МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И КАБЕЛЕЙ

Представленное техническое решение относится к области электротехники, используется в мобильных устройствах резонансного типа для испытаний силовых трансформаторов, кабелей, комплектно распределительных устройств элегазовых (КРУЭ), вводов и другого оборудования на месте их установки повышенным напряжением и током.
Известно устройство передвижной установки для диагностики силовых трансформаторов (ПАТЕНТ RU 103191 UI, МПК: GOIR 31/02, опубликован 27.03.2011) [1], содержащее на шасси транспортного средства измерительный блок, автономный генератор промышленной частоты, трехфазный комплект измерительных трансформаторов.
Недостатком устройства является использование промышленной частоты для генератора, что повышает мощность и габариты испытательной установки, а также измерение напряжений и токов в виде действующих, а не амплитудных значений.
Известно устройство (ПАТЕНТ CN 201289515 Y, МПК: G01R 31/12, опубликован 12.08.2009) [2], которое представляет передвижную установку для испытаний оборудования на частичные разряды, удобную для транспортировки и позволяющую проводить испытания на месте применения, что оказывает малое влияние на окружающую среду.
Недостатками устройства являются невозможность диагностирования изоляции и токовых цепей при предельно допустимых по нормативам напряжениях и токах.
Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является устройство «Резонансная система переменного тока для испытаний высоковольтных кабелей на месте применения», (каталог «Highvolt, Test with the best», стр. 1, 2; 19-21) [3], которое содержит блок управления и питания, состоящий из статического преобразователя частоты и системы управления, трансформатор, резонансный реактор, делитель напряжения и блокирующее сопротивление. Испытательное напряжение регулируется статическим преобразователем частоты и измеряется откалиброванной измерительной системой, состоящей из пикового вольтметра и делителя напряжения. В случае обрыва в испытываемом объекте в высоковольтной цепи могут вырабатываться высокие переходные напряжения. Блокирующее сопротивление защищает резонансный реактор от перенапряжений.
Недостатками устройства являются большие габариты и масса мобильного устройства, невозможность продолжительной работы, невозможность испытания токоведущих частей испытываемого объекта.
Технической задачей предложенного технического решения является создание устройства, обеспечивающего испытания объекта на месте применения не только изоляции, но и токоведущих частей.
Технический результат, достигаемый в заявленном техническом решении, заключается в повышении надежности испытываемого объекта и снижение мощности мобильного устройства.
Поставленная задача решается благодаря тому, что
1. Мобильное устройство для испытаний силовых трансформаторов и кабелей, содержит блок управления и питания, состоящий из статического преобразователя частоты с системой управления, трансформатор, резонансный реактор, делитель напряжения, блокирующее сопротивление в виде блокирующего резистора. В предложенном техническом решении трансформатор выполнен с обмотками среднего напряжения (CH), высокого напряжения (BH) и низкого напряжения (HH). Обмотка HH через последовательно соединенные резонансный реактор, конденсаторную батарею, блокирующий резистор в цепи HH присоединена к испытываемому объекту, соединенному с измерительной системой с датчиками тока.
2. Мобильное устройство предложенного технического решения отличается тем, что трансформатор выполнен двухобмоточным, имеющим обмотки BH и CH, а обмотка HH выполнена с помощью отпайки от обмотки CH. Обмотка BH через последовательно соединенный резонансный реактор, параллельно соединенные делитель напряжения и конденсаторную батарею, последовательно соединенный блокирующий резистор в цепи высокого напряжения присоединена к испытываемому объекту, соединенному с дополнительной измерительной системой.
Предложенное техническое решение поясняется рисунком, фиг. 1, на котором приведена структурная схема мобильного устройства для испытаний силовых трансформаторов и кабелей. Пунктиром показаны элементы и связи, отличающие предложенное устройство от наиболее близкого аналога.
Устройство содержит:
1 - статический преобразователь частоты с системой управления;
2 - трансформатор;
3 - резонансный реактор;
4 - конденсаторная батарея;
5 - делитель напряжения;
6 - блокирующий резистор;
7 - испытываемый объект;
8 - дополнительная измерительная система;
9 - измерительная система с датчиками тока.
В мобильном устройстве для испытаний силовых трансформаторов и кабелей:
1) для испытаний током статический преобразователь частоты с системой управления 1 подключен к обмотке HH трансформатора 2, который последовательно соединенной с резонансным реактором 3, конденсаторной батареей 4, блокирующим резистором 6, испытываемым объектом 7 и измерительной системой с датчиками тока 9
2) для испытаний изоляции статический преобразователь частоты с системой управления 1 подключен к обмотке BH трансформатора 2, который последовательно соединен с резонансным реактором 3. Резонансный реактор 3 последовательно соединен с параллельно включенными делителем напряжения 5 и конденсаторной батареей 4, причем к их выходу присоединены последовательно соединенные блокирующий резистор 6, испытываемый объект 7 и дополнительная измерительная система 8.
Устройство работает следующим образом. От трехфазной сети напряжением 0,4 кВ подается питание на вход статического преобразователя частоты с системой управления 1. Преобразователь частоты преобразует трехфазное входное напряжение в трехфазное напряжение HH (для испытаний силовых трансформаторов), а также в однофазное напряжение HH (для испытаний кабелей) высокой частоты (ВЧ). При этом нагрузка обмотки ВН отключена и работает только колебательный контур, обведенный пунктирной линией на фиг. 1. Частота нагрузки подстраивается с помощью подбора емкости конденсаторной батареи 4 и плавно частотой статического преобразователя частоты с системой управления 1 до резонанса последовательного колебательного контура, образованного основными элементами: резонансным реактор 3 и конденсаторной батареей 4. Амплитуда тока плавно изменяется статическим преобразователем частоты с системой управления 1 до достижения заданного уровня, контролируемого измерительной системой с датчиками тока 9.
Отсутствие обрывов цепи и выдержка под током нагрузки и последующей перегрузки подтверждают правильность монтажа токовых цепей испытываемого объекта.
После проведения токовых испытаний питание статического преобразователя частоты с системой управления 1 отключается, нагрузка обмотки HH трансформатора 2 отсоединяется и перебирается параллельный колебательный контур в цепи высокого напряжения, соответствующей верхней ветви фиг. 1 с элементами: резонансным реактором 3, конденсаторной батареей 4, делителем напряжения 5, блокирующим резистором 6, испытываемым объектом 7, дополнительной измерительной системой 8. После сборки указанной цепи она присоединяется к обмотке ВН трансформатора 2.
На данном этапе испытаний проверяется изоляция испытываемого объекта 7. Для этого вновь включается питание статического преобразователя частоты с системой управления 1 и его частота плавно повышается вплоть до достижения резонанса в верхнем колебательном контуре фиг. 1. При достижении заданного уровня испытательного напряжения осуществляется его выдержка для проведения контроля и оценки уровня частичных разрядов с помощью дополнительной измерительной системы 8. Успешное проведение испытаний свидетельствует об отсутствии дефектов изоляции испытываемого объекта 7.
После проведения обоих циклов испытаний отключается питание статического преобразователя частоты с системой управления 1, проверяется отсутствие напряжения, накладываются переносные заземления и отсоединяется испытываемый объект.
Токовые нагрузки колебательного контура могут соответствовать номинальному току и току перегрузки. Частота колебательного контура грубо определяется емкостью конденсаторной батареи, а тонко подстраивается изменением частоты статического преобразователя частоты с системой управления 1 по каналам, показанным тонкими линиями: от делителя напряжения 5 и от измерительной системы с датчиками тока 9 на входы статического преобразователя частоты с системой управления 1. Напряжение питания мобильного устройства преимущественно трехфазное 0,4 кВ.
Достигнуто снижение габаритов и массы трансформатора в связи с заменой трехобмоточного трансформатора на двухобмоточный трансформатор с отпайкой от обмотки CH части для обмотки HH, к которой подключается токовый колебательный контур и испытываемый объект. Снижение мощности достигается повышением частоты статического преобразователя частоты с системой управления до уровня собственной частоты колебательного контура. При этом для мощных трансформаторов и длинных кабелей эта частота понижена вплоть до сетевой и ниже. Для трансформаторов малой мощности и коротких кабелей эта частота повышается до 300 Гц и выше.
Предлагаемое устройство позволяет провести испытания как изоляции, так и нагрузки токовых цепей за счет снижения сопротивления колебательного контура, образованного основными элементами: резонансным реактором 3, конденсаторной батареей 4 и испытываемым объектом 7. Конденсаторная батарея 4 должна собираться из конденсаторов с двумя изолированными выводами относительно корпуса.
Применение предлагаемого мобильного устройства определяется необходимостью испытаний оборудования после монтажа, ремонта, прокладки кабеля, замены муфт и других работ на месте применения, что в результате повышает надежность эксплуатации испытываемого объекта в том числе с применением диагностической аппаратуры, например, для измерения частичных разрядов.
Предлагаемое техническое решение позволит резко снизить число аварий в энергосистеме и повысить надежность энергоснабжения за счет возможности на месте осуществить ремонт эксплуатируемого объекта либо проверить и диагностировать вновь монтируемое оборудование, например, силовые трансформаторы, кабели или КРУЭ перед включением их в эксплуатацию.
Применение предлагаемого устройства позволит повысить пожаро- и взрывобезопасность в случае применения сухого трансформатора, существенно снизить его стоимость за счет выполнения из унифицированных элементов в случае применения стандартного трансформатора и резонансного реактора.
Исходя из вышеизложенного задача создания устройства, позволяющего выполнить испытания изоляции и токоведущих частей испытуемого объекта на месте применения с целью повышения его надежности и снижения мощности заявленного устройства решена.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
[1] - ПАТЕНТ RU 103191 UI, МПК: GOIR 31/02, опубликован 27.03.2011;
[2] - ПАТЕНТ CN 201289515 Y, МПК: G01R 31/12, опубликован 12.08.2009;
[3] - Каталог «Highvolt, Test with the best» стр. 1, 2, 19-21.