Требования, предъявляемые к основной схеме стенда
Основной схемой называется силовая схема стенда с промежуточным трансформатором и пультом для опытов холостого хода и короткого замыкания и для испытания изоляции трансформаторов повышенным индуктированным напряжением, а также для испытания на нагрев.
Основные схемы отличаются друг от друга принятыми в них промежуточными трансформаторами, которые характеризуют испытательные возможности стенда.
Выбор промежуточных трансформаторов к стендам в зависимости от мощности и класса напряжения испытуемых трансформаторов рассмотрен в § 7-2.
Правильное построение основной схемы имеет некоторые трудности в результате предъявляемых к ней противоречивых требований.
С одной стороны, схема должна быть простой, наглядной и надежной ввиду частых и сложных переключений, производимых в ней персоналом, в некоторых случаях с непосредственным прикосновением к токоведущим частям высокого напряжения после отключения стенда от источника питания, например, для переключения измерительных трансформаторов или обмоток промежуточных трансформаторов с помощью накладок шинопроводов.
С другой стороны, основная схема должна быть гибкой, чтобы обеспечить разнообразные случаи испытаний и полностью использовать все возможности, заложенные в оборудовании стенда. При большом количестве коммутационных аппаратов создаются трудности в размещении этого оборудования и доступа к нему для переключений, что необходимо учитывать при составлении схемы.
Принципы построения основных схем одинаковы, в них должны быть предусмотрены:
- промежуточный и измерительные трансформаторы;
- разъединители видимого разрыва по технике безопасности;
- включение питающих синхронных генераторов как на промежуточный трансформатор, так и, минуя его, непосредственно на испытуемый объект;
- выключатель с дистанционным управлением для оперативного включения и отключения стенда и для автоматического отключения в случае аварийных перегрузок или срабатывания блокировок безопасности.
Для оперативного выключателя необходимо применять аппарат, предназначенный для частых включений. Например для этой цели может быть использован изготовляемый промышленностью высоковольтный контактор, выполняемый на напряжение 6 кВ и ток 150— 300 а.
При больших токах и напряжениях приходится применять масляные выключатели.
Переключения в схеме должны выполняться с помощью разъединителей. Применение накладок может быть оправдано только при больших токах и на стендах для типовых или лабораторных испытаний.
Необходимо стремиться к максимальной автоматизации переключений разъединителями секций обмоток промежуточных трансформаторов, пределов измерительных трансформаторов, для того чтобы по возможности избежать непосредственного соприкосновения испытателя с токоведущими частями, уменьшить возможность ошибочных операций и сократить время переключений. Такую автоматизацию в особенности рекомендуется предусматривать на испытательных станциях трансформаторов 4—6-го габаритов. Эти станции имеют большую протяженность и значительные площади, на которых можно организовать установку электрических приводов разъединителей и других устройств для автоматизации переключений.
В зависимости от напряжений обмоток НН и ВН, а также мощности испытываемых трансформаторов применяется различное построение основной схемы стенда и различные по параметрам промежуточные трансформаторы.
б) Основные схемы стендов для испытания трансформаторов 2—3-го габаритов
Согласно табл. 1-1 предельные мощности трансформаторов 2-го габарита могут быть в составе программы выпуска трансформаторов 3—4-го габаритов. В этом случае в одном потоке объединяют производство трансформаторов мощностью 630—1600 кВА, сходных по своим технологическим данным.
Трансформаторы 3-го габарита мощностью до 1 600 кВА имеют те же сочетания напряжений обмоток НН и ВН, что и трансформаторы 2-го габарита (160—630 кВА). Поэтому напряжения промежуточного трансформатора и построения основной схемы аналогичны изложенным в § 3-5,а (см. рис. 3-4,в).
В данном случае наиболее целесообразно применение трехобмоточного трансформатора ввиду большой разности напряжений обмоток ВН, НН, СН и возможности свести к минимуму переключения в обмотках ВН и СН трансформатора. Обмотка СН, используемая для возбуждения, принимается на напряжения 220—380 в. Стенд питается от синхронного генератора на 400 в. Испытание индуктированным напряжением производится от генератора повышенной частоты 200 Гц, 400 в. Напряжение генератора подводится к той же обмотке СН, переключенной на 220 в. Напряжения на обмотках ВН и НН в этом случае удваиваются, создавая необходимый диапазон напряжений для испытаний индуктированным напряжением. Схема предусматривает непосредственное включение генераторов на испытуемые трансформаторы.
Данные по напряжениям и назначению оборудования в этой схеме изложены в § 3-5,б.
в) Основные схемы стендов для испытания трансформаторов 3—4-го габаритов
Основная схема стенда с двухобмоточным промежуточным трансформатором показана на рис. 4-1. Эта схема применяется для испытания трансформаторов 3—4-го габаритов с обмотками НН на 3,15—11 кВ.
В зависимости от предельной мощности испытываемых трансформаторов промежуточный трансформатор выбирается номинальной мощностью от 750 до 5 600 кВА (см. § 7-2).
Применение двухобмоточного промежуточного трансформатора упрощает силовую и измерительную части схемы. При этом один и пи же комплект измерительных трансформаторов используется при работе промежуточного трансформатора как в повышающем, так и в понижающем режимах. Упрощается также конструкция промежуточного трансформатора и распределительного устройства испытательной установки (в дальнейшем — РУИ).
Некоторым недостатком схемы с двухобмоточным промежуточным трансформатором (по сравнению с трехобмоточным), является необходимость более частых переключений обмоток промежуточного трансформатора.
При выборе промежуточного трансформатора основной схемы надо стремиться к тому, чтобы обмотки трансформатора имели минимально необходимое число секций обмоток ВН и НН и напряжения этих секций не дублировались.
Коммутационная аппаратура (разъединители, выключатели и др.), показанная на рис. 1-1, имеет следующее назначение.
Разъединители 1Р, 2Р, 4Р, 5Р, 6Р, 7Р и оперативный выключатель МВ являются обязательными по соображениям техники безопасности и должны отключаться при заходе персонала на испытательные поля и распределительные устройства РУИ, находящиеся под напряжением при включении этих аппаратов.
Рис. 4-1. Основная схема стенда с двухобмоточными промежуточными трансформаторами мощностью до 6 300 кВА.
1ТТ — трансформаторы тока для щитовых приборов; МВ — оперативный выключатель; 1Т — промежуточный испытательный трансформатор; 1ДП, 2ДП — панели переключения секций обмоток ВН и НН промежуточного трансформатора; 1—7Р и 1П, 2П — разъединители и переключатели (5—ΊΡ — разъединители видимого разрыва поля); 2ТТ — лабораторные трансформаторы тока; 1ТН, 2ТН — лабораторные трансформаторы напряжения; 1— 3КП — колонки подключения; 1ΠΠ, 2ПП — предохранители; ИТ — испытываемый трансформатор.
Разъединитель 1Р отключается при ревизиях. Разъединители 2Р, 4Р отключаются перед заходом в камеру РУИ для переключения обмоток трансформатора на панелях 1ДП и 2ДП, пределов измерения трансформатора тока 2ТТ и трансформаторов напряжения 1ТН, 2ТН или для переключений разъединителей в камере РУИ.
Разъединители 5Р, 6Р, 7Р отключаются перед заходом на балконы испытательного поля. Приводы этих разъединителей должны размещаться в коридорах управлениях. Приводы остальных разъединителей и переключателей 1П и 2П могут находиться внутри камеры.
Вообще желательно приводы разъединителей располагать снаружи, чтобы по возможности избегать захода в камеры РУИ при переключениях. Размещение разъединителей и приводов должно быть таким, чтобы создавались удобства при переключениях и наглядность состояния схемы.
Выключатель МВ предназначен для оперативного включения и отключения. При всех переключениях испытатель должен отключить МВ дистанционно с пульта. Если при включенном МВ будут открывать (с нарушением правил) заблокированные двери, крышку пульта или отключать разъединители 1P, 2Р, 4Р, 5Р, 6Р, 7Р, приводы которых вынесены за пределы РУИ, выключатель МВ отключится блокировками перечисленной аппаратуры и дверей.
Таким образом, блокируются только те устройства и помещения, в которых испытатель должен в течение рабочего дня систематически производить переключения, соприкасаясь с токоведущими частями оборудования.
Гибкость схемы создается переключателями 1ПР и 2ПР. Используя различные варианты переключений, можно получить следующие режимы:
- Работа синхронного генератора машинного зала непосредственно на испытываемый трансформатор.
- Работа промежуточного трансформатора в повышающем или понижающем режимах в зависимости от подключения к синхронному генератору обмотки НН или ВН промежуточного трансформатора.
Схема стенда позволяет использовать в различных сочетаниях напряжение генератора и промежуточного трансформатора, увеличивая или уменьшая напряжение на выходе.
При испытании изоляции индуктированным напряжением, комбинируя переключениями, можно увеличить в несколько раз напряжение на испытываемом трансформаторе по отношению к номинальному при соответствующем повышении частоты источника питания.
Измерительная часть схемы для проведения испытаний состоит из трансформаторов тока 2ТТ и трансформаторов напряжения 1ТН, 2ТН лабораторного типа (класса 0,2) с несколькими пределами измерения (см. § 7-3,б).
Схема рассчитана на предельные номинальные напряжения 11 кВ и кратковременно на 22 кВ, а по току — на предельную мощность промежуточного трансформатора. Выдача напряжения на испытательное поле выполняется одним шинопроводом с выходом на поперечные балконы испытательного поля.
Измерения тока нагрузки источников питания производятся через трансформаторы тока 1TT, а вторичные цепи трансформаторов напряжения источников питания совместно с другими цепями управления и измерения выдаются на пульт из машинного зала.
г) Основные схемы стендов для испытания трансформаторов 4—6-го габаритов
Для опытов холостого хода и короткого замыкания, а также для испытания индуктированным напряжением трансформаторов 4— 6-го габаритов требуется значительно больший диапазон напряжений и токов, чем при испытании трансформаторов 3—4-го габаритов. Поэтому основную схему стенда в данном случае целесообразно принять с трехобмоточным промежуточным трансформатором согласно § 7-2 со следующими номинальными напряжениями обмоток:
генераторная обмотка (СН) — 6,3—11 кВ при соединении в треугольник и звезду;
обмотка НН секционированная—2-1,9 кВ фазно;
обмотка ВН секционированная — 2-11 кВ фазно.
На рис. 4-2 и 4-3 приведены основные схемы стендов с трехобмоточными промежуточными трансформаторами.
На схемах предусмотрено непосредственное включение синхронного генератора на испытываемый объект, минуя промежуточный трансформатор. При работе через промежуточный трансформатор секции обмотки ВН и НН могут соединяться параллельно или последовательно, а фазы — в звезду или треугольник. Кроме того, обмотки ВН и НН могут соединяться по автотрансформаторной схеме, т. е. последовательно между собой. В результате от промежуточного трансформатора можно получить различные комбинации напряжений, что дает возможность полностью использовать мощности как генератора, так и промежуточного трансформатора.
Так, например, при соединении обмотки НН трансформатора на 1,9 или 3,3 кВ и возбуждении его от генератора повышенной частоты 6,4 кВ (для испытания индуктированным напряжением) можно примерно вдвое или втрое повысить напряжение на обмотке ВН промежуточного трансформатора.
В зависимости от номинальной мощности испытываемых трансформаторов 4—6-го габаритов могут применяться промежуточные трансформаторы согласно § 7-2 типовой мощностью 7 500, 15 000 или 31 500 кВА и номинальными напряжениями обмоток, указанными выше. Основные схемы стендов с этими трансформаторами имеют некоторые особенности.
Схема стенда, показанная на рис. 4-2 ,а, применяется с промежуточным трансформатором 7 500 кВА.
Рис. 4-2. Основная схема стенда с трехобмоточным промежуточным трансформатором 7 500 кВА.
а — с двумя шинопроводами; б — то же с одним шинопроводом.
Рис. 4-3. Основная схема стенда с трехобмоточными трансформаторами 15 000 или 31 500 кВА с двумя шинопроводами. 1—8 ШН — шинные накладки.
На таком стенде могут быть испытаны трансформаторы 4—5-го габаритов с предельной мощностью до 80 000 кВА и сочетаниями класса напряжения обмоток: НН — 6, 10, 35 кВ, ВН —35, 110, 220 кВ.
Для одной группы трансформаторов потребуются испытательные напряжения до 11 (22) кВ, а для другой группы — 35, (70) кВ. Цифры в скобках относятся к испытанию индуктированным напряжением при повышенной частоте. В соответствии с этим и с учетом габаритов испытываемых трансформаторов, составляется основная схема стенда с размещением колонок подключения.
Схема на рис. 4-2,а содержит две системы шин 1Ш, 2Ш и соответственно две группы измерительных трансформаторов: 2ТТ, 1— 2 ТП — для испытаний при напряжениях до 35 (70) кВ и 3—8ТТ, 3—4ТН — для испытаний при напряжениях до 11 (22) кВ. Оперируя разъединителями 6Р, 7Р, 9Р1 и 9Р2, можно включить обмотку НН промежуточного трансформатора на систему шин 1Ш «высоковольтной» части схемы и, наоборот, обмотку ВН (при соединении на 11 кВ) можно включить на систему шин 2Ш части схемы низкого напряжения.
Колонки подключения 1КП, 3КП, 4КП и 6КП на рис. 4-2,а предусмотрены для испытательных напряжений до 11 (22) кВ, а колонки 2КП и 5KП — для испытательных напряжений до 35 (70) кВ. Колонки до 11 (22) кВ размещаются на поперечных балконах испытательных полей.
Если для испытаний требуются напряжения не более 11 (22) кВ, то на каждом поле могут устанавливаться по два испытываемых трансформатора. Когда же для испытаний трансформаторов большой мощности требуются напряжения до 35 (70) кВ, на каждом поле устанавливается по одному трансформатору, которые подключаются к колонкам 2КП и 5КП, размещенным на высоте 7—8 м.
Система шинопроводов для промежуточного трансформатора 7 500 кВА может быть выполнена и совмещенной согласно схеме на рис. 4-2,б. В этом случае силовая схема стенда значительно упрощается. Однако для этой схемы требуются специальные разъединители, рассчитанные на номинальное напряжение обмотки ВН при соединении секций последовательно, а фаз в звезду и номинальный ток обмотки НН при соединении секций параллельно, а фаз в треугольники.
Рис. 4-4. Основная схема стенда для типовых испытаний с трехобмоточным промежуточным трансформатором 120 МВА, 4Х11/2XU5/11—6,3 кВ.
К — конденсаторная батарея.
Поэтому стандартные разъединители не подойдут по своим техническим характеристикам.
Учитывая упрощение и удешевление стенда в случае применения специально изготовленных разъединителей, следует рекомендовать для применения схему на рис. 4-2,б.
На рис. 4-3 показана силовая схема стенда с трехобмоточным промежуточным трансформатором на 15 000 или 31 500 кВА (см. § 7-2). Эта схема применяется для контрольных испытаний трансформаторов 5—6-го габаритов предельных мощностей с обмотками ВН класса напряжения 110, 220, 330 и 500 кВ. В этой схеме разница в номинальных токах обмоток ВН и НН промежуточного трансформатора еще больше, чем в схеме с трансформатором 7 500 кВА.
Схема на рис. 4-3 предусматривает две раздельные системы шинопроводов со своими измерительными трансформаторами аналогично схеме на рис. 4-2,а.
Рассмотренные выше схемы стендов с соответствующими промежуточными трансформаторами могут быть использованы для типовых испытаний на нагрев и лабораторных исследований. Однако для типовых испытаний трансформаторов предельных мощностей (до 630 МВА) и предельных классов (до 750 кВ) стенд с промежуточным трансформатором недостаточен; к нему необходимо подключение конденсаторной батареи для компенсации реактивной мощности испытываемого трансформатора (§ 6-6).
На рис. 4-4 показана основная схема такого стенда с трехобмоточным промежуточным трансформатором на 120 МВА и конденсаторной батареей.
Первичная обмотка СН промежуточного трансформатора, рассчитанная на 60 МВА, 6,3—11 кВ, предназначена для подключения одного или двух совместно работающих синхронных генераторов. Одна из вторичных обмоток ВН1 служит для подключения конденсаторной батареи К, а другая обмотка ВН2, рассчитанная на полную мощность и номинальное напряжение 4-11 кВ фазно, предназначена для питания испытываемого трансформатора (см. § 6-6). При отключенной конденсаторной батарее обмотка ΒΗ1 может быть использована отдельно или совместно с обмоткой ВН2 (при соединении по автотрансформаторной схеме) для испытаний.
д) Измерительная часть основной схемы стендов
Как уже было оказано выше, измерительная часть основной схемы содержит несколько комплектов измерительных трансформаторов, рассчитанных на различные пределы по току и напряжению.
Технические данные измерительных трансформаторов и рекомендуемые пределы токов и напряжений в зависимости от мощности и напряжений испытываемых трансформаторов приведены в гл. 7. Элементные схемы измерения и управления разбираются в гл. 8.
Трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для измерения активной мощности, устанавливаются на каждой фазе. Они должны быть на класс выше подключенных к ним измерительных приборов, т. е. не ниже класса 0,2.
Измерительные трансформаторы, не предназначенные для измерения активной мощности, могут иметь класс точности 0,5.
Многопредельные трансформаторы тока классов 0,2 и 0,1 на высокие напряжения с удобным переключением пределов тока начали внедряться в производство лишь в последнее время. Поэтому в качестве измерительных трансформаторов находили применение трансформаторы тока типа ТПФ и ТНШ, а при напряжениях до 35 (70) кВ — трансформаторы тока типа ТПФН.
Трансформаторы тока типа ТПФ класса 0,5 набираются в группы до 8 шт., которые обеспечивают стенд необходимыми пределами измерений. Для токов от 2 000 а и более устанавливаются трансформаторы типа ТНШ. Схема сборок трансформаторов ТПФ приведена в гл. 10.
е) Выбор аппаратуры для силовой схемы стенда
Испытательные станции находятся на дорогой площади цеха, обслуживаемого мостовыми кранами, каждый квадратный метр которой необходимо по возможности использовать под производство. По этим причинам распределительные устройства ВН испытательной станции должны занимать минимальные площади.
Остановка одного из участков станции даже на длительное время не создает аварийного положения с выпуском, так как на станциях всегда имеются резервирующие установки смежных стендов или стенды типовых испытаний.
Оборудование стендов испытательной станции не подвержено атмосферным перенапряжениям. Коммутационные перенапряжения (за исключением аварийных случаев) отсутствуют, так как включение и отключение испытательных нагрузок производится при пониженном напряжении или при погашенном поле питающего генератора. Поэтому при выборе и размещении оборудования по классу напряжения нельзя подходить с теми же мерками, что и для подстанций. Электрооборудование стендов, как это было разобрано ранее, можно разделить на две системы по классу напряжений 50 Гц: системы 10 и 35 кВ, а в некоторых случаях, кроме того, и 60 кВ.
При кратковременных испытаниях главной пли продольной изоляции трансформаторов индуктированным напряжением повышенной частоты напряжение на аппаратуре стенда между фазами может удваиваться или в некоторых случаях утраиваться. Эти напряжения могут находиться в пределах 22—70 кВ, а в некоторых случаях доходить до 90 кВ (см. § 7-1). Длительность этих испытаний составляет 24-40 сек при частотах 250—150 Гц. Наибольшее количество испытаний изоляции индуктированным напряжением производится при двукратном и значительно меньшее при трехкратном повышении номинального напряжения (см. гл. 6).
Если руководствоваться этими предельными напряжениями при выборе электрооборудования, то например, для силовых схем стендов с промежуточными трансформаторами 7 500 кВА и более пришлось бы применять аппаратуру и изоляторы класса 110 кВ. Распределительные устройства получились бы громоздкими и неоправданными.
В табл. 4-5 приведены одноминутные испытательные напряжения 50 Гц для аппаратуры классов напряжения 10—35 кВ с нормальной изоляцией и воздействия на изоляцию этой аппаратуры при двух- и трехкратном повышении номинального напряжения во время кратковременных испытаний трансформаторов напряжением повышенной частоты.
Из табл. 4-5 видно, что даже при трехкратном повышении номинального напряжения между фазами воздействие на изоляцию аппаратуры относительно корпуса не превышает 70—75% одноминутного испытательного напряжения 50 Гц. Практика эксплуатации оборудования стендов действующих испытательных станций показывает, что кратковременные повышения поминального напряжения между фазами примерно до 75—80% испытательного не имеют заметных последствий для этого оборудования.
На основании приведенных соображений для основных схем стендов с рабочим напряжением 11 кВ и кратковременным 22 кВ можно применять оборудование с нормальной изоляцией класса напряжения 10 кВ. Для силовых схем стендов, где возможны рабочие напряжения 15—35 кВ и кратковременные 70 кВ, можно применять оборудование класса напряжения 35 кВ.
Таблица 4-5
Значения кратковременного повышения напряжения повышенной частоты испытательных станций на электрооборудовании
• В знаменателе дроби — для изоляторов.
В тех схемах, где можно ожидать рабочих напряжений до 60 кВ и кратковременных до 90 кВ, изоляцию шинопроводов относительно земли следует выполнять составной изоляторами на 35 и 10 кВ. При этом имеется в виду, что подводка от промежуточного трансформатора к колонкам подключения выполняется шинами, а не кабелем, который не имеет достаточного запаса электрической прочности.
При определении номинального тока коммутационной аппаратуры и шинопроводов, требуемых для силовых стендов с промежуточными трансформаторами, исходят из следующих соображений.
Согласно § 7-3 при контрольных испытаниях трансформаторов предельной мощности токи не превышают 600 а, а при типовых испытаниях на нагрев по методу короткого замыкания — 2 000 а. Поэтому на стороне НН промежуточных трансформаторов 15 000— 30 000 кВА достаточно ставить аппаратуру и шинопроводы на токи не более 2 000 а, хотя номинальные токи на стороне НН этих трансформаторов (при параллельном соединении секции обмоток) составляют соответственно 4 500—9 000 а.
