УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к области электроэнергетики и, в
частности, к устройствам для электродинамических испытаний токами короткого замыкания (КЗ) высоковольтных силовых трансформаторов большой мощности, реакторов, выключателей и другого высоковольтного электрооборудования.
Уровень техники
Известны устройства для испытаний силовых трансформаторов с питанием от сети [RU 2041472, RU 2505600] и от автономных генераторов трехфазного тока [SU 1394172, SU 1608595].
Известные устройства не позволяют производить электродинамические испытания силовых трансформаторов большой мощности (более 80 МВА), поскольку при проведении таких испытаний броски нагрузки на энергосистему могут достигать нескольких тысяч МВА.
Так, например, для испытаний трансформатора типа ТДЦ 250000/220 мощностью 250 МВА, 220 кВ, отвечающих требованиям [ГОСТ 20233-74. Трансформаторы еловые. Методы испытаний на стойкость к коротким замыканиям.] необходима кратковременная мощность энергосистемы ≈ 15600 МВА. При этом проблемой становится не только выдача энергосистемой требуемой мощности, но и адаптация энергосистемы, ее генерирующего и другого электрооборудования к импульсным возмущениям, возникающим при проведении серии подобных испытаний.
Использование для получения испытательного напряжения промышленной частоты колебательного LC-контура с предварительным накоплением в нем энергии не позволяет обеспечить требуемую стабильность испытательного напряжения в течение заданного ГОСТом времени короткого замыкания (0,2с) из-за затухания колебаний, обусловленного активными потерями в колебательном контуре и испытуемом оборудовании (например, трансформаторе).
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности испытательного напряжения и уменьшение требуемой мощности источника питания.
Предметом полезной модели является устройство для испытаний высоковольтного электрооборудования, содержащее конденсаторную батарею, подсоединенную к первому преобразователю напряжения, катушку индуктивности, подключенную к конденсаторной батарее через коммутатор, и вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между выводом катушки индуктивности и выходным выводом устройства, а первичная обмотка подключена к выходу второго преобразователя напряжения, управляемого током и напряжением на выходе устройства с возможностью формирования добавочного напряжения, компенсирующего активные потери в устройстве и испытуемом электрооборудовании
Это позволяет получить вышеуказанный технический результат.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведена схема устройства с элементами испытательного стенда.
На фиг. 2 приведены результаты компьютерного моделирования испытаний мощного трансформатора на стойкость к КЗ, проводимых с помощью предлагаемого устройства.
Осуществление полезной модели
Устройство содержит конденсаторную батарею (КБ) 1, катушку индуктивности 2 с отводами различных уровней высокого напряжения 110-750 кВ, коммутатор 3, первый преобразователь напряжения 4, вольтодобавочный трансформатор 5, второй преобразователь напряжения 6, датчик 7 выходного тока и напряжения (условно показан один совмещенный датчик).
На фиг. 1 также показаны элементы испытательного стенда: силовой трансформатор 8, от обмоток которого в частном случае, могут питаться преобразователи 4 и 6, операторский пульт 9, ключ 10, управляемый с пульта 9, а также испытуемый трансформатор 11. (Помимо заявляемого устройства на испытательном стенде могут размещаться устройства для других видов испытаний электрооборудования, использующие элементы 8-10).
Преобразователь 4 может быть выполнен в виде двух выпрямителей-инверторов с блоком управления и сглаживающим дросселем.
Преобразователь 6 может быть выполнен по схеме инвертора напряжения с широтно-импульсным (ШИМ) управлением и однофазным выходом, к которому подключена первичная обмотка трансформатора 5.
Схема на фиг. 1 работает следующим образом.
В исходном состоянии ключ 10 и коммутатор 3 разомкнуты. Вторичная обмотка испытуемого трансформатора 11 закорочена. Пульт 9 испытательного стенда по заданию оператора (или под управлением программы) формирует команды «Заряд КБ» - «Возбуждение контура» - «Короткое замыкание» - «Гашение контура».
По команде «Заряд КБ» первый преобразователь 4 включается в режим заряда конденсаторной батареи 1 до заданного уровня напряжения.
По команде «Возбуждение контура» преобразователь 4 выходит из режима заряда (снимаются импульсы управления ключами преобразователя 4), замыкается коммутатор 3 и из батареи 1 и катушки 2 формируется колебательный контур с частотой собственных колебаний, близкой к промышленной частоте 50 Гц.
По команде «Короткое замыкание» на ключ 10 подается серия открывающих импульсов длительностью 0,2с каждый. Датчик 7 выходного тока и напряжения выдает преобразователю 6 сигналы, соответствующие значениям тока и напряжения на выходе устройства.
Преобразователь 6, управляемый током и напряжением датчика 7 формирует на вторичной обмотке трансформатора 5 напряжение компенсации  в соответствии с векторным выражением:
0
где U - номинальное значение испытательного напряжения;
n
U - текущее значение испытательного напряжения;
- ток на выходе устройства;
u.
i
k, k - коэффициенты регулирования преобразователя 6 по напряжению и току соответственно.
Такое управление обеспечивает стабилизацию выходного напряжения устройства путем изменения глубины положительной обратной связи по току  с автоматической адаптацией к характеристикам испытуемого объекта.
Напряжение  суммируется с напряжением  , снимаемым с отвода катушки 2. Сумма  поступает на первичную обмотку испытуемого трансформатора 11, обеспечивая на выходе устройства стабильное испытательное напряжение промышленной частоты в режиме КЗ.
Через 0,2с по команде «Гашение контура» ключ 10 размыкается, а преобразователь 4 переводится в режим инвертора для рекуперации в сеть неизрасходованной энергии колебательного контура.
На фиг. 2 приведена осциллограмма компьютерного моделирования режима однофазного КЗ силового трансформатора типа ТДЦ 400000/220 кВ для двух различных фаз включения ключа 10, при которых ударный ток короткого замыкания (апериодическая составляющая) равен 0 и максимальному значению. Обозначения на осциллограмме:
n
U - напряжение на испытуемом трансформаторе, (Вольт);
n
I - ток первичной обмотки испытуемого трансформатора, (Ампер);
k
U - напряжение на колебательном контуре, (Вольт).
n
Как видно из осциллограммы, напряжение U на первичной обмотке испытуемого трансформатора в процессе испытаний на стойкость к КЗ поддерживается стабильным и равным номинальному значению (амплитудное значение напряжения ≈ 200 кВ).