Требования к основным схемам стендов
Под основной схемой стенда понимается силовая схема, которая определяет испытательные возможности стенда. По этой схеме производят все испытания, за исключением измерения сопротивления обмоток постоянному току и испытания электрической прочности изоляции.
Основной схемой для испытаний на стационарном рабочем месте является силовая схема к универсальному пульту № 1 (§ 3-4), показанная в трех вариантах на рис. 3-4.
На пульсирующем конвейере схемы отдельных участков являются независимыми друг от друга. Основными схемами, определяющими испытательные возможности конвейера, здесь являются те схемы, по которым производят опыты холостого хода и короткого замыкания.
Требования к основным схемам изложены в гл. 4. Эти требования остаются в силе и для станций 1—2-го габаритов, за исключением того, что здесь каждый стенд должен иметь промежуточный испытательный трансформатор для основных испытаний, и поэтому надобность в резервировании стендов отпадает.
Особенностью станций 1—2-го габаритов является большое количество испытуемых трансформаторов, а на пульсирующем конвейере — принудительный и короткий ритм испытаний. Эти обстоятельства приводят к необходимости максимально упрощать как испытательное оборудование, так и сами переключения.
Промежуточные трансформаторы должны иметь наиболее простое переключение обмоток. На трансформаторе достаточно иметь переключение обмоток только в треугольник и в звезду, что резко упрощает переключения, которые могут быть выполнены дистанционно при помощи коммутационных аппаратов или переключателей. Переключения в схемах должны быть наиболее простыми и выполняться коммутационными аппаратами дистанционно. Размещение оборудования на пультах и щитах должно соответствовать поставленной задаче, т. е. должно быть наиболее наглядным и удобным для оперирования.
Для испытательных станций с пульсирующим конвейером основным мероприятием является автоматизация двух процессов: автоматизация переключений трансформатора при передвижении от одного участка на другой и автоматизация переключений в схеме во время испытаний. Автоматизация первого процесса представляет большую сложность и пока не нашла надлежащего решения на действующих станциях. Переключение в схемах во время испытаний осуществляется ведущим испытания дистанционно с пульта управления или полностью автоматизируется и производится без участия ведущего испытания.
На пульсирующем конвейере нужно совмещать те испытательные операции, при которых сокращается количество переключений. Например, если совместить опыт холостого хода и испытания индуктированным напряжением при повышенной частоте на одном участке, то в схеме производится только переключение генераторов. Если применить для этих испытаний двухскоростной синхронный генератор, то при переходе от одного испытания к другому в схеме не нужно выполнять переключения.
Рекомендуемые схемы стендов и параметры испытательного оборудования
Для выбора оборудования и составления схемы необходимо, кроме определения мощности, установить нужные для испытаний напряжения.
В табл. 3-3 приведены возможные сочетания номинальных напряжений обмоток трансформаторов 1—2-го габаритов, а также испытательные напряжения, которые требуются при контрольных испытаниях для опытов холостого хода и короткого замыкания и для испытания изоляции индуктированным напряжением.
Опыт холостого хода, как правило, производится при питании обмотки НН, а испытание изоляции индуктированным напряжением — при питании той же обмотки, но с подведением двойного напряжения при повышенной частоте.
Однако в тех случаях, когда напряжение обмоток ВН и НН одинакового порядка (например, 400 и 230 в) практически безразлично, какую обмотку питать при опыте холостого хода.
Опыт короткого замыкания обычно производится при закороченной обмотке НН и питании обмотки ВН. В этом случае при номинальном напряжении 35 кВ к обмотке ВН требуется подвести высокое напряжение более 2 кВ. Если же опыт проводить при токе 0,25; тогда подводимое напряжение составит:
где 6,5 — напряжение короткого замыкания испытываемого трансформатора в процентах. В табл. 3-3 дробью указаны возможные варианты испытательных напряжений при опытах холостого хода и короткого замыкания.
Таблица 3-3
Сочетания номинальных и испытательных напряжений трансформаторов 1—2-го габаритов
Из данных табл. 3-3 можно сделать вывод, что при номинальном напряжении обмоток НН трансформаторов до 0,4 кВ вне зависимости от напряжения обмотки ВН достаточны испытательные напряжения: при опытах холостого хода и короткого замыкания — 0,66 кВ; при испытании изоляции индуктированным напряжением — 0,8 кВ. Эти испытательные напряжения относятся к трансформаторам 1-го габарита и частично 2-го габарита.
Для испытаний трансформаторов 2-го габарита с номинальным напряжением обмотки НН 11,0 кВ требуются испытательные напряжения до 11,0 кВ для опытов холостого хода и до 22 кВ — для испытания изоляции индуктированным напряжением. Для опыта короткого замыкания потребуются более низкие напряжения, если испытание производить при токе 0,25Iн.
Таким образом, на испытательных станциях трансформаторов 1—2-го габаритов могут применяться силовые схемы и оборудование двух видов: одни — на испытательные напряжения до 1 кВ, а другие — на испытательные напряжения до 22 кВ.
Для принятия правильного решения при выборе силовой схемы и оборудования необходимо уточнять программу выпуска трансформаторов.
Если в программе выпуска имеется незначительное количество трансформаторов с обмотками НН на номинальное напряжение выше 0,4 кВ, то силовую схему стенда выгодней сделать на испытательное напряжение до 1 кВ, а контрольные испытания единичных трансформаторов с более высокими испытательными напряжениями проводить на станции типовых испытаний.
При значительных количествах трансформаторов с напряжением обмоток НН выше 0,4 кВ необходимо создавать два стенда с силовыми схемами и оборудованием, как указано выше (рис. 3-4).
На рис. 3-4, а и б приведены силовые схемы двух стендов до 1 кВ, а на рис. 3-4, в показана силовая схема стенда до 22 кВ. В качестве источников питания служат синхронные генераторы на 400 в, которые питают обмотки СН промежуточных трансформаторов. Схема рис. 3-4, а более удобна для переключений, так как обмотка НН промежуточного трансформатора не секционирована, но требует глубокого регулирования напряжения генератора для получения испытательного напряжения 0,23 кВ при опытах холостого хода. Схема рис. 3-4,б более универсальна по испытательным напряжениям. Схема применяется для контрольных и типовых испытаний трансформаторов 1—2-го габаритов с обмотками НН до 0,69 кВ. Назначения обмоток промежуточных трансформаторов (рис. 3-4) ясны из сопоставления их с табл. 3-3.
Для испытания изоляции индуктированным напряжением по схемам на рис. 3-4, а, б и в, требуемые испытательные напряжения получат от обмоток ВН или НН трансформаторов Т1-Т3.
Рис. 3-5. Блокировочная площадка на испытательном поле.
1 — раздвижная часть ограждения; 2 — передвижная стойка; 3 — щеколда с блокирующим контактом; 4 — площадка с блокирующим контактом.
Перед переключением испытатель, сидящий на пульте, снижает напряжение на генераторе, отключает контактор и дает звуковой сигнал. Работник, выполняющий соединения на трансформаторе, стоит на блокирующей площадке внутри испытательного поля (рис. 3·5). По звуковому сигналу и видят горящую зеленую лампу, работник сходит с площадки для пересоединений на трансформаторе. При этом блок-контакт площадки дополнительно разрывает цепь включения контактора 1К (рис. 3-4). В таких случаях рекомендуется предусматривать в схеме два последовательно включенных контактора, чтобы исключить опасность, возникающую при «залипании» контактора или поломке.
Для контрольных и типовых испытаний трансформаторов 1—2-го габаритов (см. гл. 6) рекомендуется применять синхронные генераторы 50 Гц мощностью соответственно 45 и 260 кВА (табл. 6-3).
Если по количеству испытываемых трансформаторов возможно вносить в измерения поправку на форму кривой напряжения генератора, то мощность синхронного генератора для опыта холостого хода можно значительно снизить (например, для 2-го габарита до 60 кВА).
В некоторых случаях для испытания изоляции индуктированным напряжением применяют те же генераторы, что и для опыта холостого хода. Получение от генератора двойного напряжения при 100 Гц достигается применением двухскоростного асинхронного электродвигателя в качестве привода к генератору. В этом случае из-за скольжения асинхронного электродвигателя частота генератора будет отличаться от номинальной (50 Гц), что потребует согласно ГОСТ 3484-65 внесения поправок па результаты измерения потерь холостого хода и напряжения короткого замыкания испытуемого трансформатора. Поэтому более целесообразно применять синхронный электродвигатель к генератору 50 Гц и отдельный генератор повышенной частоты 100—- 200 Гц с асинхронным электродвигателем.
Подробные расчеты мощностей для выбора синхронных генераторов и промежуточных трансформаторов даны в гл. 6 и 7.
На рис. 3-5 показаны комплекты измерительных трансформаторов, которые включаются на крайние фазы. Измерение тока в средней фазе предусмотрено по разности токов в крайних фазах. Измерение напряжений предусмотрено по схеме открытого треугольника.
Расчеты и рекомендации по выбору пределов измерения трансформаторов тока и напряжения даны в гл. 7.
Сводная схема испытательных станций
На рис. 3-6 приведена сводная схема испытательной станции на стационарном рабочем месте. Как видно из схемы, каждое из рабочих мест обслуживается своим универсальным пультом с промежуточным трансформатором. Резервирование стендов для этих станций, как уже указывалось, не нужно.
На рис. 3-7 приведена схема испытательной станции на пульсирующем конвейере, состоящая из отдельных схем в соответствии с количеством испытательных участков.
В этой схеме как измерения, так и дистанционные переключения в схеме производятся испытателем на пульте управления и измерения. Подсоединение испытываемого трансформатора после остановки конвейера и отсоединение перед передвижением производит подручный испытателя. Он же производит и те переключения, которые выполняются вручную. На каждом участке должны работать два человека — испытатель и его подручный.
Схемы частичной автоматизации испытаний
На рис. 3-8 приведен схематический план расположения станции полуавтоматизированных испытаний на пульсирующем конвейере Армянского электрозавода [Л. 17].
Рис. 3-6. Сводная схема испытательной станции трансформаторов 1—2-го габаритов на стационарных рабочих местах.
Пульты № 1 и 2 — универсальные; опыты холостого хода, короткого замыкания, испытания изоляции индуктированным напряжением, измерение коэффициента трансформации и группы; пульт № 3 — испытание масла; пульт № 4 — измерение сопротивления обмоток постоянному току; пульт № 5 — испытание изоляции приложенным напряжением. Напряжение обмотки СН и ВН 0,46/0,8 кВ.
Полностью автоматизированы измерения и переключения в пределах одного участка с ритмом 8 мин. Переключения трансформатора перед передвижением и после остановки конвейера неавтоматизированы и выполняются вручную. В дальнейшем предполагается автоматизировать и эти переключения.
Автоматизированная испытательная станция расположена в конце общего конвейера сборки трансформаторов. После окончательной сборки силовые трансформаторы, пройдя испытательную станцию и выдержав испытания, тем же конвейером подаются на склад готовой продукции. Трансформаторы, не выдержавшие испытания, снимаются с конвейера для отдельной проверки вне станции.
Контрольным испытаниям подвергаются трансформаторы следующих типов: ΤМ — 100, 180 и 320 кВА, ТСМ — 100, 180, 320 и 560 кВА.
Номинальные напряжения обмоток:
ВН — 3 000, 6 000, 6 300 и 10 000 в.
НН — 230, 400 и 525 в.
Испытательные операции выполняются в три ритма на трех участках. Первый ритм (неавтоматизированный) включает: 1) внешний осмотр трансформатора; 2) измерение сопротивления изоляции обмоток; 3) измерение сопротивления обмоток постоянному току.
Второй ритм (автоматизированный) включает: 1) определение группы соединения обмоток; 5) определение коэффициента трансформации; 6) измерение напряжения и потерь короткого замыкания (рис. 3-9, а).
Третий ритм (автоматизированный) включает: 7) испытание изоляции приложенным напряжением; 8) испытание изоляции индуктированным напряжением; 9) измерение тока и потерь холостого хода (рис. 3-9, б).
Изменение сопротивления изоляции и сопротивление обмоток постоянному току предполагается автоматизировать в дальнейшем.
Во втором ритме (рис. 3-9, а) сосредоточены испытательные операции, при которых к испытываемому трансформатору подводят низкие напряжения, а на самом трансформаторе не возникают высокие напряжения. Кроме того, эти испытательные операции подобраны так, что на каждой из них необходимы подключения к обмоткам ВН и НН испытываемо: о трансформатора. Таким образом, подключив раз трансформатор к испытательным установкам, все остальные операции переключений выполняют автоматическими аппаратами, установленными в схеме. На третьем ритме сосредоточены испытательные операции, связанные или с подведением высокою напряжения к испытываемому трансформатору, или с возникновением на трансформаторе высоких напряжений.
Испытательные операции подобраны так, что подключения к трансформатору производят со стороны НН, за исключением одного провода, подающего высокое напряжение на обмотку ВН. Таким образом, так же как и в операциях второго ритма, испытываемый трансформатор подключается только 1 раз к испытательным установкам, все последующие. переключения производятся аппаратами схемы.
На каждом участке испытаний трансформатор заземляется. Если заземление не произведено, схема блокируется и включить трансформатор невозможно.
Силовая схема второго участка показана на рис. 3-9,а. Питание испытательных установок второго участка (второго ритма) осуществляется от синхронного генератора, включенного на шины 1Ш. Регулирование напряжения, необходимое для каждого испытания, производится автотрансформатором АТМК. Пределы регулирования задаются автоматическими устройствами для получения непосредственных результатов. Измерения коэффициента трансформации производятся логометром, а проверка группы соединения обмоток — фазометром. Поворот переключателя ответвлений трансформатора ИТ в положения II и I (Uн и Uп +5%) и обратно производится автоматически поворотным устройством ПУ.
Порядок испытаний следующий:
К трансформатору подключаются семь кабелей. При этом переключатель ответвлений должен стоять на положении III (Uн — 5%). Во вводный блок автоматического устройства станции вставляется перфокарта, соответствующая испытаниям данного типа трансформатора.
Схема станций при этом настраивается на измерение электрических параметров испытываемого трансформатора. Нажатием пусковой кнопки начинается цикл испытаний.
В схеме происходит подключение логометра и автоматический подъем напряжения для измерения коэффициента трансформации при III положении переключателя (Un — 5%). В таком положении переключателя трансформатор поступает на станцию. После проверки напряжение снимается, а поворотное устройство ПУ поворачивает переключатель трансформатора на 35° и устанавливает его в положение II (Un). В этом положении производятся те же операции по определению коэффициента трансформации, как это было уже изложено. Затем ПУ поворачивает переключатель в положение I (Un +5%), и измерения повторяются.
Если трансформатор исправен, то прибор КЭП дает сигнал в схему автоматики для перехода к определению группы соединения обмоток. При напряжении на обмотке НН порядка 20% номинального фазометром φ проверяется группа соединений для одной пары фаз, затем напряжение снимается, происходит переключение фазометра на другую пару фаз и проверяется группа для этой пары фаз. По окончании этой операции начинается опыт короткого замыкания; обмотка НН испытываемого трансформатора закорачивается автоматически. Поворотное устройство ПУ возвращает переключатель из положения I в положение II, включаются в схему измерительные трансформаторы, и начинается подъем напряжения до установления в обмотке ВН номинального тока. По истечении 5 сек проверяется положение реле, подключенных к приборам; если они не отключились, то трансформатор выдержал испытание.
Силовая схема третьего участка показана на рис. 3-9,б. Питание установок силовой схемы производится от синхронного генератора Г1 через шины 1Ш. Регулирование напряжения осуществляется автоматически автотрансформаторами ТНН-45 и АТМК. Регулирование напряжения при испытаниях повышенной частотой производится на генераторе Г2.
Осуществление необходимых переключений испытываемого трансформатора по схемам производится масляным переключающим устройством МПУ. Для упрощения схемы измерений в опыте короткого замыкания применен трехфазный ваттметр.
Порядок испытания следующий: испытуемый трансформатор подключается к зажимам переключающего устройства высокого напряжения, а также к заземляющему проводу.
После нажатия пусковой кнопки начинается цикл испытаний электрической прочности изоляции приложенным напряжением при 50 Гц в следующей последовательности:
1. Напряжение на обмотке НН от испытательною трансформатора ТИ плавно повышается до испытательного значения при замкнутой на корпус обмотке ВН.
- Напряжение держится на обмотке 1 мин.
- Напряжение плавно снижается до нуля.
- Масляный переключатель МПУ переключает трансформатор ТИ на обмотку ВН, а обмотку НН замыкает на корпус. После этого повторяются пункты испытаний 1, 2 и 3 с той разницей, что испытательное напряжение на обмотке ВН повышается до нормированного значения.
При исправности изоляции МПУ разрывает связи с трансформатором ТИ и переключает обмотку испытываемого трансформатора НН на высокочастотный генератор Г2. Напряжение повышается до двойного номинального и выдерживается 1 мин (испытания выполняются при 100 Гц), а затем плавно снижается до нуля.
Рис. 3-8. Схематический план станции полуавтоматизированных испытании на пульсирующем конвейере.
1 — пульт для измерения сопротивления изоляции и сопротивления обмоток постоянному току; 2 — пульт для определения коэффициента трансформации, проверки группы, измерения напряжения и потерь короткого замыкания; 3 — пульт для испытания изоляции приложенным и индуктированным напряжением, для измерения тока и потерь холостого хода; 4 — шкафы аппаратов и приборов автоматики и измерительных трансформаторов; 5 — автоматическое поворотное устройство ПУ; 6 — масляное переключающее устройство МПУ; 7 — испытываемый трансформатор.
Если трансформатор выдержал испытания, то прибор КЭП дает сигнал на подготовку схемы к опыту холостого хода. В схему включаются измерительные трансформаторы и приборы, и начинается подъем напряжения в обмотке НН до номинального значения. Через несколько секунд (порядка 5 сек), необходимых для успокоения стрелок приборов, по положению реле, подключенных к измерительным приборам, определяется пригодность трансформатора. Этим заканчиваются испытания, и трансформатор на том же конвейере поступает на склад готовой продукции.
Представленные силовые схемы по отдельным участкам в совокупности представляют собой схему испытательной станции.
Ввиду того что промышленность не выпускает точных автоматических измерительных приборов, пришлось применить косвенный метод съема показаний приборов.
Общеизвестные автоматические измерительные приборы, как, например, электронный регулятор типа ЭРМ-47, самопишущие приборы и т. д., имеют класс точности 2,5 и поэтому непригодны для испытаний трансформаторов, так как согласно ГОСТ 3484-65 измерительные приборы для контрольных испытаний должны иметь класс точности не ниже 0,5.
Косвенный метод автоматического съема показаний измерительных приборов сводится к определению положения стрелки прибора в определенном диапазоне шкалы, соответствующем допустимым отклонениям измеряемой величины.
Для этой цели на базе астатических измерительных приборов класса точности 0,5 созданы специальные измерительно-сигнализирующие приборы. Под шкалой этих приборов в двух точках, охватывающих допустимый диапазон отклонений измеряемой величины, установлены фотосопротивления со своими осветителями, между которыми свободно проходит флажок, прикрепленный к стрелке прибора. Флажок изготовлен из тонкой фольги, а вся подвижная система прибора сбалансирована так, чтобы скомпенсировать влияние веса флажка.
Ход стрелки прибора с двух сторон ограничен упорами, следовательно, стрелка прибора может находиться:
- в начальной точке измерительного диапазона, что соответствует значениям измеряемой величины меньше минимально допустимого;
- в верхней точке измерительного диапазона, что соответствует значениям измеряемой величины больше максимально допустимого;
- между этими точками, что соответствует значениям измеряемой величины, входящим в нормы допустимых отклонений.
При первых двух положениях стрелки флажок перекрывает луч света, падающего на фотосопротивление, проводимость которого сильно уменьшается, а реле, включенное последовательно с ним, отпускает свой якорь. При всех иных положениях стрелки реле находятся под током.
Следовательно, по состоянию реле, подключенных к прибору, можно судить о соответствии или несоответствии измеряемой величины допустимым ее значениям. Из этого вытекает, что схема станции работает по принципу «да» или «нет», т. е. испытываемый трансформатор выдержал или не выдержал испытания.
В схеме станции предусмотрено применение пяти типов измерительно-сигнализирующих приборов, а именно: вольтметров, амперметров, ваттметров, фазометра и логометров.
Чтобы избежать суммирования показаний двух приборов при измерении активной мощности по методу двух ваттметров, в электрической схеме станции предусмотрено применение трехфазного ваттметра типа Д-521.
Коэффициент трансформации определяется логометрическим прибором, показывающим сразу коэффициент трансформации. Шкала прибора имеет 200 делений с нулем в середине (по 100 делений в каждую сторону), градуированных в вольтах. Если нужно измерить напряжение на зажимах одной половины прибора (т. е. одной из обмоток НН или ВН испытываемого трансформатора), достаточно разомкнуть цепи питания другой половины прибора и наоборот.
Логометр объединяет в себе два вольтметра, вращающие моменты которых направлены навстречу.
Поскольку согласно ГОСТ 3484-65 необходимо определять коэффициент трансформации на всех фазах трансформатора, схема станции предусматривает применение трех логометров.
Все перечисленные выше приборы имеют строго определенный диапазон измерения, расположенный большей частью в средней части шкалы прибора.
Применение одних и тех же приборов для всех типов трансформаторов достигается изменением пределов измерения их при помощи измерительных трансформаторов с нестандартными коэффициентами трансформации. Номинальное вторичное напряжение трансформаторов напряжения равно 10'0 в, а номинальный вторичный ток трансформаторов тока - 5 а.
Выбор требуемого коэффициента трансформации измерительного трансформатора в схеме станции осуществляется при помощи перфокарты, закладываемой во вводный блок устройства до начала испытаний. При этом из многочисленных реле автоматического устройства срабатывает та группа их, которая своими контактами должна подготовить цепи требуемых трансформаторов тока и напряжения. Кроме того, при закладке перфокарты на световом табло сигнализации зажигается лампочка, указывающая тип испытываемого трансформатора. Таким образом, вся электрическая схема станции оказывается «настроенной» на параметры испытываемого трансформатора.
Задающими программу испытаний элементами в схеме станции являются командные электрические приборы типа КЭП-12, контакты которых в разные моменты времени дают сигналы на выполнение разных операций, а именно, подъем и снижение напряжения. переключение переключателя высокого напряжения, поворот переключателя испытываемого трансформатора, проверка состояния реле измерительно-сигнализирующих приборов после успокоения стрелок и т. д. Поворот переключателя испытываемого трансформатора с одного положения на другое осуществляется при помощи специального поворотного устройства, поворачивающего вал переключателя на 35°.
Рис. 3-9. Схемы участков полуавтоматизированных испытаний на пульсирующем конвейере.
а — силовая схема второго участка; б — то же третьего участка; ИТ — испытываемый трансформатор; КЭП, СП, СУС — аппараты автоматического управления; TH и ТТ — трансформаторы напряжения и тока; ПТ — промежуточный трансформатор; АТМК — регулировочный автотрансформатор; Γ1 — синхронный генератор 50 Гц·, Г2 — то же, но 100 Гц; ТИ — трансформатор испытательный; ф — фазометр; Л — логометр; THН-45 — регулировочный трансформатор; 1Ш — шины; W — трехфазный ваттметр; А — амперметр; ПУ — поворотное устройство; МПУ — масляное переключающее устройство.
Рассмотренная станция автоматизированных испытаний представляет сложное сооружение с большим количеством нестандартного оборудования. Например, для опытов холостого хода и короткого замыкания необходимо иметь большое количество специальных измерительных трансформаторов на разные пределы измерений. Так, учитывая различные исполнения типа испытываемых трансформаторов, для данной станции требуется около 200 трансформаторов тока. При любых изменениях в типах испытываемых трансформаторов требуется менять или добавлять новые трансформаторы тока. В несколько меньшем количестве нужны по тем же соображениям трансформаторы напряжения.
Рассмотренная автоматизированная станция представляет в электротехническом отношении сложное сооружение, рентабельность которого может быть оправдана только большим количеством испытываемых трансформаторов. В рассмотренной испытательной станции следует отметить оригинальный и правильный принцип построения автоматических переключений в силовой части испытательных схем при переходе от одного испытания к другому. При этом испытатель освобождается от стандартных переключений, одинаковых для всех типов трансформаторов.
Практика работы этой станции на заводе Армэлектрозавод даст возможность решить ряд вопросов, связанных с автоматизацией процесса испытаний трансформаторов.
