Результаты измерений

В ходе опыта были получены осциллограммы напряжений на отпайках исследуемого трансформатора при различных режимах его работы. На рисунке 2.2 показаны характерные осциллограммы напряжений на выходе трансформатора. По этим осциллограммам измерялось наибольшее амплитудное значение напряжения U_m и рабочее напряжение после затухания высокочастотных колебаний U_р.

а)

б)

Рисунок 2.2 — Форма напряжения на выходе трансформатора:

а) – при включенной нагрузке; б) – при отключении понижающего трансформатора на конце кабельной линии

Выходное напряжение имеет трапециевидную форму, что связано с несовершенством процессов переключения транзисторов в преобразователе, а также упрощением и удешевлением конструкции преобразователя.

При отсутствии активной нагрузки на выходе трансформатора имеют место большие по величине колебания частотой около 250 (кГц) и амплитудой до 10% от номинального значения напряжения. Высоковольтная обмотка трансформатора имеет собственную индуктивность, которая образует с ёмкостью кабеля и ёмкостями самой обмотки паразитные колебательные контуры. Вследствие этого возникает переходный процесс, сопровождающийся возникновением высокочастотных колебаний, затухающих из-за наличия активных сопротивлений обмотки и кабеля. Собственная частота колебаний зависит от значений индуктивности обмотки трансформатора, её паразитной ёмкости и ёмкости кабеля.

Если к кабельной линии подключена активная нагрузка, то она шунтирует паразитный колебательный контур, из-за чего колебания весьма быстро затухают. Таким образом, активная нагрузка на конце кабельной линии не допускает появления колебаний с большой амплитудой.

Значения напряжений, измеренных осциллографом относительно заземлённого вывода обмотки при отсутствии активной нагрузки, показаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Значение напряжения на отпайках вторичной обмотки

По результатам измерений для каждого из этих режимов работы были получены зависимости отношения максимальной амплитуды напряжения к рабочему напряжению U_m/U_р, показанные на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Распределение кратностей перенапряжений по секциям исследуемого трансформатора при работе без активной нагрузки: □ – с выходным трансформатором, ▲– без выходного трансформатора

Отсюда следует, что при работе кабельной линии электропередач в режиме холостого хода напряжение вдоль высоковольтной обмотки силового трансформатора, установленного в начале линии, распределяется неравномерно. В этом режиме особенно заметны импульсные перенапряжения, возникающие вследствие появления паразитных высокочастотных колебаний в цепи трансформатора. Причём наибольшая кратность таких перенапряжений имеет место у заземлённого вывода обмотки.

Таким образом, работа трансформатора на большую ёмкостную нагрузку нежелательна, поскольку она сопровождается импульсными перенапряжениями в обмотке. Такие перенапряжения вредны для трансформатора, поскольку сильно воздействуют на его изоляцию, поэтому их обязательно необходимо учитывать при проектировании как силового трансформатора, так и другого оборудования, связанного с кабельной линией электропередачи.

Заключение

Рассмотрены несколько физических моделей для определения частичных характеристик высоковольтной электропередачи повышенной частоты с несинусоидальными значениями токов и напряжений.

В первом случае была рассмотрена физическая модель для исследования КПД двух типов полупроводниковых преобразователей напряжения. В результате были получены характерные зависимости КПД от значений частоты, а также от мощности на входе преобразователя. По предложенной методике полученные значения КПД полупроводниковых преобразователей напряжения повышенной частоты составили не ниже 97% на полевых транзисторах и не ниже 98,5% на транзисторах IGBT.

Во втором случае были выполнены опытные исследования распределения напряжения вдоль высоковольтной обмотки силового трансформатора повышенной частоты при различных режимах его работы. Выяснилось, что данное распределение в большой степени зависит от характера нагрузки трансформатора.

Полагается, что проведенные исследования найдут применение в решении задач, поставленных для создания и применения электроэнергетических систем нового поколения.

Очевидно, что необходимо продолжать исследования в области высоковольтных электропередач повышенной частоты.

Используемая литература

1. Федосов С.В., Гусенков А.В., Лебедев В.Д., Бочаров Ю.Н., Соколов А.М. Принципы организации современной электроэнергетики/ Энергетик. 2014. №3. C. 46-49.

2. Федосов С.В., Гусенков А.В., Лебедев В.Д., Бочаров Ю.Н., Соколов А.М. Принципы организации современной электроэнергетики/, продолжение. Энергетик. 2014. №4. C.15-18.

3. Гусенков А.В., Лебедев В.Д., Шадриков Т.Е.., Соколов А.М. Технико-экономические показатели силовых трансформаторов высокого напряжения локальных электроэнергетических систем переменного тока повышенной частоты // Энергетик 2015. №2. С.11-14