Применение регуляторов напряжения при высоковольтных испытаниях электрического оборудования

Напряжение является важным критерием при тестировании качества электроэнергии. Качество напряжения определяет, может ли энергетическая система работать безопасно, и существенно влияет на стабильность всей системы электросети. В настоящее время регуляторы напряжения являются относительно распространенными электрическими устройствами в энергетических системах, способными рационально и научно управлять всем процессом высоковольтных испытаний электрического оборудования, тем самым непрерывно повышая возможность проведения таких испытаний.

1. Требования к использованию регуляторов напряжения при высоковольтных испытаниях электрического оборудования

В обычных условиях, перед началом высоковольтного испытания электрического оборудования, необходимо выбрать регулятор напряжения, установленный на входе трансформатора, чтобы убедиться, что его характеристики соответствуют требованиям испытаний. Это гарантирует, что результаты измерений трансформатора удовлетворяют стандартным критериям испытаний, а именно, что выход остается стабильным, непрерывным и изменяется равномерно, обеспечивая эффективное регулирование напряжения. Использование регуляторов напряжения при высоковольтных испытаниях электрического оборудования предполагает следующие требования:

• Обеспечить стабильный и качественный выход напряжения; например, форма выходного напряжения регулятора должна быть близка к синусоиде, а минимальное выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю.

• Регулятор напряжения должен обладать высококачественными характеристиками регулирования, иметь низкое регулировочное сопротивление, простые и безопасные методы регулировки, чтобы облегчить плавное проведение высоковольтных испытаний электрического оборудования.

• Минимизировать шум, генерируемый при работе регулятора напряжения, и подчеркивать энергоэффективность и экологическую безопасность при проведении испытаний.

• Убедиться, что основные параметры регулятора напряжения, включая выходное напряжение, частоту, количество фаз и колебания выходной мощности, соответствуют требованиям высоковольтных испытаний электрического оборудования. Конкретно точность регулятора напряжения выражается следующим образом:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 пФ)

Меньшая ошибка указывает на лучшую точность прибора. При проверке разница между показаниями и стандартным значением должна быть меньше указанной точности.

2. Применение регуляторов напряжения при высоковольтных испытаниях электрического оборудования

Три типа регуляторов напряжения обычно используются при высоковольтных испытаниях электрического оборудования: контактные регуляторы, индукционные регуляторы и регуляторы с движущейся катушкой. Эти три типа значительно отличаются по конструкции и принципу работы, и каждый имеет свои уникальные сценарии применения и эксплуатационные характеристики. 

При высоковольтных испытаниях регуляторы напряжения обычно помогают асинхронным двигателям и механизмам в преобразовании энергии и являются электрическими устройствами, тесно связанными с трансформаторами. В высоковольтных испытаниях двигатель должен соответствовать максимальной нагрузочной способности регулятора напряжения, составляющей 12 000 кВт. Кроме того, для снижения электромагнитного шума механическая прочность регулятора должна быть усилена за счет использования цельнолитой чугунной конструкции.

2.1 Применение регуляторов напряжения с движущейся катушкой
Электромагнитный принцип и внутренняя структура регуляторов напряжения с движущейся катушкой похожи на те, что у трансформаторов. Они обеспечивают эффективное регулирование выходного напряжения путем вертикального перемещения короткозамкнутой обмотки вдоль сердечника, изменяя распределение напряжения и импеданса между двумя обмотками в основной цепи. Поскольку регулирование не зависит от контактов, выходное напряжение регулятора с движущейся катушкой относительно плавное и равномерное, что делает его удобным и простым в использовании для общих высоковольтных испытаний электрического оборудования. 

Кроме того, его большое индуктивное сопротивление позволяет выдерживать значительные скачки тока. Однако, из-за своих конструктивных и эксплуатационных характеристик, регулятор с движущейся катушкой имеет относительно высокое короткозамкнутое сопротивление. Поэтому он не подходит для высоковольтных испытаний, требующих низкого источникового сопротивления, таких как испытания на загрязнение. По сравнению с индукционными регуляторами, форма выходного сигнала регуляторов с движущейся катушкой более склонна к искажению. 

Кроме того, после длительного использования износ и ослабление передаточных элементов и движущейся катушки могут увеличивать шум и вибрацию, что потенциально может привести к повреждению. Алгоритмы потока мощности могут быть использованы для расчета сложных компонентов потерь напряжения в энергетических системах. Конкретно это включает использование взаимосвязи между напряжениями узлов, активной мощностью и величиной напряжений узлов для декомпозиции уравнений P-Q, уменьшая коэффициентную матрицу с 2N×2N до N×N, где N — число узлов системы.

2.2 Применение индукционных регуляторов напряжения
Электромагнитный принцип и структура индукционных регуляторов напряжения похожи на те, что у асинхронных двигателей с обмоткой ротора, а их механизм преобразования энергии похож на тот, что у трансформаторов. Регулирование осуществляется путем изменения углового смещения ротора, что изменяет величину и фазу индуцированного электродвижущего усилия в обмотках статора или ротора, достигая бесконтактного регулирования напряжения. 

По сравнению с регуляторами с движущейся катушкой, индукционные регуляторы предлагают лучшие технико-экономические характеристики и меньшее сопротивление, особенно когда выходное напряжение находится в диапазоне от 50% до 100%, где сопротивление заметно ниже. Однако, из-за конструктивных и эксплуатационных ограничений, одиночные фазовые индукционные регуляторы имеют высокие затраты на производство, особенно для устройств большой мощности. Когда эксцентриситет ротора одиночной фазы достигает определенного порога, во время работы могут возникать проблемы с шумом и вибрацией, ограничивающие его выходную мощность. В результате, сегодня редко производятся одиночные фазовые индукционные регуляторы большой мощности. Тем не менее, улучшенные версии индукционных регуляторов эффективно используются в высоковольтных испытаниях с менее строгими требованиями.

2.3 Использование контактных регуляторов напряжения
Контактные регуляторы напряжения представляют собой автотрансформаторы, способные обеспечивать непрерывное выходное напряжение. Они генерируют выходные напряжения с отличными синусоидальными характеристиками, с нижним пределом выходного напряжения 0 В, и обладают линейными, непрерывными и плавными регулировочными характеристиками. Кроме того, их короткозамкнутая индуктивность может быть минимизирована, а фазовые углы между входным и выходным напряжениями почти одинаковы, что в сочетании с низким уровнем шума делает их идеальными для высоковольтных испытаний электрического оборудования. В зависимости от конфигурации сердечника контактные регуляторы делятся на колонковые и тороидальные.

Традиционно, для маломощных высоковольтных испытаний чаще всего использовались тороидальные контактные регуляторы из-за их низкой стоимости и отличных характеристик. Наиболее заметным недостатком контактных регуляторов является их зависимость от физических контактов для регулировки, что может приводить к образованию искр во время работы. Капacidad контакта также ограничена, а относительно короткий срок службы препятствовал развитию моделей большой мощности. Однако благодаря непрерывным усилиям технического персонала, проблемы, связанные с контактами, были в основном решены.

3. Обслуживание регуляторов напряжения при высоковольтных испытаниях электрического оборудования

Перед выполнением обслуживания регуляторов напряжения, используемых для высоковольтных испытаний электрического оборудования, персонал должен тщательно изучить внутреннюю структуру регулятора, чтобы точно определить неисправности и повысить эффективность обслуживания. Основная структура регулятора напряжения показана в таблице 1.

3.2 Проблемы с утечкой газа в регуляторе напряжения

В ходе высоковольтных испытаний электрооборудования утечка газа из регулятора напряжения обычно вызвана недостаточным уплотнением резиновых колец и соединительных швов. Она также может быть результатом повреждения уплотняющего металла между регулировочным седлом и регулировочным валом. Конкретное решение заключается в отключении газового контура, разборке основного клапана регулятора напряжения, и тщательном осмотре техниками для определения точного местоположения и характера неисправности. На основе практического опыта затем внедряются соответствующие улучшения, чтобы устранить утечку газа из порта сброса давления при регулировке в условиях высокого напряжения.

При проведении высоковольтных испытаний распространенной проблемой является утечка газа на нулевой позиции при регулировке. Это, как правило, связано с чрезмерным затягиванием винта нулевой регулировки. Для снижения вероятности утечки на нулевой позиции необходимо правильно настроить положение винта нулевой регулировки.

Следует отметить, что операторы должны избегать стояния прямо перед регулятором напряжения во время регулировки, чтобы минимизировать риск аварий.

4. Заключение

В практических приложениях при проведении высоковольтных испытаний электрооборудования, безопасность персонала должна быть первостепенной. Обеспечение безопасности как персонала, так и оборудования - это фундаментальное условие для правильного выявления и устранения неисправностей тестовых компонентов. Этот подход эффективно продлевает срок службы оборудования и снижает частоту отказов. Широкое применение регуляторов напряжения в высоковольтных испытаниях электрооборудования приносит удобство в повседневную жизнь граждан и различные аспекты общества, способствуя гармоничному социальному развитию.