Установка для випробовування шунтувальних реакторів високої напруги

Установка для випробовування шунтувальних реакторів високої напруги, що складається з вимикача, конденсатора та випробовуваного реактора, яка відрізняється тим, що введено джерело випрямленої напруги, допоміжний реактор, вимикач зарядного струму конденсатора, 3 з'єднаний із блоком пам'яті, перший вхід цифрової обчислювальної машини з'єднаний з монітором, другий вхід - з входом цифро-аналогового перетворювача, вихід якого з'єднаний з керуючим входом силового ключа. Недоліками цього пристрою є низька випробувальна напруга і неможливість визначення стану головної ізоляції. За прототип обрано установку для контролю ізоляції шунтувальних реакторів високої напруги [Испытание мощных трансформаторов и реакторов / Алексеенко Г.В., Ашрятов А.К., Веремей Е.А., Фрид Е.С. - М.: Энергия, 1978. 520с. стр. 376-383], яка містить синхронний генератор, вихід якого приєднаний до вимикача випробовувального трансформатора (в подальшому вимикач), а вихід цього вимикача приєднаний до первинної обмотки випробувального трансформатора типу ИОМ500/500, вторинна обмотка якого приєднана до паралельно приєднаних батареї конденсаторів і реактора, який випробується. Недоліком даної установки є те, що вона не придатна для випробовувань в умовах діючих електроустановок, де відсутня можливість монтажу генератора, проміжного трансформатора та батареї конденсаторів. В основу корисної моделі поставлено задачу створення установки для випробовування шунтувальних реакторів високої напруги, в якій за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається підвищення випробувальної напруги до величини повної розрахункової напруги як для головної, так і для виткової ізоляції, а як наслідок, є можливість більш об'єктивно оцінити технічний стан ізоляції реактора на даний момент часу і спрогнозувати його зміну стану в майбутньому, що дає можливість обґрунтовано й об'єктивно призначити заходи щодо технічного обслуговування й ремонту. Крім того, з'являється можливість контролювати не лише опір і діелектричні втрати в ізоляції, а і параметри часткових розрядів при напрузі, яка перевищує робочу, що дасть змогу запобігти виходу з ладу реактора. Поставлена задача досягається тим, що в установку для випробовування шунтувальних реакторів високої напруги, яка складається з вимикача, конденсатора та випробовуваного реактора, введено джерело випрямленої напруги, допоміжний реактор, вимикач зарядного струму конденсатора, загальну ємність, причому перший вивід джерела випрямленої напруги приєднаний до першого виводу вимикача зарядного струму конденсатора, другий вивід вимикача зарядного струму конденсатора приєднаний до першого виводу конденсатора та до першого виводу вимикача, а другий вивід вимикача приєднаний до першого виводу випробовуваного реактора і до першого виводу допоміжного реактора, а другий вивід випробовуваного реактора приєднаний до першого виводу загальної ємності, а другий вивід загальної ємності приєднаний до другого виводу джерела випрямленої напруги та до другого 28954 4 виводу конденсатора та до другого виводу допоміжного реактора. На Фіг.1 зображена її структурна схема установки для випробовування шунтувальних реакторів високої напруги. На Фіг.2 показана схема заміщення випробування реактора в режимі резонансу напруги складена на основі структурної схеми (Фіг.1). На Фіг.3 наведена заступна схема для розрахунку перехідного процесу операторним методом в схемі випробування реактора в режимі резонансу напруги. На Фіг.4 зображена спрощена заступна схема для розрахунку перехідного процесу методом вузлових потенціалів. На Фіг.5 показаний графік зміни напруги на реакторі в часі. На Фіг.6 наведений графік зміни струму через реактор в часі. На Фіг.1 показані: 1 - джерело випрямленої напруги; 2 - вимикач зарядного струму конденсатора; 3 - вимикач; 4 - конденсатор, 5випробовуваний реактор, 6 - допоміжний реактор, 7 - загальна ємність, що є сумарною ємністю підстанційного ошинування, реактора і вводу, причому перший вивід джерела випрямленої напруги 1 приєднаний до першого виводу вимикача зарядного струму конденсатора 2, другий вивід вимикача зарядного струму конденсатора 2 приєднаний до першого виводу вимикача 3 та до першого виводу конденсатора 4, а другий вивід вимикача 3 приєднаний до першого виводу випробовуваного реактора 5 і до першого виводу допоміжного реактора 6, а другий вивід випробовуваного реактора 5 приєднаний до першого виводу загальної ємності 7, а другий вивід загальної ємності 7 приєднаний до другого виводу джерела випрямленої напруги 1 та до другого виводу конденсатора 4 та до другого виводу допоміжного реактора 6. Запропонована установка працює так: при подачі зарядного струму від джерела випрямленої напруги 1 через замкнений контакт вимикача випрямленої напруги 2 та через конденсатор 4, конденсатор 4 буде заряджатись доти, доки не зарядиться. В конденсаторі 4 відбувається накопичення електричної енергії. Вимикач 3 в цей час - вимкнутий. По закінченню процесу накопичення електричної енергії (декілька хвилин) в конденсаторі 4, вимикач зарядного струму конденсатора 2 вимикається. Лише після цього вмикається вимикач 3. Енергія від конденсатора 4 переходить до випробовуваного реактора 5, допоміжного реактора 6 та загальної ємності 7. Загальна ємність 7 заряджається, а потім розряджається на індуктивність випробовуваного реактора 5 та на індуктивність допоміжного реактора 6. В електричному колі загальної ємності 7 та випробовуваного реактора 5 та допоміжного реактора 6 виникають автоколивання, які затухають. Схожі автоколивання виникають і в другому контурі, а саме між конденсатором 4 та допоміжним реактором 6. 5 28954 Як приклад розглянемо можливість використання запропонованої установки для випробовувань реактора РОДЦ 110000/750. Приймаємо: - L=6Гн - індуктивність випробовуваного реактора 5 РОДЦ 110000/750; - L1=45мкГн - індуктивність допоміжного реактора 6; - С=7500пФ - загальна ємність 7; - С1=100мкФ - ємність конденсатора 4; - U1 макс=5,5кВ - напруга джерела випрямленої напруги 1, - Uмакс=635кВ - напруга на випробовуваному реакторі 5 під час випробовувань. Енергія, запасена в ємності підключеної до цього вводу. Q1=(U2·C)/2 (1) де U - напруга, яка дорівнює амплітудному значенню фазної напруги. Uмакс=787√2/√3=635кВ (2) де С - ємність ошинування й устаткування, підключеного до нього. Після обриву струму в контурі "індуктивність L реактора - ємність С" виникнуть коливання з кутовою швидкістю w w×L=1/w×С. (3) Індуктивність реактора дорівнює 6Гн. Кутова швидкість w при частоті (грозових та комутаційних перенапруг) 750Гц w=2×p×f=4720 1/с. (4) тоді: C=1/w2×L=7,5 10-9Ф, (5) Q1=U2×C/2=1520Дж. (6) За таких умов індуктивність реактора L1 має бути L1=1/w2×С=45мкГн. (7) Тоді при ємності 1000мкФ зарядна напруга повинна бути U1 мaкс=√2Q1/C1=1,75кB. (8) а при ємності 100мкФ зарядна напруга повинна бути U1 макс=5,5кВ. При цьому індуктивність реактора повинна бути 45мГн. Схема заміщення для випробування реактора в режимі резонансу напруги, для отримання залежності струму і напруги на реакторі наведена на фігурі 2. Схема заміщення для операторного метода розрахунку наведена на фігурі 3. Початкова умова для даної розрахункової схеми UC1(0)=Е. (9) Заземлимо один з вузлів, тобто приймемо його потенціал таким, що дорівнює нулю (фігура 4) j2=0. Рівняння для визначення потенціалу в першому вузлі æ ö ç ÷ UC1( 0)C1p 1 1 ç j1(p ) × + + C1p ÷ = çL p+R ÷ 1 p 1 R +L p + ç 1 ÷ 2 2 C2p è ø (10 ) Спрощене рівняння ö æ 1 C2 p ÷ j1(p) × ç ç L p + R + R + L p + R C p + 1 + C1p ÷ = UC1(0 )C1p 1 2 2 2 2 ø è 1 Після перетворення: (11 ) 6 j1(p) × ... + j1(p ) ... C2L 2p2 + C2L 2p + 1 + L1C2p2 + C2R1p + C1C2L1L2p 4 + (L1p + R1)(C2L 2p2 + C2R2p + 1) C1C2 (L1R2 + L 2R1)p3 + C1(L1 + C2R1R 2 )p2 + C1R1p + ... = UC1( 0)C1 C1C2L1L 2p4 + C1C2 (L1R 2 + L 2R1 )p3 + [C2 (L1 + L 2 ) + C1(L1 + C2R1R2 )]p2 C1C2L1L 2p3 + L1C2R 2p2 + L1p + C 2L 2R1p2 + C2R1R 2p + R1 (L1C2 + C2R2 + C1R1 )p + 1 ... = UC1( 0)C1 Вираз для потенціалу в точці 1: j1(p) = ... UC1(0) (L1p + R1)(L 2C2p2 + C2R 2p + 1) 4 C1C2L1L 2p + C1L1C2R2p3 + C1C2R1L 2p3 + C1C2R1R 2p2 + L2C2p2 + C2L1p2 ... + C1L1p 2 + C1R1p + C2R 2p + C2R1p + 1 З урахуванням числових значень: j1(p ) = 7 × 106 × 1122p3 + 22627p 2 + 2.5 × 107 p + 5 × 108 12342p4 + 248897p3 + 9 × 1010 p2 + 2.05 × 1010 p + 2 × 1015 . Струм який протікає через реактор, тобто струм І3(р): j1(p) I3 (p ) = (16 1 R 2 + L 2p + ) C 2p , I3 (p ) = j1(p ) × C2p C2L 2p 2 + C2R2p + 1 (17 ) . Напруга на реакторі: Up(p)=I3(p)·(R2+L2p), (18) Up ( t ) = 64 × 10 6 e -10 t × cos( 27 × 10 4 t ) + 24 × 10 -10 te -10 t × sin(27 × 10 4 t ) - 20 × 10 4 e -83 3 3 - 83 -1 t × cos(15 × 10 t ) - 26 × 10 e 3 × sin(15 × 10 t ) I3 ( t ) = -29e-10t × cos(27 × 104 t ) + 39e -10 t × sin(27 × 104 t ) + 29e -83 - 2.2e -83 -1 t -1 t × cos(15 × 103 t ) × sin(15 × 103 t ) Графіки цих функцій в залежності від часу наведені на фігурах 5, 6. 66. -1 t × 7 28954 8