Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в электрических сетях высокого и среднего напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.12, кандидат технических наук Лаптев, Олег Игоревич

• Лаптев, Олег Игоревич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лаптев, Олег Игоревич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИРЕЗОНАНСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ТИПА НАМИ В СЕТЯХ 6-35 KB

1.1. Постановка исследований.

1.2. Общая характеристика трансформаторов напряжения в сетях 6-35 кВ.

1.3. Математические модели ТН.

1.4. Магнитные свойства электротехнической стали.

1.5. Сравнение опытных кривых намагничивания ТН с расчётными.

1.6. Математическая модель сети 6-35 кВ.

1.7. Исследование процессов при однофазных дуговых замыканиях.

1.8. Исследование процессов при отключении 033 и при возникновении «ложной земли».

1.9. Исследование параллельной работы ТН типов НТМИ, ЗНОМ и ТН типа НАМИ.

1.10.Выводы по первому разделу.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ 110-500 кВ

2.1. Постановка исследований.

2.2. Общая характеристика ТН, применяемых в сетях 110-500 кВ.

2.3. Математические модели ТН.

2.4. Экспериментальное исследование характеристик ТН типов НКФ-110 и НАМИ-110.

2.5. Сравнение результатов расчетных и экспериментальных характеристик ТН 110 кВ.

2.6. Экспериментальное исследование характеристик ТН типов НКФ-500 и НАМИ-500.

2.7. Сравнение результатов испытаний ТН 500 кВ с компьютерными расчётами.

2.8. Выводы по второму разделу.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИРЕЗОНАНСНЫХ ТН ТИПА НАМИ В СЕТЯХ 110-500 кВ

3.1. Постановка исследований.

3.2. Исследование процессов при коммутациях холостых ошиновок

3.2.1. Обзор схем ПС 110-500 кВ и математическая модель сети.

3.2.2. Области опасных параметров в зависимости от ёмкости сети.

3.2.3. Исследование параллельной работы ТН различных типов.

3.3. Исследование процессов при неполнофазных режимах

3.3.1. Математическая модель сети 110 кВ.

3.3.2. Математическая модель силового трансформатора.

3.3.3. Исследование режима «смещения нейтрали» силового трансформатора.

3.3.4. Исследование режима, вызванного неправильным действием релейной защиты.

3.3.5. Исследование режимов при обрыве фазы и ненагруженных шинах подстанции.

3.4. Исследование процессов при отключении одной цепи двухцепной В Л

3.4.1. Математическая модель сети с двухцепной ВЛ.

3.4.2. Анализ феррорезонансного контура и обзор различных типов опор ВЛ.

3.4.3. Исследование процессов при отключении одной цепи.

3.5. Выводы по третьему разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в электрических сетях высокого и среднего напряжений»

Электромагнитные трансформаторы напряжения, являясь одним из важнейших элементов электроэнергетических систем, крайне подвержены повреждениям, связанным с возникновением феррорезонансных явлений. Трансформаторы напряжения (ТН) устанавливаются в узловых точках электрических сетей, на шинах распределительных устройств и системообразующих линиях электропередачи. При этом ТН классов напряжения 110 кВ и выше не имеют со стороны высшего напряжения выключателей и предохранителей. При каждом повреждении ТН, сопровождающемся перекрытием главной изоляции на землю, или витковых замыканиях в обмотке с последующим перекрытием на землю, возникающее короткое замыкание отключается большим количеством выключателей, коммутирующих присоединения соответствующей системы шин. При этом высока вероятность отказа выключателя с последующим полным отключением подстанции ("погашение" подстанции). Последствия такого развития событий наглядно продемонстрированы при аварии на ПС «Чагино» в 2005г.

Феррорезонанс - сложное нелинейное электрическое явление, защита от которого до сих пор остаётся окончательно не решённой. Это явление является чрезвычайно опасным для электротехнического оборудования, так как приводит к возникновению как перенапряжений, так и сверхтоков. К феррорезонансам относят колебательные процессы, возникающие в электрических цепях, содержащих нелинейную индуктивность (магнитопроводы трансформаторов).

Причин возникновения феррорезонанса в сетях с установленными ТН достаточно много. Это многообразие обусловлено различными режимами заземления нейтрали для разных классов напряжения и различными конфигурациями сетей. Вопросам, связанным с исследованием феррорезонансных явлений как в сетях с изолированной нейтралью, так и в сетях с глухозаземлённой нейтралью посвящено достаточно большое количество работ ([1-18] и [19-28], соответственно).

В сетях 6-35 кВ феррорезонансные процессы связаны с применением в этих сетях трансформаторов напряжения для контроля изоляции (ТНКИ) [2,4]. Одной из основных функций этих ТН является измерение напряжения нулевой последовательности. Это определяет их конструкцию - это либо трёхфазная группа из трёх однофазных ТН (ЗНОМ, 3HOJI), либо три отдельных магнитопровода в корпусе трёхфазного ТН (НТМИ).

Феррорезонансным контуром в сети с изолированной нейтралью является контур нулевой последовательности [1,6,8-9]. Особенности конструкции ТНКИ приводят к появлению в этом контуре нелинейной ветви намагничивания. Для возникновения феррорезонанса необходима какая-либо несимметрия, приводящая к появлению напряжения в контуре нулевой последовательности.

Выделяют следующие причины возникновения феррорезонанса в сетях 635 кВ:

• однофазные дуговые замыкания (ОДЗ) [4,6,8-11,13];

• отключение металлических замыканий на землю (033) [1,10];

• повреждения ТН, связанные с «внешним» феррорезонансом. Это устойчивый феррорезонанс на частоте 50 Гц между емкостью нулевой последовательности сети и нелинейной индуктивностью намагничивания трехфазного трехстержневого потребительского силового трансформатора 10(6)/0,4 кВ с изолированной нейтралью обмотки ВН. Режим феррорезонанса возможен при замыкании на землю одной фазы малонагруженного трансформатора 20-400 кВА с последующим перегоранием плавкой вставки предохранителя. Напряжение нулевой последовательности сети при этом может достигать трехкратных значений [8];

• в сетях с малой ёмкостью на землю (ненагруженные шины ЦП или РП) может иметь место явление «ложной земли», приводящее к появлению на дополнительной обмотке ТН напряжения нулевой последовательности. Повреждения ТН в этом режиме, как правило, не происходит [8].

Проблема феррорезонанса в ТН существует за рубежом, в тех странах, где распространены сети с изолированной нейтралью [15-18]. В качестве основных причин также выделяются ОДЗ и отключение металлических замыканий [15]. В [16] исследуется явление «ложной земли» в ТН на ненагруженных обмотках НН силовых автотрансформаторов 400/110 кВ.

При исследовании феррорезонансных процессов используются два подхода. Первый связан с аналитическим решением систем нелинейных уравнений, описывающих процессы в резонансном контуре [4, 16-17]. Этот метод имеет ряд преимуществ, в частности, он позволяет более полно понять физическую картину явления и требует меньших затрат времени. Однако при его применении делается большое количество допущений, что существенно снижает достоверность полученных результатов. Второй подход - численное решение систем нелинейных уравнений при помощи вычислительной техники [1-3, 11-12]. Этот подход позволяет получить весьма точные результаты, однако требует больших временных затрат. Кроме этого, в отличие от аналитических методов, численные расчёты позволяют получить результат только для дискретных «расчётных точек» (совокупности параметров сети, при которых выполняется расчёт), и не дают представления о процессах вне этих точек [17].

Основная проблема при исследовании феррорезонансных процессов связана с моделированием достоверных кривых намагничивания ТН. Как правило, при моделировании используются аппроксимации экспериментальных кривых намагничивания [2-3,11-12]. При этом используемые при аппроксимации выражения часто весьма неточно воспроизводят реальные зависимости, что снижает достоверность результатов. В ряде работ используется расчёт кривых намагничивания, основанный на геометрических параметрах магнитопровода ТН [1, 18].

В качестве мер по предотвращению феррорезонанса в сетях 6-35 кВ авторы исследований выделяют следующие [1, 5, 7,10, 11,13-16]:

• включение активного сопротивления, несколько десятков Ом (в основном - 250м), в дополнительную обмотку ТН, соединённую в открытый треугольник;

• включение активного сопротивления величиной несколько кОм последовательно с обмотками ВН каждой фазы;

• включение активного сопротивления величиной от 1 до десятков кОм в нейтральную точку соединения обмоток ВН ТН.

Применение активных сопротивлений приводит к демпфированию феррорезонаных колебаний. Эффективность всех предлагаемых мер, как правило, ограничивается требованиями к точности ТН, как измерительного прибора, а также его тепловой стойкостью. На западе, в настоящее время, используются переменные дополнительные активные сопротивления (smart load) в ТН, величина которых изменяется в зависимости от режима работы сети [15,16].

В сетях 220-500 кВ выделяют две основных причины возникновения феррорезонанса:

• коммутации холостых ошиновок модульными выключателями, с несколькими разрывами на фазу. Для выравнивания напряжения по разрывам в таких выключателях используются ёмкостные делители напряжения. При отключении выключателя, ёмкостные делители образуют связь между системой и отключаемым участком ошиновки, и в совокупности с ёмкостью последней, образуют резонансный контур с ТН [19-26].

• Неполнофазные режимы работы сети с силовым трансформатором 110 кВ, эксплуатируемым с изолированной нейтралью. Такие режимы могут иметь место при отказе во время коммутации одного из полюсов выключателя, или при наличии существенного разброса во временах включения полюсов, а также при обрыве шлейфа на опоре воздушной линии электропередачи без касания оборванным шлейфом металла опоры [27,28, 45].

Выключатели в сетях 110 кВ как правило одноразрывные, и основной причиной возникновения феррорезонанса в этих сетях являются неполнофазные режимы. Тем не менее воздушные выключатели ВВБ-110 и ВВДМ-110 являются двухразрывными и содержат ёмкостные делители напряжения. Подстанций, оснащённых такими выключателями, ещё достаточно много.

В сетях с глухозаземлённой нейтралью феррорезонансным контуром является контур прямой последовательности, так как контур нулевой последовательности шунтируется заземлённой нейтралью [19]. Поэтому применение дополнительного сопротивления, включаемого в цепь разомкнутого треугольника ТН, неэффективно. Процессы при коммутации холостых ошиновок протекают независимо в каждой из фаз, и поэтому практически всегда исследуются в однофазной схеме [19-22,26].

В упомянутых работах были отмечены недостатки математических моделей, применяемых для исследования феррорезонанса в сетях 110-500 кВ, и получаемых на их основе результатов :

• попытки линеаризации и аналитического решения нелинейных схем приводит к существенным ошибкам и потере значимой информации [26-27];

• аналогичным образом, существенно искажают реальную картину явлений неучёт потерь в стали магнитопровода ТН, а также высших гармоник тока и напряжения [19-21];

• при исследовании процессов в неполнофазных режимах не учитывается общая магнитная система силового трансформатора [27];

• во многих работах функции, аппроксимирующие нелинейную характеристику намагничивания стали, являются слишком грубыми (например ток холостого хода ТН в этих моделях может быть 20-30 мА, т.е на порядок выше, чем реальные токи х.х), что также приводит к ошибочности результатов расчёта [26];

В сетях 110-500 кВ предлагаются следующие меры по предотвращению феррорезонанса:

• изменение последовательности оперативных переключений [19];

• подключение дополнительной ёмкости (колонок конденсаторов) к шинам подстанции [19, 20, 21, 22, 26];

• постоянное подключение высокоомных (600 кОм) активных сопротивлений последовательно с ТН, или включение этих сопротивлений параллельно ТН на время проведения коммутаций [20,26];

• Частичное заземление нейтралей силовых трансформаторов через высокоомные (2 кОм) активные сопротивления для предотвращения феррорезонанса в неполнофазном режиме [45];

• Применение специальных релейных устройств для предотвращения феррорезонанса [23];

• Применение ёмкостных ТН типа НДЕ [19].

Одной из наиболее эффективных мер по предотвращению феррорезонанса является применение антирезонансных ТН. В настоящее время наиболее распространены антирезонансные ТН типа НАМИ, выпускаемые ООО «Энергия» на Раменском электротехническом заводе. ТН выпускаются на классы напряжения 6-500 кВ. Антирезонансные свойства им придаёт особая конструкция. В сетях средних классов напряжения 6-35 кВ ТН типа НАМИ имеют дополнительную компенсационную обмотку, соединённую в замкнутый треугольник, и трансформатор для измерения напряжения нулевой последовательности, включённый в нейтраль обмотки ВН. В сетях 110-500 кВ конструкция ТН типа НАМИ аналогична конструкциям традиционных ТН типа НКФ, но в магнитопроводе помимо электротехнической применена также и толстолистовая конструкционная сталь.

Цель работы. Разработка математических моделей для исследования ФП в сетях 6-500 кВ как с традиционными, так и с антирезонансными ТН электромагнитного типа. Экспериментальное исследование характеристик антирезонансных ТН с целью определения их параметров и проверки адекватности разработанных математических моделей. Исследование феррорезонансных явлений при широком диапазоне изменения параметров сети. Определение областей существования феррорезонанса и общая оценка эффективности ТН типа НАМИ в различных сетях.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

• выполнены эксперименты с реальными ТН типов НКФ и НАМИ, позволившие получить их параметры и проверить адекватность разрабатываемых математических моделей;

• разработаны математические модели как традиционных ТН, так и антирезонансных ТН типа НАМИ;

• исследованы процессы в ТН, происходящие при ОДЗ и при отключении металлических замыканий на землю в сетях 6-35 кВ, и получены области существования феррорезонанса при установке в сети ТН различных типов;

• исследованы процессы в ТН при возникновении явления «ложной земли» и стойкость ТН типа НАМИ к перемежающимся дуговым замыканиям, оценена эффективность применения ТН типа НАМИ в сетях 6-35 кВ;

• исследованы процессы в ТН, происходящие при коммутациях холостых ошиновок многоразрывными выключателями в сетях 110500 кВ;

• получены области существования феррорезонанса в сетях 110-500 кВ с традиционными и антирезонансными ТН;

• исследованы процессы в ТН при неполнофазных режимах и отключении одной цепи двухцепной BJ1 в сети 110 кВ;

• оценена эффективность применения ТН типа НАМИ в сетях 110500 кВ.

Научная новизна основных положений и результатов работы может быть сформулирована следующим образом:

• при помощи аналогии электрических и магнитных цепей разработаны математические модели ТН, построенные на геометрии их магнитных систем и характеристике намагничивания электротехнической стали, а не на экспериментальных кривых намагничивания;

• получены области существования феррорезонанса при однофазных дуговых замыканиях и отключении металлических замыканий на землю в сетях 6-35 кВ при установке в них различных типов ТН;

• показано, что ТН типа НАМИ, предназначенный для эксплуатации в сетях 6-35 кВ, подвержен явлению «ложной земли» так же, как и ТН традиционного исполнения.

• получены области существования феррорезонанса при оснащении сетей 110-500 кВ ТН типа НАМИ, а также при параллельной эксплуатации ТН типа НКФ и НАМИ;

• показано, что эксплуатация в сети 110 кВ силовых трансформаторов с изолированной нейтралью может приводить к возникновению феррорезонанса даже при выполнении требований Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ).

Практическая значимость результатов работы:

• Разработанные математические модели, позволяют исследовать феррорезонансные процессы в сетях с изолированной и с глухозаземлённой нейтралью, оснащенных как ТН традиционного исполнения, так и антирезонансными ТН типа НАМИ;

• Разработанная методика расчёта кривых намагничивания ТН по их конструктивным данным и магнитным свойствам электротехнической стали позволяет проводить исследования феррорезонансных процессов при отсутствии экспериментально определенных кривых намагничивания;

• Экспериментально определены характеристики намагничивания и другие параметры некоторых типов ТН, которые могут быть использованы как при моделировании феррорезонансных явлений, так и для проверки адекватности математических моделей ТН;

• Получены области существования феррорезонанса, на основании которых можно определить возможность возникновения феррорезонанса в той или иной сети.

• Проведенные исследования позволили сформулировать ряд рекомендаций, направленных на повышение надёжности эксплуатации ТН типа НАМИ, которые могут быть использованы как при проектировании, так и в эксплуатации электрических сетей, оснащенных ТН электромагнитного типа.

Достоверность результатов работы основывается на использовании в том числе экспериментальных данных при разработке математических моделей ТН и хорошем согласии результатов компьютерного моделирования с экспериментальными данными.

Апробация работы и публикации. Отдельные результаты работы и работа в целом обсуждались на семинарах кафедры ТиЭВН и факультета Энергетики НГТУ, на Всероссийских конференциях в г. Новосибирске, на VIII симпозиуме «Электротехника 2010» (г.Москва) и на международной конференции IEEE Power Tech 2005 в г. Санкт-Петербурге. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 4 научных статьи, 5 текстов докладов на Всероссийских конференциях и два текста докладов на международных конференциях. В реферируемом журнале опубликована одна статья.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, трёх разделов, заключения, приложения и списка использованных источников, содержащего 50 наименований. Объём работы составляет 246 страниц, включая 195 рисунок и 22 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Техника высоких напряжений», Лаптев, Олег Игоревич

Основные выводы, относящиеся к существу рассмотренных вопросов, можно сформулировать следующим образом:

• Применение дополнительного сопротивления 25 Ом, включаемого в рассечку дополнительной обмотки ТН 6-35 кВ традиционного исполнения, соединённой в открытый треугольник, не позволяет в ряде схем избежать возникновения феррорезонанса при ОДЗ и при отключении 033.

• При ОДЗ и отключении 033 в сети с изолированной нейтралью, в контуре нулевой последовательности сети с ТН типа НАМИ возникает затухающий колебательный процесс. Устойчивого феррорезонанса при этом не возникает. Компенсационная обмотка НАМИ шунтирует ветвь намагничивания нулевой последовательности ТН и контур нулевой последовательности представляет собой обычный RLC - контур. При этом изменение ёмкости сети в широких пределах приводит лишь к изменению частоты затухающих колебаний в контуре нулевой последовательности.

• ТН типа НАМИ в сетях 6-35 кВ весьма стоек к перемежающимся дуговым замыканиям, при моделировании весьма интенсивных (с интервалом 0.2 с) перемежающихся дуговых замыканий токи в обмотке ТН типа НАМИ-6 не превысили допустимой величины 0.3 А.

В сетях 6-35 кВ с малой суммарной ёмкостью (десятки нанофарад) на землю в ТН может возникать явление «ложной земли», т.е. появления напряжения на дополнительной обмотке, служащей для измерения напряжения нулевой последовательности, при отсутствии 033. ТН типа НАМИ также подвержен этому явлению, в этих ТН напряжение появляется на вторичной обмотке ТНП. При одновременной эксплуатации в сети 6-35 кВ ТН традиционного исполнения и ТН типа НАМИ, лишь последние обладают антирезонансными свойствами. Возмущение в виде ОДЗ или отключения однофазного замыкания на землю в таких сетях может привести к возникновению феррорезонанса в традиционных ТН. Таким образом, установка в сети как ТН традиционного исполнения, так и ТН типа НАМИ, не позволяет избежать возникновения феррорезонансных процессов в ТН традиционного исполнения. Из опытных осциллограмм было установлено, что активные потери в ТН типа НАМИ-500 при номинальном напряжении всего на 40% больше активных потерь в ТН типа НКФ-500. Следовательно, в нормальных режимах работы ТН наличие конструкционной стали в магнитопроводе на метрологических функциях ТН практически не сказывается.

При отключении холостых ошиновок многоразрывными выключателями, оснащёнными выравнивающими ёмкостями, в ТН типа НКФ возникает феррорезонанс. Полученные области существования феррорезонанса в этих ТН охватывают практически весь диапазон изменения ёмкостей ошиновки и делителей выключателя, при этом возникающий режим феррорезонанса имеет частоту 50Гц и значительные (до нескольких ампер) токи в обмотке внтн.

При отключении холостой ошиновки феррорезонанс может возникнуть и в ТН типа НАМИ. Было установлено, что в НАМИ 110500 кВ может иметь место только феррорезонанс на 1/3 субгармонике, со значительно меньшими, чем в НКФ, кратностями токов (в 4-6 раз) и практически не сопровождающийся перенапряжениями;

Область существования феррорезонанса при коммутациях холостых ошиновок у ТН типа НАМИ значительно меньше, чем у ТН типа НКФ. При этом, если в режиме феррорезонанса ток не превышает 0.1 А, то ТН может эксплуатироваться в этом режиме сколь угодно долго, что также расширяет безопасную область параметров для ТН типа НАМИ. Феррорезонанс, в основном, возникает при величине эквивалентной ЭДС на отключённой ошиновке, близкой к 0.5; Увеличение количества параллельно включённых ТН типа НАМИ приводит к увеличению области существования феррорезонанса в этих ТН при коммутации холостых ошиновок, т.е. их эффективность в качестве антирезонансных устройств снижается; При параллельной работе ТН типа НКФ и ТН типа НАМИ, антирезонансные свойства последнего существенно снижаются. При этом в ТН типа НАМИ может возникать феррорезонанс на частоте 50Гц;

При эксплуатации силового трансформатора с изолированной нейтралью, неполнофазный режим при обрыве фазы или отказе полюса выключателя при коммутации, приводят к феррорезонансу в ТН типа НКФ на отключённой фазе (явление «смещения нейтрали» силового трансформатора), при этом могут возникать значительные перенапряжения (3-4£/фтах, а токи в обмотке ВН ТН могут достигать единиц ампер;

Исследование эксплуатации ТН типа НАМИ в режиме смещения нейтрали силового трансформатора, показало, что этот ТН не эффективен для предотвращения феррорезонанса в этом режиме. Характеристика намагничивания ТН типа НАМИ в этом случае фактически определяется электротехнической сталью, а потери в листах конструкционной стали не оказывают на процессы существенного влияния. Поэтому при разземлении нейтралей силовых трансформаторов 110 и 220 кВ феррорезонансные условия возникают при оснащении сети как ТН типа НКФ, так и ТН типа НАМИ.

Выполнение требований ПТЭ, согласно которым любые коммутации в сети 110 кВ должны начинаться с заземления нейтрали силового трансформатора, не позволяет предотвратить повреждения ТН в неполнофазном режиме при обрыве шлейфа на опоре BJI; К возникновению режима «смещения нейтрали» силового трансформатора может приводить неправильная работа релейной защиты, которая не фиксирует неполнофазный режим и подает сигнал на отключение от сети силовых трансформаторов с заземлённой нейтралью по факту превышения током в нейтрали величины уставки РЗ;

Возникновение неполнофазного режима из-за обрыва шлейфа на опоре BJ1 в схеме с холостой BJ1 110 кВ и ТН может привести к возникновению феррорезонанса в ТН типа НКФ на повреждённой фазе за счёт наведенного напряжения. Применение ТН типа НАМИ позволяет предотвратить этот феррорезонанс; Отключение одной цепи двухцепной BJI может привести к возникновению феррорезонанса в ТН на отключённой цепи за счёт наведенного с других фаз напряжения. Феррорезонанс возникает только на BJI, выполненных на опорах таких типов, которые обеспечивают большую наведенную ЭДС. Применение ТН типа НАМИ позволяет предотвратить феррорезонанс в ТН на отключённой цепи двухцепной BJI.

Сформулированные выше выводы позволяют выдвинуть комплекс рекомендательных мер для проектировщиков и эксплуатирующего персонала. Рекомендации проектировщикам:

• Необходимо учитывать, что ТН типа НАМИ в сетях 6-35 кВ при параллельной эксплуатации с ТН традиционного исполнения (НТМИ,ЗНОМ,3HOJI) не обеспечивают им антирезонансных свойств.

• Применение ТН типа НАМИ в сетях 110-500 кВ требует проведения предварительных расчётов с целью определения возможности возникновения феррорезонанса на субгармонике 1/3, при которой необходимо предусматривать дополнительные меры по предотвращению феррорезонанса.

• При реконструкции подстанций ВН необходимо сразу все ТН типа НКФ менять на ТН типа НАМИ, так как параллельная работа этих ТН негативно сказывается на анирезонансных свойствах НАМИ.

• На ПС, на которых предполагается разземлять нейтраль силовых трансформаторов для ограничения токов КЗ, нельзя применять ТН типа НАМИ в качестве единственной меры по предотвращению феррорезонанса.

• При проектировании релейной защиты в схемах с промежуточной ПС, на которой силовые трансформаторы эксплуатируются с изолированной нейтралью, необходимо, чтобы устройства РЗ определяли факт неполнофазного режима и отключали повреждённую BJI.

Рекомендации эксплуатирующему персоналу:

• При поиске однофазного замыкания на землю необходимо учитывать, что в ТН типа НАМИ 6-35 кВ при малой ёмкости сети может иметь место явление «ложной земли».

• Избегать разземления нейтрали силовых трансформаторов, либо предусматривать дополнительные технические мероприятия для предотвращения феррорезонанса в неполнофазном режиме.

• При включении секций шин на параллельную работу, по возможности избегать увеличения количества параллельно работающих ТН типа НАМИ.

• Выполнять требования «Методических указаний по предотвращению феррорезонанса в РУ 110-500 кВ" (МУ 34.76-16387) в том числе и на ПС, оснащённых только ТН типа НАМИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По работе могут быть сделаны выводы как методического характера, так и по существу рассмотренных вопросов.

К основным методическим выводам можно отнести следующие:

• Для достаточно точного расчёта характеристики намагничивания ТН следует учитывать магнитные сопротивления стержней и ярм, а также магнитные сопротивления стыков магнитопровода.

• Предложенные в работе аппроксимации зависимостей В{Н) и В) особенно эффективны для стали ЭЗЗОА, характеризующейся высокой степенью нелинейности характеристики намагничивания.

• Предложена аппроксимация зависимости магнитного сопротивления стыков магнитопровода ТН от индукции.

• Характеристика намагничивания трансформатора напряжения нулевой последовательности ТН типа НАМИ для сетей 6-35 кВ практически линейна, что позволяет моделировать её постоянными значениями индуктивности и активного сопротивления. Эти параметры для антирезонансных ТН НАМИ-6 и НАМИ-10 были определены экспериментально.

• Характеристика намагничивания ТН типа НКФ хорошо аппроксимируется функцией двух арктангенсов с линейными членами. В работе определены коэффициенты аппроксимации характеристик намагничивания ТН типов НКФ-110, НКФ-220, НКФ-330 и НКФ-500.

• Разработанная математическая модель ТН типа НАМИ для сетей 110-500 кВ, основанная на численном решении уравнения Гельмгольца методом конечных элементов, позволяет учитывать промагничивание листов конструкционной стали в их магнитопроводах.

• При проведении экспериментов с ТН 110 кВ и ТН 500 кВ были определены характеристики намагничивания нижнего каскада ТН типа НКФ-220 и ТН типа НКФ-500, активные сопротивления их обмоток ВН , активные сопротивления, моделирующие потери в их магнитопроводах, а также активные сопротивления обмоток ТН типа НАМИ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лаптев, Олег Игоревич, 2007 год

1. Селиванов В.Н. Исследование феррорезонансных колебаний в воздушных сетях 35 кВ с изолированной нейтралью и электромагнитными трансформаторами напряжения. Дис. кан. тех. наук: 05.14.02. СПбГПУ, 2004. - 178с.

2. Защита сетей 6.35 кВ от перенапряжений / Под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина и А.И. Таджибаева. СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 370с.

3. Заболотников А.П., Кадомская К.П., Тихонов А. А. Математическое моделирование и перенапряжения в электрических 6.35 кВ. Новосибирск. -НГТУ.- 1993.- 158 с.

4. Шаргородский В.А. Автоколебательный процесс причина повреждения трансформаторов напряжения // Электрические станции, 1963,№5.

5. Лихачев Ф.А. Схемы подключения дополнительного сопротивления к ТНКИ // Электрические станции, 1978,№ 12.

6. Зихерман М.Х. Повреждение трансформаторов напряжения при дуговых замыканиях на землю// Электрические станции, 1978, №11.С.65-67.

7. Лихачёв Ф.А. Повышение надёжности распределительных сетей 6.10 кВ // Электрические станции. 1981. - №11

8. Алексеев В.Г., Дунайцев С.Г., Зихерман М.Х. Исследование режимов работы трансформаторов напряжения контроля изоляции в сетях 6. 10 кВ // Электрические станции. 1981. - №1.С.56-59.

9. Алексеев В.Г., Зихерман М.Х. Феррорезонанс в сетях 6-10 кВ // Электрические станции, 1979, №1, С.63-65.

10. Ю.Поляков B.C. О защите оборудования электрических сетей от феррорезонансных перенапряжений // Из опыта работы высоковольной сети Ленэнерго.-Л: Энергоатомиздат. 1986. - 76с.

11. Дударев Л.Е., Эль-Хатиб Аднан. Подавление феррорезонансных процессов в сети с изолированной нейтралью // Электрические станции. -1993.-№10.

12. Дударев JI.E., Волошек И.В. Численный анализ феррорезонансных процессов в сетях с изолированной нейтралью // Электрические станции, 1991, №1, С.66.

13. Панаснж Д.И., Фортуль Б.М., Миронов Г.А., Жислина А.А.

14. Мероприятия по защите ТНКИ 6-10 кВ при дуговых замыканиях на землю // Электрические станции, 1982, №12, С.54-56.

15. Дударев Л.Е., Волошек И.В. Оценка эффективности защиты трансформаторов напряжения от токовых перегрузок // Электрические станции, 1986, №11, С.32-34.

16. W. Piasecki, М. Florkowski, М. Fulczyk, P. Mahonen, М. Luto, W. Nowak, "Ferroresonance involving voltage transformers in medium voltage networks" // Proceedings of the XlVth. Int. symposium on High Voltage Engeenering, Bejing, F-19.

17. J. Tlusty, J. KyncI, P. Kubin, J. Svec, V. Valouch, "Ferroresonant overvoltages in the power transmission systems" // // Proceedings of the XlVth. Int. symposium on High Voltage Engeenering, Bejing, B-39.

18. S.R. Naidu, B.A. Souza, "Analysis of ferroresonant circuits using a Newton-Raphson scheme" // IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, no. 4, October 1997, P.1793-1797.

19. B.A. Mork, "Five-Legged Wound-Core Transformer Model: Derivation, Parameters, Implementation, and Evaluation" // IEEE Transactions on Power Delivery, vol.14, no.4, October 1999, P.1519-1525.

20. Павлов В.И., Максимов B.M. Феррорезонанс на шинах в электрических сетях с заземлённой нейтралью // Электрические станции, 1975, №8, С.78-80.

21. К Li, W. Shi, R. Qin and J. Yang, "A systematical method for suppressing ferroresonance at neutral-grounded substations" // IEEE Trans, on Power Delivery. Vol. 18, №2, July 2003. - P. 1009-1014.

22. M.R. Iravani, R.A. Walling, "Modeling and analysis guidelines for slow transients part III: The study of ferroresonance" // IEEE Transactions on Power Deliveiy, vol.15, no.l, Januaiy 2000, pp.255-265.

23. D. Jacobson, P. Lehn, R. Menzies, "Stability domain calculation of period-1 ferroresonance in a nonlinear resonant circuit" // IEEE Transactions on Power Deliveiy, vol.17, no.3, July 2002, pp. 1028-1034.

24. Поляков B.C., Чертоусова B.M. Феррорезонанс в сети 220 кВ и меры борьбы с ним // Труды ЛПИ. 1982. - № 382. - С.65-71.

25. Айзстраутс Э.В. Феррорезонанс в сети 110 кВ с заземленной нейтралью. -Электрические станции, 1983, №12, С.64-65.

26. Тураев В.А., Малюшинский П.Г. О заземлении нейтралей силовых трансформаторов 110-220 кВ при неполнофазных режимах питания // Электрические станции, 1992, №4, С.69-72.

27. Дымков A.M., Тишепин Ю.В. Трансформаторы напряжения. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.

28. Степанов Ю.А. Трансформаторы напряжения контроля изоляции 6-10 кВ, сравнительный анализ моделей. Новости электротехники. 2003, №4(24).

29. Шатров М.А. Магнитоэлектрические схемы замещения катушек индуктивности и трансформаторов // Электричество. 2003, №11.

30. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974. - 240с.

31. Туровский Я. Техническая электродинамика. Перев. с польск. М.: Энергия, 1974.-488с.

32. ЪА. Антонов Н.А. Анализ феррорезонансных схем электрических сетей 110500 кВ методами математического моделирования: Дис. кан. тех. наук: 05.14.02. ИГЭУ, 1998. - 200с.

33. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. -528с.

34. Ъв.Кадомская К.П., Лавров Ю.А. ,Рейхердт А.А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник.-Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.-368 е.- (Серия «Учебники НГТУ»)

35. Зихерман М.Х. Трансформаторы напряжения для сетей 6-10 кВ. Причины повреждаемости//Новости электротехники. 2003. №1(25).

36. ГУ 3414-023-11703970-03. Трансформаторы наряжения (однофазные антирезонансные) НАМИ-110-УХЛ1, НАМИ-220-УХЛ1, НАМИ-330-У1, НАМИ-500-УХЛ1

37. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. Учебное пособие. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2002. -464с.

38. Никулин Н.В. Справочник по электротехническим материалам и изделиям. Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1979.

39. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Высшая школа, 1991.

40. A.Gaudreau,P.Picher,L.Bolduc,A.Coutu, "No-load losses in transformer under overexcitation/inrush-current conditions: tests and a new model" // IEEE Trans, on Power Delivery, vol.17, №4, October 2002, P. 1009-1017.

41. Ewald F.Fuchy Y.You, "Measurement of Я-/characteristics of asymmetric three-phase transformers and their applications" // IEEE Trans, on Power Delivery, vol.17, №4, October 2002, P.983-990.

42. AA.J.Pedra, LSainz, F.Corcoles, R.Lopez and M.Salichs, "PSPICE computer model of a nonlinear three-phase three-legged transformer" // IEEE Trans, on Power Delivery, vol. 19, №1, Jaunary 2004, P. 200-207.

43. Панасюк Д.И., Фортуль Б.М. Предотвращение неполнофазной работы BJT-110 кВ с трансформаторами с изолированной нейтралью на ответвлениях // Энергетик, 1984, №11, с.21.

44. Техника высоких напряжений / Под ред. Г.С. Кучинского. СПб., 1998.

45. Техника высоких напряжений / Д.В. Разевиг. М.: Энергия, 1976.

46. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/Пол, ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова.-З-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1989.-768с.

47. Справочник по электротехническим материалам/Пор, ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М.-Т. З.-З-е изд., перераб,-Л.:Энергоатомиздат.Ленингр. отд-ние, 1988.-728с.

48. Электротехнический справочник. Т. 2. Под общ. ред. Грудинского П.Г. и др. М.: Энергия, 1975. - 752с.