Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах

Электроника, электрика / Электромонтаж / Строительство электростанций
Administrator
1 767
14-03-2017, 22:47
0

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) электромагнитного типа подвержены повреждениям из-за возникновения феррорезонансных процессов. В настоящее время наиболее эффективной технической мерой по предотвращению феррорезонанса считается применение антирезонансных ТН. В ГОСТ 1983-2001 на измерительные трансформаторы напряжения нет четкого понятия «антирезонансный ТН». Не указано, что понимается под «антирезонансными свойствами ТН»», и не приводятся способы подтверждения антирезонансных свойств.

При разработке использовался метод математического моделирования в среде MATLAB. На основе результатов математического моделирования была спроектирована физическая модель, включающая в себя трансформатор на напряжение 220 В, для проведения дальнейших исследований, подтверждения и корректировки математической модели.

Разработана методика испытаний трансформаторов напряжения на стойкость к феррорезонансу. Методика испытаний опробована на реальной физической модели. Результаты испытаний в физической модели хорошо согласуются с математической моделью. Предложенная методика испытаний позволяет получить достоверные данные о стойкости трансформаторов напряжения к феррорезонансу, уточнить в процессе испытаний параметры математических моделей испытываемых трансформаторов.

I. Введение

Важной задачей в энергетике является обеспечение бесперебойного питания потребителей. Одной из причин, которая может помешать электроснабжению, является феррорезонанс.

Феррорезонанс - колебательный процесс в контуре, содержащем нелинейную индуктивность и емкость. В случае, когда феррорезонанс возникает в трансфор

маторе напряжения (ТН), в качестве нелинейной индуктивности выступает ТН, а емкость обусловлена наличием емкостных делителей в многоразрывных выключателях и емкостью ошиновок. Электромагнитные ТН часто повреждаются из-за возникновения опасных феррорезонансных процессов, при которых возникают токи и напряжения, превышающие номинальные в несколько раз, что и приводит к повреждению трансформатора. В сетях с глухо заземленной нейтралью

(110 - 500 кВ) основные причины возникновения феррорезонанса:

• отключение холостых ошиновок многоразрывными выключателями, оснащенными емкостными делителями напряжения;

• неполнофазные режимы, не сопровождающиеся короткими замыканиями, например обрыв шлейфа на опоре воздушной линии электропередачи (ВЛ) или на подстанции, отказ полюса выключателя при коммутации.

Основным способом борьбы с феррорезонансом является использование «антирезонансных» ТН, т.е. таких трансформаторов, конструкция которых ограничивает или исключает возникновение этого явления. Большинство российских производителей в настоящее время выпускают именно «антирезонансные» ТН. Новая политика ПАО «Россети» предусматривает применение исключительно «антирезонансных» ТН. Кроме этого, ПАО «Россети» требует подтверждать свойства аттестуемого оборудования испытаниями. В связи с этим возникают такие проблемы, как:

• отсутствие четкого определения «антирезонансный ТН» в ГОСТ 1983-2001;

• отсутствие в ГОСТ методических указаний по испытанию ТН на стойкость к феррорезонансу.

Из-за отсутствия данной нормативной базы заводы- изготовители могут недобросовестно проводить испытания своей продукции. Например, при испытаниях использовать такие емкости, при которых трансформатор заведомо не будет входить в устойчивый феррорезонанс. В связи с этим могут возникать проблемы при эксплуатации оборудования.

II. Цели и задачи

Целью исследования является разработка методики испытаний ТН на стойкость к феррорезонансу.

Задачи:

• разработка программы испытания ТН;

• разработка испытательной схемы;

• разработка защиты ТН при испытаниях;

• разработка измерительных цепей.

III. Программа испытаний ТН на стойкость

К ФЕРРОРЕЗОНАНСУ

испытания ТН на стойкость к феррорезонансу в реальных сетях связаны с риском повреждения оборудования, и поэтому наиболее целесообразно проведение испытаний в синтетических (воспроизводящих реальную сеть в лаборатории) схемах. При этом испытания ТН 110 кВ и выше в целом являются достаточно сложными с точки зрения технической реализации и весьма дорогостоящими. Поэтому для разработки методики испытаний и ее опробования на реальных трансформаторах была выбрана модель сети, основанная на трансформаторе напряжением 0,4 кВ.

Первым этапом предлагаемой методики испытаний является математическое моделирование, включающее в себя составление математической модели ТН и испы-

тательной схемы, а также подбор емкостей, при которых возникает устойчивый феррорезонанс в испытуемом трансформаторе. В качестве испытуемого трансформатора был выбран трансформатор ТІ II1-270-127/220-50, Данный трансформатор был выбран потому, что разработку и апробацию методики испытания ТН можно проводить на трансформаторах любого класса напряжения, а создание и изменение конфигурации испытательной схемы на небольшом напряжении можно производить, затрачивая меньше времени и финансовых ресурсов, На основании геометрических параметров магнитопровода, марки стали, из которой он изготовлен, а также геометрии и количества витков обмоток для исследуемого трансформатора была рассчитана кривая намагничивания, Далее, применяя расчетную схему (рис, 1), путем большого количества компьютерных симуляций была построена область существования феррорезонанса (рис, 2) для испытуемого трансформатора, показывающая, при каких емкостях, моделирующих емкости ошиновок и выключателей, трансформатор будет входить в устойчивый феррорезонанс,

Вторым этапом предлагаемой методики является создание испытательной установки и проведение испытаний, Испытания необходимы для уточнения параметров математической модели, Установка для испытания трансформатора ТІ II1-270-127/220-50 включает в себя следующие элементы:

• трансформатор ТІ II1-270-127/220-50;

• конденсаторы, имитирующие емкости ошиновок и делителей выключателей в диапазоне от 5 до 20 мкФ;

• измерительную цепь, состоящую из измерительных шунтов, стабилитронов для ограничения напряжения на плате сбора данных и платы сбора данных;

• схему защиты испытуемого трансформатора при проведении испытаний, так как при феррорезонансе возникают токи и напряжения, в несколько раз выше номинальных;

• питающий лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

После проведения испытаний переходят к третьему этапу предлагаемой методики, основной целью которого является уточнение на основании опытных осциллограмм математической модели и параметров трансформатора, таких как:

• индуктивность рассеивания;

• потери в магнитопроводе;

• кривая намагничивания.

После уточнения математической модели производится дальнейшее компьютерное исследование испытуемого трансформатора на стойкость к феррорезонансу. Использование математической модели позволяет сократить время и средства при проведении дальнейших исследований ТН.

IV. Проведение испытаний

Испытательная установка (рис. 3) с трансформатором ТПП-270 была собрана в лаборатории (рис. 4). Для предотвращения повреждения испытуемого ТН было реализовано автоматическое отключение испытательной схемы через 2 с после начала феррорезонансного процесса.

Далее был выполнен ряд опытных возбуждений феррорезонанса.

В результате возбуждения феррорезонанса в опытной схеме при величине емкостей 10 мкФ и напряжении источника 127 В были получены опытные осциллограммы феррорезонансного процесса (рис. 5, 6). Эти осциллограммы были сопоставлены с осциллограммами, полученными при компьютерном моделировании (рис. 7, 8), они согласуются. По результатам моделирования и из опыта получается, что устойчивый феррорезонанс при приведенных выше параметрах схемы возникает на частоте 16,6 Гц. При этом амплитуда тока в первичной обмотке достигает 0,6 А, а напряжение - 250 В (при приложенном от источника питания - 127 В).

Как видно из рис. 5-8, опытные осциллограммы хорошо согласуются с расчетными. Это свидетельствует о том, что расчет характеристики намагничивания испытуемого трансформатора был выполнен с достаточной точностью. Некоторые отличия в форме и гармоническом составе опытных и расчетных осциллограмм в дальнейшем предполагается устранить путем корректировки параметров математической модели по данным из опытных осциллограмм.

V. Результаты работы

Предложена методика испытаний трансформаторов напряжения на стойкость к феррорезонансу. Для оценки или подтверждения антирезонансных свойств какого-либо

трансформатора предлагается проводить следующие четыре этапа исследований:

• составление математической модели испытуемого трансформатора, определение ее параметров расчетным путем, определение посредством моделирования таких параметров испытательной схемы (емкостей), при которых испытуемый трансформатор войдет в резонанс;

• создание испытательной схемы и проведение испытаний;

• обработка полученных осциллограмм и уточнение параметров математической модели трансформатора;

• компьютерное исследование процессов в испытуемом ТН (с помощью уточнённой модели) в широком диапазоне параметров сети. На данном этапе возможно исследование стойкости ТН к другим режимам феррорезонанса, которые значительно сложнее воспроизвести экспериментально (например, феррорезонанс при неполнофазных режимах работы трехфазной сети).

Предложенная методика была опробована на практике для трансформатора ТІ II1-270-127/220-50 номинальным напряжением 220 В. Испытания трансформаторов более высоких классов напряжений по предложенной методике принципиально будут отличаться только номинальными напряжениями (и, соответственно, стоимостью) силового оборудования испытательной схемы. Результаты исследований в дальнейшем могут быть использованы для внесения изменений в ГОСТ 1983-2001 в части уточнения требований к антирезонансным ТН и в части испытаний, подтверждающих антирезонансные свойства ТН.

Источник: не определен

Обсудить на форуме

Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах

Комментарии

Моделирование переходных процессов на контактах коммутационного аппарата

Вынос потенциала в сеть напряжением до 1 кВ при замыканиях на землю в сети напряжением выше 1 кВ

Классификация трансформаторов и дросселей

Снятие показаний счетчиков - Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках

Шунты измерительные стационарные 75 ШИСВ.1

Шунты измерительные стационарные 75ШИС

Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах

Комментарии

Похожие статьи:

Моделирование переходных процессов на контактах коммутационного аппарата

Вынос потенциала в сеть напряжением до 1 кВ при замыканиях на землю в сети напряжением выше 1 кВ

Классификация трансформаторов и дросселей

Снятие показаний счетчиков - Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках

Шунты измерительные стационарные 75 ШИСВ.1

Шунты измерительные стационарные 75ШИС