На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Оборудование

01.02.2014 Феррорезонансные процессы с силовыми трансформаторами

 

Феррорезонансные процессы с силовыми трансформаторами

 

The ferroresonant processes in network with isolated neutral are considered. The estimated model of electric grid is created and conditions of their emergence and flow are investigated. The calculated oscillograms for this type of ressonances are received. The ways of dealing with them are considered.

 

Сегодня в Украине, как и в других странах СНГ, большинство сетей 6–35 кВ работает в режиме с изолированной нейтралью [1]. Существенное преимущество таких сетей – возможность работы в режиме замыкания одной фазы на землю без отключения потребителей от источников питания. Но такие сети имеют и большой недостаток – возникновение в них резонансных процессов (РП), которые могут приводить к повреждению оборудования сети, в первую очередь трансформаторов напряжения (ТН), разрядников, ограничителей перенапряжения (ОПН) и т. д.

 

Основными возбудителями феррорезонансных процессов в таких сетях считаются трансформаторы напряжения, первичные обмотки которых заземлены. При этом создается резонансный контур между нелинейной индуктивностью ТН и емкостью сети. В контуре при определенном совпадении параметров возникает РП [2, 3]. Исследования сетей также показали, что возбудителями резонансных процессов могут быть и силовые трансформаторы [4, 5].

Для исследования характера и координат таких явлений авторами статьи смоделирована схема – рис. 1 [6]. В данной схеме подстанция ПС-1 питается от системы трехфазных ЭДС, соединенных в изолированную звезду. Подстанция ПС-1 соединена с ПС-2 воздушной линией. К шинам ПС-2 подключены трансформатор напряжения типа ЗНОМ-35 и ненагруженный силовой трансформатор типа ТМ. Исследования проводились для случая обрыва фазы С воздушной линии. Со стороны питания имитировалось замыкание ее на землю, а со стороны нагрузки фаза оставалась незаземленной.

При таком режиме работы напряжение на шинах ПС-2 формируется через межфазные и фазные (относительно земли) емкости сети. В результате создается последовательный резонансный контур между нелинейной индуктивностью силового трансформатора и соответствующими емкостями сети, в котором возникают резонансные процессы при определенном соотношении параметров сети.

Проведенные исследования показали: появление в сети режима последовательного резонанса ненагруженного силового трансформатора очень опасно, поскольку он сопровождается перенапряжениями и сверхтоками и может привести к выходу из строя многих элементов сети. Наиболее характерные осциллограммы устойчивого последовательного резонансного процесса ненагруженного силового трансформатора типа ТМ-630, подключенного к шинам ПС-2, приведены на рис. 2.

 

 

На осциллограммах показано (сверху вниз): напряжение на шинах ПС-2, токи в ТН и силовом трансформаторе. Видно, что в режиме одностороннего обрыва и металлического замыкания на землю фазы С возникают перенапряжения и сверхтоки в оборудовании сети. Из анализа амплитуд напряжений следует, что кратность амплитуд (относительно номинальной фазной) составляет: для фазы С – 2,5, для фаз В и С – 1,4. Перенапряжения, особенно на фазе С, недопустимы, поскольку приводят к ускоренному старению изоляции соответствующих обмоток. Наличие продолжительных перенапряжений в сети может привести к частому срабатыванию разрядников (ОПН), которые, в свою очередь, не способны быстро рассеивать такую энергию и могут выйти из строя.

Согласно анализу действующих значений токов в обмотках трансформаторов напряжения и силовом трансформаторе кратность сверхтоков (относительно максимально допустимых по условиям нагрева) составляет: для фазы С ТН – 4,2, для фаз А и В – 1,1; для силового трансформатора: для фазы С – 7, для фаз А и В – 3,5 и 2 соответственно. При таких продолжительных сверхтоках в обмотках силового трансформатора и трансформатора напряжения они будут быстро выходить из строя. Например, термически повредится междувитковая изоляция обмоток высшего напряжения, возникнут междувитковые короткие замыкания и т. п., что потребует капитального ремонта после отключения от сети.

Проведенные исследования позволили определить величины параметров сети, при которых возможен данный вид резонанса. Установлено, что такие возмущения происходят лишь в случае, когда силовой трансформатор ТМ на подстанции ПС-2 работает в режиме холостого хода или очень близком к нему. Если нагрузка трансформатора составляет 5 % и больше от номинальной, появление таких колебаний практически невозможно. На характер резонансного процесса также сильно влияет значение емкости сети.

При малых значениях емкостей сети в случае появления резонанса возникают большие перенапряжения, а возможность термического повреждения элементов сети незначительно уменьшается. В целом процесс носит неустойчивый характер и время для термического повреждения обмоток ТН нужно большее. При увеличении емкости сети величина перенапряжений уменьшается, но токи в обмотках трансформаторов напряжения и силовых трансформаторах возрастают до значений, намного больших значений термической стойкости, и носят устойчивый колеблющийся характер.

Предыдущие исследования были выполнены для идеализированных моделей ЛЭП, то есть не учитывались активные потери на землю. Однако в реальных сетях активные потери присутствуют, поэтому было исследовано влияние величин этих потерь на возможность возникновения (невозникновения) резонанса. После исследований и анализа выяснилось, что наличие в сети активных токов потерь на землю больше 5 % ведет к невозможности возникновения ФРП в сети. С увеличением активных потерь немного уменьшаются перенапряжения и токи в ТН и силовом трансформаторе.

Возникновение резонанса возможно лишь при определенных значениях емкостей сети. Их диапазон меняется в зависимости от мощности силового трансформатора. Исследования проводились для трансформаторов типа ТМ. Установлено, что диапазон возникновения резонанса возрастает с ростом мощности трансформатора. На рис. 3 показана зависимость изменения максимального значения емкостного тока на землю в сети от мощности силового трансформатора, при которой возможно возникновение резонанса.

Минимальное значение фазной емкости (относительно земли) линии 35 кВ, для которой возможно возникновение последовательного резонанса, составляет 0,253 нФ, что соответствует приблизительно 50 м воздушной линии 35 кВ, независимо от мощности трансформатора.

Поскольку неполнофазные режимы работы сети возможны и в сетях с компенсированной нейтралью, то актуально проведение детальных исследований таких режимов. Для исследования возможности возникновения резонансных процессов силовых трансформаторов в сетях с компенсированной нейтралью была использована схема (рис. 1), в которой к шинам 35 кВ подстанции ПС-2 подсоединен силовой трансформатор типа ТМ-630 с дугогасящей катушкой типа ЗРОМ 550/35 в нейтрали.

Анализ полученных результатов показывает, что в сетях с компенсированной нейтралью также возможно появление последовательного резонанса силового трансформатора. На рис. 4 приведены характерные осциллограммы устойчивого резонансного процесса силового трансформатора в сети с компенсированной нейтралью.

 

 

При устойчивом последовательном феррорезонансе силового трансформатора в сети с линией электропередачи длиной 30 км и компенсированной нейтралью могут возникать перенапряжения кратностью 2,5 и больше, но действующие значения токов в трансформаторе напряжения и силовом трансформаторе не превышают значений термической стойкости. Следовательно, в данном случае такой вид резонанса приводит лишь к ускоренному старению изоляции оборудования, но не ведет к термическому повреждению обмоток трансформаторов.

Как известно, сети напряжением 35 кВ и с емкостными токами на землю больше 10 А должны выполняться с компенсированной нейтралью, то есть нужно подсоединять дугогасящую катушку (ДГК). Вместе с тем проведенные исследования показали, что нагрузка силового трансформатора, в отличие от сети 35 кВ с изолированной нейтралью, не влияет на возможность возникновения резонансного процесса. При увеличении нагрузки силового трансформатора кратность перенапряжений уменьшается пропорционально увеличению его нагрузки.

Таким образом, резонанс силового трансформатора в сети с компенсированной нейтралью также может иметь место. Вероятность термического повреждения оборудования снижается (по сравнению с сетью с изолированной нейтралью), но явление ускоренного старения изоляции от действия перенапряжений остается.

Проанализировав полученные результаты (на примере сети 35 кВ), можно утверждать, что последовательный резонанс силового трансформатора может возникать в сетях с изолированной и компенсированной нейтралями при ненагруженных силовых трансформаторах и при определенных значениях емкости сети. Они опасны для оборудования сети, поскольку могут отрицательно влиять на работу оборудования и приводить к его повреждению. Если для устранения возможности повреждения оборудования сети от традиционного феррорезонанса трансформатора напряжения с емкостью сети разработаны эффективные схемы и устройства, то в данном случае вопрос остается открытым. Целесообразно провести исследования таких процессов и для сетей 6–10 кВ и разработать эффективные мероприятия по защите оборудования сетей от повреждений.

 

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при сопоставимых токах холостого хода силового трансформатора и емкостного тока однофазного замыкания на землю сети возможно появление феррорезонансных процессов, приводящих к термическому повреждению сверхтоками обмоток как ТН, так и силового трансформатора сети.

2. По результатам исследований получена зависимость максимальных значений емкостного тока замыкания на землю в сети с изолированной и компенсированной нейтралями 35 кВ от мощности силового трансформатора типа ТМ-35, при которой возможно возникновение последовательного резонанса.

3. В сетях с компенсированной нейтралью возможно возникновение и продолжительное протекание тока последовательного резонанса по силовому трансформатору, что может приводить к повреждению оборудования сети.

4. Необходимо детальное исследование таких процессов и в сетях 6–10 кВ для разработки рекомендаций по защите оборудования электросетей от повреждений.

 

Анатолий ЖУРАХИВСКИЙ, доктор технических наук, профессор,
Юрий КЕНС, кандидат технических наук, доцент,
Андрей ЯЦЕЙКО, кандидат технических наук,
Роман МАСЛЯК, аспирант, Национальный университет «Львовская политехника»

 

(Статья поступила в редакцию 30.01.2014 г.)

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила улаштування електроустановок. – Харків: Форт, 2011. – 708 с.

2. Hisano K., Kobayashi H., Kobayashi T. Trans on Magnetics // IEEE transactions on power delivery. – 1966. – Vol. 2. – № 3.

3. Алексеев В. Г., Зихерман М. Х. Феррорезонанс в сетях 6–10 кВ // Электрические станции. – 1979. – № 1.

4. Ганус А. И., Старков К. А. Повреждаемость трансформаторов напряжения в областных электрических сетях АК «Харьковоблэнерго» и мероприятия по ее снижению // Світлотехніка та електроенергетика. – 2003. – № 1.

5. Журахівський А. В., Кенс Ю. А., Яцейко А. Я., Масляк Р. Я. Ферорезонансні процеси в електромережах 10 кВ з різнотипними трансформаторами напруги // Технічна електродинаміка – 2010. – № 2.

6. Равлик О., Гречин Т., Iваноньків В. Цифровий комплекс для аналізу роботи та проектування пристроїв релейного захисту й автоматики // Вісник ДУЛП. – 1997. – № 340.

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком