ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОМПОНЕНТОВ
TEST SYSTEM FOR VARYING VOLTAGE TEST OF HIGH-VOLTAGE ELECTRIC COMPONENTS

Изобретение относится к испытательной системе для испытания переменным напряжением электрических высоковольтных компонентов, содержащей по меньшей мере один инвертор, по меньшей мере один испытательный трансформатор и по меньшей мере один высоковольтный дроссель в качестве испытательных компонентов, при этом по меньшей мере указанные испытательные компоненты расположены в общем прямоугольном контейнере.
Известно, что высоковольтные компоненты, такие как, например, силовые трансформаторы, подвергаются процессу старения, который относится, в частности, к электрической изоляции. Поэтому для обеспечения бесперебойной работы распределительной сети электроэнергии с такими высоковольтными компонентами целесообразно выполнять с определенными интервалами времени испытания, в частности, силовых трансформаторов. Такое испытание является целесообразным, соответственно, необходимым после ремонта или технического обслуживания трансформатора. Такие испытания дают информацию о состоянии, например, изоляции, и обеспечивают также возможность обнаружения других дефектов соответствующих высоковольтных компонентов.
Высоковольтные компоненты, такие как силовые трансформаторы, имеют большой вес, в зависимости от электрической номинальной мощности также свыше 100 тонн. Транспортировка такого установленного внутри распределительной энергосети трансформатора на неподвижно оборудованную испытательную площадку, на которой можно проверять трансформатор с помощью испытания переменным напряжением, практически исключается вследствие больших затрат на транспортировку соответствующего силового трансформатора. Кроме того, в очень редких случаях в электросети имеется достаточная избыточность, чтобы можно было удалять трансформатор без отрицательного воздействия на работу сети.
Поэтому такие испытания переменным напряжением силовых трансформаторов осуществляются в большинстве случаев на месте. Испытательная система, содержащая генератор переменного напряжения, а также другие необходимые для испытания компоненты, такие как высоковольтный дроссель, делитель напряжения, устройства измерения и оценки, транспортируют в нескольких блоках к месту, в котором находится подлежащий испытанию, соответственно, подлежащий техническому обслуживанию силовой трансформатор, и там монтируют в испытательную систему. В частности, высоковольтный дроссель, который необходим для резонансного испытания для образования резонансного колебательного контура с подлежащим испытанию объектом, может представлять испытательный компонент значительного размера с высотой, например, 2,5 м и внутренним диаметром, например, 1 м. Также делитель напряжения, который необходим для измерения высоких напряжений, например, вплоть до нескольких сотен кВ в резонансном колебательном контуре, является компонентом с аналогичной высотой.
При выполнении испытания переменным напряжением следует следить за тем, чтобы компоненты испытательной системы имели достаточное расстояние друг от друга и до примыкающего земного потенциала из-за возникающих высоких напряжений.
При этом недостатком является то, что монтаж на месте связан со значительными затратами времени. В частности, позиционирование и монтаж высоковольтного дросселя требует очень много времени.
Исходя из этого уровня техники, задачей изобретения является создание испытательной системы, которая имеет меньшую потребность в пространстве и обеспечивает возможность транспортировки с уменьшенным количеством конструктивных блоков.
Эта задача решена, согласно изобретению, с помощью испытательной системы с указанными в пункте 1 формулы изобретения признаками.
В соответствии с этим, испытательная система указанного выше вида характеризуется тем, что предусмотрена возможность перемещения по меньшей мере одного высоковольтного дросселя с помощью перемещающего приспособления по меньшей мере частично из контейнера по меньшей мере через одно отверстие в ограничительной поверхности контейнера.
За счет этого предпочтительно обеспечивается возможность увеличения изоляционных расстояний между высоковольтным дросселем и другими граничащими компонентами, соответственно, граничащим потенциалом земли. Таким образом, в первом варианте расположения высоковольтного дросселя внутри контейнера обеспечивается особенно компактное расположение, которое упрощает транспортировку испытательной системы. В другом варианте расположения высоковольтного дросселя снаружи контейнера увеличиваются изоляционные расстояния, что обеспечивает работу системы или по меньшей мере повышает надежность ее работы с точки зрения изоляции. Смена вариантов расположения осуществляется особенно простым образом с помощью перемещающего приспособления.
Предпочтительно, за счет компактного расположения дросселя внутри контейнера упрощается транспортировка контейнера и расположенных в нем компонентов испытательной системы.
В другом варианте выполнения испытательной системы предусмотрена возможность по меньшей мере частичного выдвигания делителя напряжения по меньшей мере через одно другое отверстие в ограничительной поверхности контейнера с помощью другого перемещающего приспособления.
Делитель напряжения, который предпочтительно применяется в резонансном контуре испытательной системы, является компонентом с аналогичной высоковольтному делителю высотой и с аналогичными требованиями к изоляции. В соответствии с этим, преимущества размещения, которые следуют из возможности перемещения высоковольтного дросселя из контейнера, справедливы также для перемещаемого из контейнера делителя напряжения.
В одном варианте выполнения испытательной системы по меньшей мере одно отверстие и/или по меньшей мере одно другое отверстие находится на одной из вертикальных ограничительных поверхностей контейнера, и перемещающее приспособление и/или другое перемещающее приспособление действует преимущественно в горизонтальном направлении.
Таким образом, обеспечивается горизонтальное выдвижение высоковольтного дросселя и/или делителя напряжения в сторону или из торцевой поверхности контейнера. Примером подходящего перемещающего приспособления является телескопическая планка.
В другом предпочтительном варианте выполнения системы, согласно изобретению, предусмотрена возможность опоры действующего горизонтально перемещающего приспособления, соответственно, другого действующего горизонтально перемещающего приспособления с выдвинутым по меньшей мере частично из контейнера высоковольтным дросселем, соответственно, делителем напряжения, вниз с помощью соответствующего опорного устройства. Таким опорным устройством является, аналогично защите от опрокидывания мобильного крана, например, расположенный в вертикальном резьбовом канале шпиндель, который можно перемещать за счет поворотного движения внутри резьбового канала так, что он образует опору между перемещающим приспособлением и грунтом. Однако возможно также множество других известных специалистам в данной области техники вариантов выполнения опорного устройства.
За счет этого уменьшается действующая на наружной кромке контейнера максимальная нагрузка крутящим моментом соответствующего перемещающего приспособления и упрощается его конструкция. Дополнительно к этому, повышается надежность постановки контейнера.
В одном варианте выполнения испытательной системы по меньшей мере одно отверстие, соответственно, по меньшей мере одно другое отверстие находится в верхней ограничительной поверхности контейнера, и перемещающее приспособление действует преимущественно в вертикальном направлении. Таким образом, обеспечивается возможность вертикального выдвижения высоковольтного дросселя, соответственно, делителя напряжения через сторону крыши контейнера. Примером такого подходящего перемещающего приспособления является гидравлическое подъемное устройство.
Предпочтительно, по меньшей мере одно отверстие и/или по меньшей мере одно другое отверстие контейнера выполнено с возможностью закрывания. Тем самым при транспортировке контейнера с закрытыми отверстиями находящиеся в нем компоненты испытательной системы лучше защищены.
В одном предпочтительном варианте выполнения испытательной системы перемещающее приспособление, соответственно, другое перемещающее приспособление снабжены соответствующим приводом. За счет этого упрощается процесс перемещения.
В другом предпочтительном варианте выполнения испытательной системы контейнер соединен с транспортировочным устройством, которое имеет несущие его колеса, например, с грузовым автомобилем. За счет этого упрощается транспортировка испытательной системы.
В этой связи особенно предпочтительным является выполнение контейнера в виде контейнера со стандартными размерами, например, в виде контейнера длиной 40 футов. В другом варианте выполнения этот контейнер имеет допуск в соответствии с конвенцией о безопасности контейнеров (CSC), и тем самым контейнер при перегрузке на контейнерное судно может быть расположен в любом положении штабелирования. За счет этого дополнительно упрощается возможность транспортировки испытательной системы.
В одном предпочтительном варианте выполнения испытательной системы контейнер имеет на своем первом конце лежащую внутри зону, в которой расположены измерительные устройства и/или устройства предварительной обработки.
Измерительное устройство предусмотрено, например, для измерения и регистрации хода изменения напряжения во время испытания переменным напряжением, при этом измеряется уменьшенное с помощью делителя напряжения до более низкого уровня напряжения. Устройство предварительной обработки предусмотрено для оценки измеренных и зарегистрированных во время импульса напряжения величин и выдачи информации, например, о состоянии изоляции проверяемого высоковольтного компонента, например, силового трансформатора.
В одном предпочтительном варианте выполнения испытательной системы испытательные компоненты электрически соединены друг с другом по меньшей мере частично с помощью изолированных высоковольтных кабелей. За счет этого можно дополнительно сокращать обусловленное изоляцией минимальное расстояние между испытательными компонентами.
В другом варианте выполнения испытательной системы, согласно изобретению, испытательная система содержит электрический резонансный колебательный контур по меньшей мере с высоковольтным дросселем и подлежащим испытанию высоковольтным компонентом, а также с подключенным к нему делителем напряжения.
Резонансный колебательный контур является простой возможностью создания высоких испытательных напряжений. На основании величины создаваемых испытательных напряжений, например, 500 кВ, необходимая для изоляции длина соответствующего делителя напряжения составляет обычно 2,5 м, как известно специалистам в данной области техники. Эта длина соответствует, примерно, также длине предпочтительного варианта выполнения высоковольтного дросселя, согласно изобретению, который имеет, например, внутренний диаметр в свету около 1 м.
Согласно изобретению, резонансный колебательный контур возбуждается с помощью инвертора и соединенного с ним электрически испытательного трансформатора. Электрическая мощность такого инвертора составляет, например, несколько сотен кВА. Инвертор создает переменное напряжение изменяемой частоты, при этом она настраивается на резонансную частоту колебательного контура. Она зависит, прежде всего, от емкости, соответственно, индуктивности испытуемого объекта, но также от индуктивности высоковольтного дросселя и емкости делителя напряжения. Параметры испытательных компонентов следует выбирать так, чтобы резонансная частота при типичных испытуемых объектах не превышала примерно 100 Гц.
В другом варианте выполнения испытательной системы высоковольтный дроссель имеет по меньшей мере один электрический проводник, который расположен с множеством витков вокруг намоточной оси, при этом витки окружают в радиальном направлении внутреннее пространство вдоль намоточной оси, при этом в этом внутреннем пространстве расположен по меньшей мере один конденсатор, с помощью которого вместе по меньшей мере с одним другим соединенным электрически с ним конденсатором обеспечивается функция делителя напряжения.
При таком расположении выполняются, в частности, требования к изоляции между витками высоковольтного дросселя и согласованным с ним конденсатором. Таким образом, целесообразно выполнять намоточное тело, на котором обычно располагаются витки высоковольтного дросселя, из изоляционного материала достаточной толщины, например, в несколько сантиметров, в зависимости от напряжения нагрузки.
Расположение конденсатора во внутреннем пространстве высоковольтного дросселя, например, в качестве составляющей части делителя напряжения, обеспечивает предпочтительное использование имеющегося там в распоряжении места.
В другом варианте выполнения испытательной системы предусмотрена возможность инициирования необходимой во время процесса испытания стадии испытания или всего процесса испытания с помощью дистанционного управления. Применение дистанционного управления предпочтительно уменьшает необходимые монтажные затраты для испытательной системы и дополнительно обеспечивает возможность более простого выполнения испытания переменным напряжением.
Другие предпочтительные возможности выполнения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Ниже приводится более подробное описание других вариантов выполнения и других преимуществ изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - первая испытательная система, на виде сверху;
фиг.2 - вторая испытательная система, на виде сбоку; и
фиг.3 - схема резонансного колебательного контура.
На фиг.1 на виде сверху показана первая испытательная система 50. На поверхности дна, имеющего прямоугольную форму первого контейнера 52, поверхность крыши которого здесь не изображена, расположено множество испытательных компонентов испытательной системы 50, согласно изобретению.
Две инверторные системы 54 расположены в передней, левой на фигуре зоне первого контейнера, которая соединена с не изображенным источником электроснабжения, имеющим, например, напряжение 400 В, 3 фазы и частоту 50 Гц. Соответствующие соединительные кабели между отдельными компонентами не изображены.
В случае трехфазного испытания переменным напряжением каждое из трех создаваемых напряжений трансформируется с помощью испытательного трансформатора 58 на более высокий уровень напряжения и подается в не изображенный испытуемый объект, при этом предусмотрена возможность преобразования соответствующих напряжений с помощью преобразователей 62, 64, 66 напряжения для измерительных целей на более низкое измеряемое напряжение. Преобразователи 62, 64, 66 напряжения имеют, например, высоту примерно 1 м и расположены, например, так, что изоляционные расстояния внутри первого контейнера 52 и до стенок контейнера допускают максимальное напряжение 220 кВ. Это напряжение является достаточным для таких трехфазных испытаний переменным напряжением. В измерительном пространстве 82 в изображенной слева зоне первого контейнера 52 предусмотрены измерительные и оценочные устройства 84, с помощью которых измеряются, запоминаются и оцениваются подводимые измерительные сигналы. Предусмотрен фильтр 56 для сглаживания при необходимости создаваемых первым инвертором 54 переменных напряжений. Кроме того, могут быть также расположены, согласно изобретению, устройства для компенсации реактивной мощности, при этом компенсация реактивной мощности может при необходимости осуществляться также с помощью фильтра 56.
Первый высоковольтный дроссель 68, 70 изображен штриховыми линиями в правой внутренней зоне первого контейнера 52 в первом положении. В этом первом положении не выдерживаются необходимые для работы первого высоковольтного дросселя 68, 70 изоляционные расстояния, например, до боковых стенок первого контейнера 52. Однако это первое положение внутри первого контейнера 52 пригодно для целей транспортировки испытательной системы.
В случае резонансного испытания первый высоковольтный дроссель 68, 70 включают в резонансный колебательный контур вместе с испытуемым объектом. Резонансное испытание выполняется однофазно, т.е. инвертор 54 создает одно единственное переменное напряжение, и требуется лишь один высоковольтный дроссель 68, 70. Возникающие при резонансном испытании напряжения часто выше, чем при нормальном испытании переменным напряжением, например, 500 кВ, поэтому преобразователи 62, 64, 66 напряжения не подходят для непосредственного применения.
Первый высоковольтный дроссель показан во втором положении 70, в которое он переведен с помощью первого перемещающего приспособления 72, например, выдвигаемой телескопической планки. Первое перемещающее приспособление 72 опирается с помощью опорного устройства 80 на постановочную поверхность первого контейнера 52. За счет этого предотвращается повышенная нагрузка на продольный изгиб первого перемещающего приспособления. Наряду с выдвинутым первым высоковольтным дросселем 70 показан первый делитель 86 напряжения, который электрически соединен с первым высоковольтным дросселем 70 через соединение 88. В этом варианте выполнения первый делитель 86 напряжения не выдвигается, согласно изобретению, с помощью перемещающего приспособления, а перемещается вручную из первого контейнера 52 и присоединяется.
На фиг.2 показана на виде сбоку вторая испытательная система 100. Второй высоковольтный дроссель 108 изображен штриховыми линиями внутри второго контейнера 124, при этом он предпочтительно выполнен в виде 40-футового контейнера. Второй контейнер 124 показан на первом и втором транспортировочном устройстве 102, 104 с соответствующими колесами 106, то есть на грузовом автомобиле с прицепом. За счет положения между ограничительными поверхностями второго контейнера 124, предпочтительно обеспечивается возможность защищенной транспортировки второго высоковольтного дросселя 108. Второй контейнер 124 при транспортировке для защиты испытательной системы предпочтительно закрыт на всех шести сторонах. В соответствии с этим, для процесса перемещения второго высоковольтного дросселя 108, 110 через наружные ограничительные поверхности второго контейнера 124 необходимо образовать отверстие, через которое обеспечивается возможность перемещения высоковольтного дросселя 108, 110 изнутри наружу. Для этого необходимо удалять или сдвигать по меньшей мере один сегмент соответствующей ограничительной стенки, предпочтительно с помощью приводного механизма или же также вручную.
Второй высоковольтный дроссель показан также во втором положении 110 снаружи второго контейнера 124. Это второе положение достигается из первого положения с помощью второго перемещающего приспособления 112, например, подъемного устройства. Направление перемещения проходит, как показано на фиг.2, в вертикальном направлении, обозначенном стрелкой 114. Однако возможно также перемещение высоковольтного дросселя в горизонтальном направлении через боковые или торцевые поверхности контейнера 124.
Аналогично второму высоковольтному дросселю 108, 110, второй делитель напряжения изображен во внутреннем положении 120 и наружном положении 122. Направление перемещения проходит в показанном случае горизонтально и обозначено стрелкой 118. Однако возможно также перемещение второго делителя напряжения 120, 122 в вертикальном направлении через поверхность крышки второго контейнера 124.
На фиг.3 показана схема резонансного колебательного контура 150, в который можно включать часть испытательных компонентов, с целью проведения испытаний. Такой резонансный колебательный контур является однофазным, то есть в показанных на фиг.1 частично трехфазных испытательных компонентах, таких как испытательный трансформатор или делители напряжения, в этой системе используется лишь одна фаза.
Инвертор 152 соединяется на месте через свои входы 154 с трехфазной сетью электроснабжения, например, с напряжением 400 В и частотой 50 Гц. На выходах 156 инвертора 152, которые соединены с клеммами стороны пониженного напряжения второго испытательного трансформатора 158, лежит регулируемое во время работы переменное напряжение, которое предпочтительно сглаживается с помощью не изображенных фильтров. Частоту переменного напряжения регулируют так, что резонансный колебательный контур возбуждается на своей резонансной частоте. Резонансный колебательный контур имеет в основном третий высоковольтный дроссель 160, испытуемый объект 172 и емкостный третий делитель 162 напряжения. Компоненты согласованы друг с другом так, что образуется резонансная частота свыше обычной для сети частоты 50 Гц, например, 150 Гц, при этом она зависит, в частности, от параметров подлежащего испытанию объекта. Испытуемый объект 172 является в показанном на фиг.3 примере трехфазным силовым трансформатором, клеммы которого на стороне низкого напряжения соединены с заземлением 170, а клеммы 174 которого на стороне высокого напряжения включены электрически параллельно друг другу в колебательный контур.
В такой системе возможно создание напряжений вплоть до нескольких сотен кВ, возможность измерения которых обеспечивается с помощью имеющего оба конденсатора 164 и 166 делителя 162 напряжения. Напряжение является задающей величиной для регулирования частоты инвертора 152.
Перечень позиций
50. Вид сверху первой испытательной системы
52. Первый контейнер
54. Первый инвертор
56. Фильтр
58. Первый испытательный трансформатор
60. Клеммы испытательного трансформатора
62. Первый испытательный преобразователь
64. Второй испытательный преобразователь
66. Третий испытательный преобразователь
68. Первый высоковольтный дроссель в первом положении
70. Первый высоковольтный дроссель во втором положении
72. Первое перемещающее приспособление
74. Первое направление перемещения
80. Опорное устройство
82. Измерительное пространство
84. Измерительное/оценочное устройство
86. Первый делитель напряжения
88. Соединение
100. Вид сбоку на вторую испытательную систему
102. Первое транспортировочное устройство
104. Второе транспортировочное устройство
106. Колесо
108. Второй высоковольтный дроссель в первом положении
110. Второй высоковольтный дроссель во втором положении
112. Второе перемещающее приспособление
114. Второе перемещающее приспособление
116. Третье перемещающее приспособление
118. Третье перемещающее приспособление
120. Второй делитель напряжения в первом положении
122. Второй делитель напряжения во втором положении
124. Второй контейнер
150. Схема резонансного колебательного контура
152. Второй инвертор
154. Входы второго инвертора
156. Выходы второго инвертора
158. Второй испытательный трансформатор
160. Третий высоковольтный дроссель
162. Третий делитель напряжения
164. Четвертый конденсатор
164. Пятый конденсатор
168. Измерительное напряжение
170. Заземление
172. Силовой трансформатор
174. Короткозамкнутые клеммы на стороне высокого напряжения
176. Короткозамкнутые клеммы на стороне низкого напряжения