СПЧН 250

Описание

Стабилизированный источник синусоидального напряжения с регулируемыми в широком диапазоне значениями частоты и уровня, разработан для применения в качестве источника питания при испытаниях силовых одно- и трехфазных трансформаторов.

Первый транзисторный преобразователь частоты мощностью 3000 кВт изготовлен «НПП ЛМ Инвертор» в 1999 году. Компания обладает опытом изготовления преобразователей частоты для испытательных станций силовых трансформаторов и реакторов большой мощности.

«НПП ЛМ Инвертор» предлагает индивидуальный подход к каждому заказчику и стремится к максимальной адаптации источника питания к технологическому процессу.

Назначение и область применения

СПЧН — статический преобразователь частоты, предназначенный для применения в качестве источника питания при испытаниях силовых трансформаторов.

СПЧН может быть использован как универсальный стабилизированный источник переменного напряжения для объектов с высокими требованиями к качеству питающего напряжения.

Эффективность применения

СПЧН построен на основе мощных быстродействующих IGBT-транзисторов, позволяющих осуществлять высокочастотное широтно-импульсное регулирование выходного напряжения. За счет этого удается получить набор системных свойств, который объединяет в себе лучшие черты электромашинных преобразователей, регулируемых трансформаторов и тиристорных преобразователей энергии, а также имеет некоторые уникальные свойства, отсутствующие у перечисленных устройств:

• высококачественное отслеживание синусоидального напряжения или тока;
• глубокое регулирование уровня выходного напряжения;
• регулирование частоты выходного напряжения в широком диапазоне;
• возможность работы на нагрузку как с опережающим, так и отстающим углом импеданса;
• способность поддержания синусоидальной формы напряжения (тока) при работе на нелинейную нагрузку;
• высокая динамичность, обеспечивающая не только строгое поддержание качества основной гармоники при возмущениях, но и быстрое подавление переходных составляющих, включая и все переходные высокочастотные колебания;
• эффективное быстрое ограничение токов (напряжений) в аномальных и аварийных режимах;
• малое собственное потребление мощности (высокий коэффициент полезного действия).

Виды испытаний трансформаторов при питании от СПЧН

СПЧН может быть применен в качестве стабилизированного по частоте и уровню напряжения источника синусоидального напряжения (с регулируемой уставкой частоты и уровня напряжения) при проведении следующих видов испытаний силовых трансформаторов:

• Измерение потерь и тока холостого хода (частота 50 Гц ± 0,1 %): здесь существенно используется свойство IGBT-преобразователя компенсировать высшие гармоники тока нелинейной нагрузки, сохраняя синусоидальное напряжение, т.е. имитировать сеть бесконечно большой мощности (ток холостого хода трансформатора, как правило, сильно искажен).
• Измерение потерь и напряжения короткого замыкания (частота 50 Гц ± 0,1 %): здесь существенно используется способность IGBT-преобразователя работать на индуктивную нагрузку (недокомпенсация) или емкостную (перекомпенсация) и эффективно подавлять при этом колебательные и апериодические переходные составляющие; СПЧН заменяет либо двухмашинный электромеханический преобразователь 50/50 Гц, либо индукционный регулятор напряжения, либо регулируемый трансформатор (автотрансформатор); компенсирующая конденсаторная батарея входит в состав выходного фильтра СПЧН.
• Испытания индуктированным напряжением повышенной частоты с возможностью измерения уровня частичных разрядов (частота 100-120 Гц ± 0,1 %): СПЧН заменяет специальный двухмашинный электромеханический преобразователь с генератором повышенной частоты специальные виды испытаний на номинальной (50 Гц) или повышенной (до 120 Гц) частоте с трехфазной или однофазной нагрузкой (проверка коэффициента трансформации, испытания на нагрев и т.д.).

Синусоидальная форма выходного напряжения сохраняется при работе на нелинейную нагрузку

Синусоидальная форма выходного напряжения

• СПЧН позволяет работать как на трехфазную так и на однофазную нагрузку (через согласующий трансформатор).
• Входящий в состав СПЧН LC-фильтр полностью устраняет ШИМ-пульсации выходного напряжения.
• Для фильтрации высокочастотных помех от быстрых фронтов переключений транзисторов на выходе СПЧН применен фильтр радиопомех.
• Различные схемы включения обмоток согласующего трансформатора позволяют изменять номинальное выходное напряжение, обеспечивая оптимальное согласование по мощности источника с нагрузкой.
• Возможность параллельной работы двух СПЧН позволяет удваивать выходную мощность (испытывать трансформаторы вдвое большей мощности).

Основные технические характеристики

Преимущества перед электромашинными агрегатами

Традиционно в качестве источника питания с регулируемым напряжением на испытательных станциях применяются электромашинные агрегаты, состоящие из приводного двигателя и синхронного генератора, причем при испытаниях напряжением частотой 50 Гц и напряжением повышенной частоты используются разные агрегаты.

Использование преобразователя частоты типа СПЧН в качестве регулируемого источника питания обеспечивает существенные технические и эксплуатационные преимущества:

• СПЧН обеспечивает практически синусоидальное напряжение при нелинейной нагрузке;
• регулирование выходного напряжения СПЧН может осуществляться в широком диапазоне (от 5 % до 100 %) с любой задаваемой скоростью, как автоматически, так и вручную;
• регулировка частоты выходного напряжения СПЧН в широком диапазоне (от 49 до 120 Гц) с малым шагом (доли герц) дает возможность подстройки частоты к резонансной частоте нагрузки;
• точность поддержания напряжения и частоты, обеспечиваемая СПЧН, существенно выше, чем при применении электромашинного агрегата, что исключает необходимость приведения результатов измерений и испытаний к нормируемым условиям;
• система регулирования напряжения СПЧН может обеспечивать заданный уровень напряжения с требуемой точностью не только на выходных клеммах преобразовательной установки, но и на любых шинах объекта испытаний, где измеряется напряжение;
• при пробое изоляции испытываемого объекта или любых КЗ в испытательной схеме сброс напряжения на выходе СПЧН до нуля осуществляется практически без перенапряжений за время, не превышающее половины периода напряжения;
• СПЧН при проведении испытаний может быть включен и отключен неограниченное число раз, обеспечивая высокую степень готовности испытательной станции;
• уровень шума во время работы СПЧН ниже, чем при работе электромашинного агрегата;
• блочное исполнение СПЧН позволяет в минимальные сроки заменить вышедший из строя элемент аналогичным из комплекта ЗИП;
• капитальные вложения при введении в эксплуатацию и эксплуатационные издержки, тесно связанные с временем восстановления и ремонтопригодностью, для СПЧН значительно меньше, чем для электромашинного агрегата.

Характеристики СПЧН удовлетворяют основным требованиям к источникам питания испытательных станций силовых трансформаторов

• напряжение СПЧН практически синусоидально при любой нагрузке;
• напряжение СПЧН при испытании трехфазных трансформаторов практически симметрично;
• СПЧН обеспечивает плавный подъем испытательного напряжения, начиная с 5 % от номинального;
• в случае пробоя изоляции испытываемого объекта в СПЧН осуществляется автоматическое ограничение тока или отключение с малым временем срабатывания.

Цифровая система управления позволяет автоматически исполнять график изменения уровня и частоты выходного напряжения СПЧН.

Управление СПЧН в составе испытательной станции

Опционально панель местного управления может быть продублирована для размещения на дистанционном пульте.

Способы управления СПЧ

Структурная схема испытаний трансформатора с применением СПЧН

• ВИУ — выпрямительно-инверторное устройство;
• Ф — выходной фильтр;
• СУ — система управления;
• ПУ — панель управления;
• ТС — согласующий трансформатор;
• ШП — шкаф переключателей;
• ШИ — шкаф измерений;
• ПДУ — пульт дистанционного управления;
• АСУ — автоматическая система управления испытательной станции;
• ТИ — испытуемый трансформатор.

Номинальные выходные напряжения и токи

Для наилучшего согласования СПЧН с испытываемым трансформатором по мощности предусмотрена возможность дискретного переключения между пятью сочетаниями номинальных напряжений и токов путем изменения схем соединения вторичных обмоток согласующего трансформатора.

Переключение осуществляется автоматически по сигналам с пульта управления с помощью контакторов шкафа переключателей.

По командам управления выполняется плавное изменение выходного напряжения в пределах от 5 до 100 % от выбранного номинального значения. Шаг приращения и скорость изменения задания напряжения могут задаваться в настройках системы управления СПЧН.

Показатели качества выходного напряжения

СПЧН может функционировать с указанными показателями качества выходного напряжения при изменении характера нагрузки от чисто активной до чисто индуктивной.