Anwendung von Spannungsreglern bei der Hochspannungsprüfung elektrischer Ausrüstungen

Die Spannung ist ein wichtiges Kriterium bei der Prüfung der Stromqualität. Die Qualität der Spannung bestimmt, ob das Stromsystem sicher arbeiten kann und hat einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität des gesamten Stromnetzes. Derzeit sind Spannungsregler in Stromsystemen relativ gängige elektrische Geräte, die es ermöglichen, den gesamten Prozess von Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten vernünftig und wissenschaftlich zu steuern, was die Durchführbarkeit solcher Prüfungen ständig verbessert.

1. Anforderungen an die Verwendung von Spannungsreglern bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten

In der Regel muss vor Beginn einer Hochspannungsprüfung an elektrischen Geräten ein Spannungsregler am vorderen Ende des Transformators ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass seine Spezifikationen den Prüfanforderungen entsprechen. Dies garantiert, dass die Messergebnisse des Transformators den Standardprüfstandards genügen – insbesondere, dass die Ausgabe stabil, kontinuierlich und gleichmäßig veränderlich bleibt, was eine effektive Spannungsregelung ermöglicht. Die Verwendung von Spannungsreglern bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten beinhaltet die folgenden Anforderungen:

• Stabile und hochwertige Spannungsausgabe sicherstellen; zum Beispiel sollte die Ausgangsspannungswelle des Reglers einer Sinuswelle nahekommen und die minimale Ausgangsspannung so nah wie möglich an Null liegen.

• Der Spannungsregler muss hochwertige Regeleigenschaften aufweisen, mit niedrigem Reglerimpedanz, einfachen und sicheren Einstellmethoden, um eine reibungslose Hochspannungsprüfung an elektrischen Geräten zu ermöglichen.

• Das während des Betriebs des Spannungsreglers erzeugte Rauschen minimieren und die Energieeffizienz und den Umweltschutz während der Prüfung betonen.

• Sicherstellen, dass die grundlegenden Parameter des Spannungsreglers – einschließlich Ausgangsspannung, Frequenz, Anzahl der Phasen und Schwankungen der Ausgangskapazität – den Anforderungen an Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten entsprechen. Genauer ausgedrückt wird die Genauigkeit des Spannungsreglers als:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Ein kleinerer Fehler zeigt eine bessere Instrumentengenauigkeit. Bei der Überprüfung muss der Unterschied zwischen dem Lesewert und dem Standardwert kleiner sein als die angegebene Genauigkeit.

2. Anwendung von Spannungsreglern bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten

Drei Arten von Spannungsreglern werden häufig bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten eingesetzt: Kontaktregler, Induktionsregler und Wickelregler. Diese drei Arten unterscheiden sich erheblich in Struktur und Arbeitsprinzip, und jede hat unterschiedliche Anwendungsszenarien und Nutzungseigenschaften. 

Während der Hochspannungsprüfung unterstützen Spannungsregler in der Regel asynchrone Motoren und Mechanismen bei der Energieumwandlung und sind elektrische Geräte, die eng mit Transformatoranlagen verbunden sind. Bei Hochspannungsprüfungen muss der Motor den maximalen Lastvermögensanforderungen des Spannungsreglers von 12.000 kW entsprechen. Darüber hinaus sollte, um elektromagnetisches Rauschen zu reduzieren, die mechanische Festigkeit des Reglers durch die Verwendung einer massiven Gusseisenstruktur erhöht werden.

2.1 Verwendung von Wickel-Spannungsreglern
Das elektromagnetische Prinzip und die interne Struktur von Wickel-Spannungsreglern ähneln denen von Transformatoren. Sie erreichen eine effektive Ausgangsspannungsregelung, indem sie eine kurzgeschlossene Wicklung senkrecht entlang des Kernarms bewegen, um die Spannungs- und Impedanzverteilung zwischen den beiden Windungen im Hauptkreis zu ändern. Da die Regelung nicht auf Kontakten basiert, ist die Ausgangsspannung eines Wickelreglers relativ glatt und gleichmäßig, was ihn leicht und bequem für allgemeine Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten nutzbar macht. 

Darüber hinaus ermöglicht seine große Leckreaktion, dass er starke Stromspitzen aushalten kann. Aufgrund seiner strukturellen und funktionalen Eigenschaften weist der Wickelregler jedoch eine relativ hohe Kurzschlussimpedanz auf. Daher eignet er sich nicht für Hochspannungsprojekte, die eine geringe Quellenimpedanz erfordern, wie z.B. Hochspannungsverschmutzungsprüfungen. Im Vergleich zu Induktionsreglern ist die Ausgangswelle von Wickelreglern eher anfällig für Verzerrungen. 

Außerdem kann nach langem Gebrauch der Verschleiß und die Lockerung der Getriebebauteile und der beweglichen Spule das Rauschen und die Vibrationen erhöhen, was möglicherweise zu Schäden führen kann. Stromflussalgorithmen können verwendet werden, um die komplexen Komponenten des Spannungsverlusts in Stromsystemen zu berechnen. Konkret bedeutet dies, die Beziehung zwischen Knotenspannungen, Wirkleistung und der Größe der Knotenspannungen zu nutzen, um die P-Q-Gleichungen zu dekomponieren und die Koeffizientenmatrix von 2N×2N auf N×N zu reduzieren, wobei N die Anzahl der Systemknoten ist.

2.2 Verwendung von Induktions-Spannungsreglern
Das elektromagnetische Prinzip und die Struktur von Induktions-Spannungsreglern ähneln denen von gestoppten asynchronen Motoren mit Wicklungsrotor, während ihr Energiewandlungsmechanismus dem von Transformatoren ähnelt. Durch die Anpassung der Winkelverschiebung des Rotors ändern sie die Größe und Phase der induzierten Elektromotivkräfte in den Stator- oder Rotorwindungen, um eine kontaktlose Spannungsregelung zu erreichen. 

Im Vergleich zu Wickelreglern bieten Induktionsregler überlegene technische und wirtschaftliche Leistungen und eine geringere Impedanz – insbesondere wenn die Ausgangsspannung im Bereich von 50%–100% liegt, wo die Impedanz besonders gering ist. Aufgrund struktureller und funktionaler Beschränkungen haben einphasige Induktionsregler jedoch hohe Herstellungskosten, insbesondere für Großkapazitätsgeräte. Wenn die Exzentrizität des Rotors eines einphasigen Geräts einen bestimmten Schwellenwert erreicht, können während des Betriebs Rausch- und Vibrationprobleme auftreten, die die Ausgangskapazität begrenzen. Daher werden heute nur selten großkapazitative einphasige Induktionsregler hergestellt. Dennoch werden verbesserte Versionen von Induktionsreglern effektiv in Hochspannungsprüfungen mit weniger strengen Anforderungen eingesetzt.

2.3 Einsatz von Kontaktspannungsreglern
Kontaktspannungsregler sind Autotransformatoren, die eine kontinuierliche Spannungsausgabe liefern können. Sie erzeugen Ausgangsspannungswellenformen mit ausgezeichneten Sinuscharakteristiken, haben ein unteres Ausgabegrenzlimit von 0 V und weisen lineare, kontinuierliche und glatte Regulierungseigenschaften auf. Darüber hinaus kann ihre Kurzschlussimpedanz minimiert werden, und sie verfügen über fast identische Phasenwinkel zwischen Eingang- und Ausgangsspannungen sowie geringes Betriebsgeräusch, was sie ideal für Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten macht. Abhängig von der Kernkonfiguration werden Kontaktspannungsregler in Stabantypen und Toroidaltypen klassifiziert.

Traditionell wurden bei kleinen Kapazitäten für Hochspannungsprüfungen vor allem toroidale Kontaktspannungsregler eingesetzt, aufgrund ihres geringen Kosten und ihrer hervorragenden Leistung. Der bemerkenswerteste Nachteil von Kontaktspannungsreglern ist ihre Abhängigkeit von physischen Kontakten zur Einstellung, was während des Betriebs zu Funkenbildung führen kann. Die Kontaktkapazität ist ebenfalls begrenzt, und ihre relativ kurze Lebensdauer hat die Entwicklung von Modellen mit großer Kapazität behindert. Dank kontinuierlicher Bemühungen von technischem Personal wurden jedoch die kontaktbezogenen Probleme weitgehend gelöst.

3. Wartung von Spannungsreglern bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten

Bevor Wartungsarbeiten an Spannungsreglern, die bei Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten verwendet werden, durchgeführt werden, müssen das Personal die interne Struktur des Reglers gründlich verstehen, um Störungen präzise zu lokalisieren und die Wartungseffizienz zu verbessern. Die grundlegende Struktur des Spannungsreglers ist in Tabelle 1 dargestellt.

3.2 Spannungsregler-Gasleckagen

Bei Hochspannungsprüfungen von elektrischen Geräten wird Gasleckage von Spannungsreglern in der Regel durch unzureichende Abdichtung von O-Ringen und Verbindungsstücken verursacht. Sie kann auch auf Schäden am Abdichtmetall zwischen dem Einstellsockel und dem Einstellstab zurückzuführen sein. Die spezifische Lösung besteht darin, den Gaskreislauf abzuschalten, das Hauptventil des Spannungsreglers zu entmontieren und Technikern die sorgfältige Inspektion zu ermöglichen, um den genauen Standort und die Natur des Defekts zu identifizieren. Basierend auf praktischer Erfahrung werden dann geeignete Verbesserungen vorgenommen, um Gasleckagen aus dem Druckentlastungsventil während der Einstellung bei Hochspannungsprüfungen zu beheben.

Während der Hochspannungsprüfung ist ein häufiges Problem, dass Gasleckagen an der Nullstellung während der Einstellung auftreten. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass der Nullstelleneinstellschraube übermäßig fest angezogen wird. Um dies zu mildern, sollte die Position der Nullstelleneinstellschraube korrekt eingestellt werden, um die Wahrscheinlichkeit von Leckagen an der Nullstellung zu reduzieren.

Es sollte beachtet werden, dass Bediener während der Einstellung nicht direkt vor dem Spannungsregler stehen sollten, um das Risiko von Unfällen zu minimieren.

4. Schlussfolgerung

In der Praxis müssen bei der Durchführung von Hochspannungsprüfungen an elektrischen Geräten die Sicherheit der Bediener im Vordergrund stehen. Die Gewährleistung der Sicherheit sowohl der Bediener als auch der Ausrüstung ist die grundlegende Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Fehlersuche und Wartung der Prüfkomponenten. Dieser Ansatz verlängert effektiv die Lebensdauer der Ausrüstung und reduziert die Häufigkeit von Ausfällen. Mit der weit verbreiteten Anwendung von Spannungsreglern bei Hochspannungsprüfungen von elektrischen Geräten wird den Bewohnern ein höherer Komfort im täglichen Leben und in verschiedenen gesellschaftlichen Bereichen geboten, was zur Förderung eines harmonischen sozialen Fortschritts beiträgt.