (либо наоборот - вторичную подключают к сети, а первичную закорачивают).
После такого испытания трансформатор транспортируют либо на место установки (в случае положительного результата испытаний), либо на завод-изготовитель для разборки.
Недостатками этого способа являются ограниченные возможности испытаний трансформаторов разной мощности и высокая стоимость транспортировки трансформатора в одну и другую сторону.
Наиболее близким к предлагаемому способу испытаний является способ испытаний трансформаторов на стойкость при КЗ от сети (Стандарт США IEEE Std С57. 12.90™ - 2010. IEEE Standard test code for Liquid-immersed distribution power and regulating transformers. Стр.60-65. Пункт 12. Short-circuit tests) - [3], при котором сначала трансформатор доставляют на место его постоянной установки в сети (на подстанцию), затем выводы его первичной обмотки, выполненные с переключателем ответвлений, подключают к высоковольтной сети, затем при помощи устройства коммутации выводы вторичной обмотки испытуемого трансформатора замыкают накоротко в нужный момент времени. В случае положительного результата испытаний трансформатор остается на месте установки (подстанции) для дальнейшей эксплуатации.
Недостатком этого способа является отсутствие универсальности: фактически при этом происходит замена типовых испытаний одного трансформатора серии испытаниями всех трансформаторов данной серии из-за невозможности получения в конкретной точке сети на конкретной подстанции необходимого по стандарту значения тока КЗ из-за конечной (как правило, меньшей, чем установлено стандартом) мощности КЗ сети в точке проведения испытаний. Таким образом, существенно возрастает стоимость испытаний всех трансформаторов серии.
Задачей предлагаемого способа испытания силовых трансформаторов от сети на стойкость при КЗ является обеспечение в испытуемом месте условий для получения значений испытательных токов КЗ в соответствии с требованиями стандартов, что позволит избежать дополнительных транспортировок испытуемого силового трансформатора в другие места его испытаний.
Техническим результатом от реализации поставленной задачи является:
- возможность считать испытание одного силового трансформатора из серии, проведенное по предлагаемому способу, типовым испытанием для всех силовых трансформаторов данной серии за счет возможности повышения значений испытательных токов в сети до уровня, требуемого по стандартам;
- снижение общих затрат на испытания.
Решение поставленной задачи и получение соответствующих технических результатов достигается тем, что в способе испытания силовых трансформаторов от сети на стойкость к токам короткого замыкания, включающем подключение выводов первичной обмотки с переключателем ответвлений испытуемого силового трансформатора к высоковольтной сети, замыкание накоротко выводов его вторичной обмотки в нужные моменты времени, измерение необходимых для диагностики результатов испытаний параметров (например, напряжения сети, величины тока и сопротивления короткого замыкания и др.), отключение выводов первичной обмотки испытуемого силового трансформатора от сети, размыкание его вторичной обмотки, повторение процесса испытаний необходимое количество раз, перед подключением выводов первичной обмотки испытуемого силового трансформатора к высоковольтной сети поднимают напряжение сети до максимального рабочего значения, а подключение выводов его первичной обмотки к сети проводят в режиме минимального положения ее переключателя ответвлений.
Повышение напряжения сети до максимального рабочего значения перед подключением выводов первичной обмотки к сети в совокупности с подключением выводов первичной обмотки к сети в режиме минимального положения ее переключателя ответвлений позволит значительно снизить затраты на испытания всех силовых трансформаторов одной серии (типа) и трансформаторов других типов, которым испытанный силовой трансформатор может служить прототипом, за счет возможности при этих условиях значительно увеличить значения токов КЗ.
Повышение напряжения сети до максимального рабочего значения перед подключением выводов первичной обмотки к сети позволит увеличить значение тока КЗ на 10-15%, поскольку максимальное рабочее напряжение в сети обычно на 10-15% превышает номинальное значение, а перевод ее переключателя ответвлений в режим минимального положения позволит увеличить ток КЗ еще на 5-10%, поскольку собственное индуктивное сопротивление трансформатора уменьшается на 5-10% при переходе от номинального к минимальному положению переключателя ответвлений. Общее увеличение тока КЗ составит не менее 20%, что обеспечит получение значений испытательных токов КЗ в соответствии с требованиями стандартов.
Сопоставительный анализ предлагаемого способа испытаний трансформатора на стойкость при КЗ с современным уровнем подобного рода техники и отсутствие описаний аналогичных способов в известных источниках информации позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «новизна».
Заявленный способ характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новое качество (снижение общей стоимости испытаний за счет повышения испытательных токов КЗ), что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».
На фигуре приведена упрощенная однофазная схема проведения испытаний на месте установки для пояснения процесса проведения испытаний силовых трансформаторов на стойкость при КЗ.
Схема испытаний состоит из следующих основных элементов: испытуемый силовой трансформатор - 1; электрическая подстанция - 2; распределительное устройство - 3 подстанции 2; электрическая сеть -4; первичная обмотка - 5 трансформатора 1; переключатель ответвлений - 6 первичной обмотки 5 трансформатора 1; выключатель В - 7; вторичная обмотка - 8 трансформатора 1; устройство коммутации (короткозамыкатель) К - 9.
Предлагаемый способ испытаний трансформатора на стойкость при КЗ иллюстрируется конкретным примером.
макс
ном
макс
Перед проведением испытаний трансформатор 1 устанавливается на подстанции 2, которая через распределительное устройство 3 подключена к источнику высокого напряжения - к сети 4. Затем напряжение сети 4 поднимают до наибольшего значения U (обычно максимальное рабочее напряжение на 10% превышает номинальное напряжение сети U). Подъем напряжения осуществляют специально для проведения испытаний за счет регулирования напряжения трансформаторов подстанции (на данной подстанции или на соседней подстанции), либо за счет выбора времени испытаний, соответствующего минимальной нагрузке в сети, когда напряжение в сети максимально. Затем переключатель ответвлений 6 первичной обмотки 5 испытуемого силового трансформатора 1 устанавливают в положение «минимум» с целью уменьшения числа витков первичной обмотки 5. Как правило, на этом положении переключателя ответвлений 6 индуктивное сопротивление КЗ трансформатора примерно на 10% ниже, чем в положении переключателя ответвлений 6, соответствующему номинальному напряжению, т.е. имеется возможность получить достаточно большой ток короткого замыкания, необходимый по стандарту. Далее первичную обмотку 5 испытуемого силового трансформатора 1 через распределительной устройство 3 подключают выключателем 7 к наибольшему рабочему напряжению U сети 4. Таким образом, на первичную обмотку 5 трансформатора 1 подается напряжение примерно на 20% выше, чем напряжение, которое должно быть на данной минимальной ступени регулирования. Затем в нужный момент времени (как правило, в момент прохождения переменного напряжения сети через ноль) замыкают накоротко вторичную обмотку 8 испытуемого силового трансформатора 1 с помощью устройства коммутации 9. В результате в обмотках испытуемого силового трансформатора 1 протекают токи КЗ примерно на 20% выше, чем при обычной схеме подключения трансформатора 1 к номинальному напряжению сети на номинальном положении переключателя ответвлений 6 первичной обмотки 5.
макс
ном
В ходе испытаний обычно проводят в зависимости от требований заказчика и стандартов несколько опытов (период испытаний от подключения выводов первичной обмотки к сети до ее отключения от сети). В ходе каждого опыта проводят измерения напряжения сети, токов в первичной и вторичной обмотках, индуктивного сопротивления и других необходимых для диагностики результатов испытаний параметров. После окончания опыта испытуемый силовой трансформатор 1 отключают от сети 4 выключателем В 7 и размыкают устройство коммутации К 9. Напряжение в сети 4 с максимального значения U снижают до номинального U. Затем выполняют следующий опыт и т.д. Процесс испытаний повторяют необходимое количество раз в зависимости от результатов измерений в ходе опытов.
В качестве устройства коммутации 9 для замыкания вторичной обмотки 8 может быть использовано устройство быстродействующей управляемой коммутации.
В качестве такого быстродействующего устройства коммутации 9 может быть использовано комплексное распределительное устройство (КРУ) на базе вакуумного выключателя с управляемыми разрядниками. Для проведения испытаний в КРУ имеются соответствующая ошиновка, разъединитель, измерительные и защитные устройства и др.
Поскольку, как правило, учет реальной мощности КЗ сети дает расчетные сниженные токи КЗ по сравнению с установленными стандартом на 10-20% (мощность КЗ в стандарте установлена в расчете на точку в системах с максимальной мощностью КЗ с учетом роста мощности КЗ в перспективе на многие годы), поэтому при использовании данного способа испытаний увеличенное примерно на 20% значение тока КЗ будет соответствовать значению, требуемому по стандартам. Силовой трансформатор будет испытан на стойкость при КЗ в соответствии с требованиями стандартов, что соответствует типовым испытаниям трансформаторов этого типа на стойкость при КЗ. Этим достигается цель предлагаемого изобретения - обеспечение типовых испытаний силовых трансформаторов на стойкость при КЗ на месте установки в соответствии с требованиями стандартов.
Если силовой трансформатор предназначен для установки на подстанции, где проведены испытания, то при благоприятных результатах испытаний он остается для дальнейшей эксплуатации. Все последующие произведенные заводом-изготовителем трансформаторы этого типа и трансформаторы других типов, которым испытанный силовой трансформатор может служить прототипом, могут не подвергаться типовым испытаниям на стойкость при КЗ, чем при применении предложенного метода обеспечивается выполнение другой цели изобретения - снижение общих затрат на испытания.