Исследование старения и срока службы внутренней изоляции ВН - Резонансная трансформаторная схема для испытаний изоляции КРУЭ

Статья представлена 23.11.84.
УДК 621.314
Т. А. Елизарова, А. И. Кузнецов, А. А. Филиппов (НИИПТ), Ю. П. Аксенов (СКГБ ВКТМосэнерго)
РЕЗОНАНСНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СХЕМА ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕГАЗОВЫХ КРУ
При изучении электрической прочности изоляции большой интерес представляет информация о состоянии объекта испытаний (в дальнейшем - объекта) в момент пробоя. Пробой обычно сопровождается электрической дугой, воздействие которой за время отключения испытательного трансформатора может существенно исказить картину пробоя, особенно в жидкой и на поверхности твердой изоляции. Если при пробое дуга не возникает, то на объекте возможны перенапряжения, которые могут привести к повторным пробоям или перекрытиям, в том числе и в другом месте. Применение в качестве источника высокого напряжения резонансных испытательных установок позволяет значительно уменьшить влияние пробоев на состояние исследуемой изоляции и повысить надежность работы испытательного оборудования.
В высоковольтных лабораториях ряда зарубежных фирм - "Хипотроникс" (США), "Броун Boeeprf' (Швейцария) и др. — резонансные схемы широко применяются как для кратковременных, так и для длительных испытаний изоляции кабелей, конденсаторов, электрических аппаратов и другого оборудования. Испытательное напряжение в этих схемах получают с помощью высоковольтных реакторов с широким диапазоном регулирования индуктивности, которые настраиваются в резонанс с собственной емкостью объекта испытаний. Разработка таких реакторов, по общему признанию, потребовала больших затрат времени и средств [1]. В нашей стране таких реакторов не выпускают, и поэтому применение резонансных установок ограничено. В [2] был предложен источник высокого напряжения, в котором в качестве высоковольтных регулируемых индуктивностей используются испытательные трансформаторы. Резонансная установка трансформаторов была изготовлена в СКТБ ВКТ Мосэнерго и использовалась для высоковольтных испытаний ячеек элегазовых КРУ 110—220 кВ на месте их монтажа. В данной статье рассматривается возможность применения резонансной трансформаторной схемы для проведения длительных испытаний изоляции.
Принципиальная схема резонансной трансформаторной установки показана на рис. 1. Каждый трансформатор в этой схеме можно представить как высоковольтную индуктивность. Число ступеней резонансной схемы определяется испытательным напряжением и номинальным напряжением трансформаторов. Для увеличения допустимого тока установки трансформаторы на ступенях можно объединять параллельно, причем низковольтные обмотки трансформаторов соединяются последовательно, а высоковольтные — параллельно. Регулировку индуктивности первого трансформатора резонансной схемы можно осуществлять как при последовательном, так и при параллельном подключении индуктивности, либо одновременно двумя индуктивностями L\ и L". В первом случае через сеть будет протекать полный ток испытательной установки, а напряжение питания будет определяться активными потерями в схеме. Во втором случае через сеть будет протекать только активный ток, а напряжение питания будет равно напряжению первого трансформатора. При одновременном подключении индуктивностей L\ и L" в зависимости от их соотношения можно получить все промежуточные значения напряжений и тока питания.

1. Принципиальная схема резонансной установки трансформаторов

Рис. 2. Принципиальная схема питания каскада трансформаторов 2 X 600 кВ

В качестве примера реализации резонансной трансформаторной схемы рассмотрим установки, которые использовались в НИИПТ для исследований электрической изоляции. На рис. 2 показана принципиальная схема питания каскада трансформаторов Народного предприятия "ТУР* (ГДР) 2X600 кВ. Обычно питание каскада осуществляется от фидера 10 кВ через понижающий трансформатор Тр110/5 кВ и регулятор напряжения РН1 0*5 кВ. При. резонансной схеме питание каскада осуществляется от сети 380 В через регулятор напряжения РН2 (Н500 В и регулируемый реактор L типа FDEOUM 1066/10/4/. Как показали эксперименты, собственная емкость высоковольтной обмотки трансформаторов, приведенная к обмотке низкого напряжения, составляет примерно 50 мкФ или j60 Ом. Реактор позволяет изменять индуктивность в пределах от 20 до 200 мГн или .от 6 до 60 Ом. Резонанс в данной схеме может быть получен без подключения объекта испытания на емкостях трансформаторов и ошиновки. Добротность контура реактор-каскад трансформаторов на промышленной частоте равна примерно 10. Активная составляющая этого контура, приведенная к стороне высокого напряжения трансформатора,— около 10 МОм. Обычно активная составляющая проводимости изоляции объектов испытания составляет менее 1% от их емкостной проводимости, и, таким образом, объект испытаний не уменьшает добротности контура. Экспериментально установлено, что н пред разрядные процессы в промежутке стержень-плоскость также не оказывают влияния на добротность. Если активная составляющая проводимости значительна, что имеет, например, место при испытаниях загрязненной или увлажненной изоляции, применение резонансных схем не эффективно.
Для испытаний изоляции элегазовых КРУ была смонтирована высоковольтная установка по схеме рис. 1. В этой схеме использовались серийные трансформаторы типа ИОМ 100. Напряжение на первичной стороне этих трансформаторов не превышает 360 В для трансформаторов мощностью 100 кВ-А и 200 В для трансформаторов меньшей мощности, поэтому регулируемые индуктивности изготавливаются на низкое напряжение. Возможность комбинирования последовательного и параллельного соединения трансформаторов в схеме позволяет получить широкий диапазон значений испытательного тока и .напряжения. Например, при наличии четырех трансформаторов ИОМ 100/100 с номинальным напряжением 100 кВ и током 1 А при последовательном соединении всех трансформаторов можно получить испытательное напряжение 400 кВ при допустимом токе 1 А и соответственно при двух ступенях схемы и параллельных трансформаторах - 200 кВ л 2 А. По аналогичной схеме была собрана испытательная установка, состоящая из двух последовательных трансформаторов, для полевых испытаний элегазового КРУ 1200кВ в США [3]. В качестве регулируемой индуктивности использовался реактор 2,3 кВ с переменной индуктивностью.
При малой собственной емкости .объекта испытаний в резонансную схему можно включать дополнительные конденсаторы. Конденсаторы должны подключаться параллельно объекту на высоковольтной стороне трансформаторов. В этом случае при пробое испытуемого объекта переходный процесс в схеме будет происходить без перенапряжений. Если дополнительные конденсаторы подключить к низковольтным выводам трансформатора, то. при пробое объекта могут возникнуть перенапряжения с частотой, определяемой индуктивностью рассеяния трансформатора и емкостью ошиновки.
В резонансных испытательных установках, состоящих из нескольких ступеней (см. рис. 1), паразитные емкости трансформаторов и ошиновки могут привести к существенному перераспределению напряжения по трансформаторам при пробое объекта. В этом случае к трансформаторам резонансной схемы будет приложено напряжение  с крутым фронтом. На рис. 3 показана эквивалентная схема для расчета импульсного переходного процесса, где kj — собственная емкость трансформатора, а С,- - паразитная емкость бака трансформатора на землю. Для переходного режима можно написать систему уравнений, в которых токи будем находить через производные соответствующих напряжений:

Рис. 3. Эквивалентная схема резонансной установки для расчета импульсного переходного процесса

Перенапряжения будут отсутствовать при условии

Выводы.

1. Применение резонансных схем эффективно при испытаниях изоляции, имеющей малую активную проводимость.
2. Отсутствие перенапряжений и относительно большое время восстановления напряжения после пробоев, позволяющее отключить установку без повторных разрядов в объекте, при испытаниях на резонансных установках приводят к значительно меньшим разрушениям исследуемой изоляции при пробое в объекте испытаний и повышают надежность работы оборудования.
3. Возможность комбинирования соединений трансформаторов и уменьшение потребляемой от сети мощности расширяет диапазон использования испытательного оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Experience of AC voltage tests with variabli frequensy using a leghtweight on-site series rcsonancc device /W. Zaeng), F. Bemasconi, B. Bachmann, W. Shmidt, K. Spinnler. - CIGRE — 1982, R. 23-07.
2. A. c. 1001370 (СССР). Преобразователь переменного напряжения в высокое переменное напряжение для реактивной нагрузки /С. А. Агишев, Л. Л. Жданова, А.   Р. Зарицкий, А. А. Филиппов. Заявл. 12.05.81 № 1001370, опубл. в Б. И., 1983, № 8. МКИ Н02М5 /12. УДК 6 21.314.2 (088.8).
3. Cooper J. Н., South W. Н., Shimshock J. Е. Field test experience and diagnostie techniques on 1200-kV Gas insulated substation components. - CIGRE - 1984, R 23-07.