Режим ферорезонансу виникає в контурі, що містить джерело ЕРС з ємнісним внутрішнім опором і нелінійну індуктивність. Цей режим є квазістаціонарним (може продовжуватися тривалий час), причому резонансні коливання виникають як на основній частоті, так і на субгармонік 1/3 або 1/5 і можуть навіть носити хаотичний характер. У режимі ферорезонансу струм в обмотці ВН ТН істотно зростає, що призводить до її перегріву і пошкодження трансформатора.
Явище ферорезонансу досить добре вивчено, і захист від нього передбачена у вигляді різних організаційних і технічних заходів [1]. Більшість технічних заходів по боротьбі з ферорезонансу передбачає постійне або тимчасове збільшення активних втрат в резонансному контурі. Якщо ці втрати перевищують граничну потужність, яку може забезпечити джерело ЕРС при певній напрузі і місткості опорі, умови існування ферорезонансу порушуються.
Математичні моделі ТН.
Розрахунки цієї залежності, а також залежно активних втрат в кожному шарі від напруженості магнітного поля здійснюються шляхом чисельного рішення рівнянь Максвелла методом кінцевих елементів в пакеті FEMLAB. Залежність середньої індукції в шарах листа від напруженості магнітного поля на поверхні листа наведена на рис. 2, а. При складанні магнітної схеми заміщення муздрамтеатру НАМИ лист конструкційної сталі, з урахуванням розбивки на шари, являє собою шість паралельно включених нелінійних магнітних опорів. Ці опору в 12 разів менше магнітних опорів шарів, так як за все листів конструкційної сталі в муздрамтеатрі шість і кожен симетричний щодо середини (на шари розбите пів-аркуша). Магнітна схема заміщення ТН типу НАМИ-500 приведена на рис. 2, б. Електрична схема заміщення приведена на рис. 2, ст. У схемі на рис. 2, б: F1 - МДС обмотки ВН ТН; n1 - число витків обмотки ВН; 1 - сумарне потокосцепление в муздрамтеатрі ТН; ЕС - потокосцепление в електротехнічної сталі; КС1КС6 - потокозчеплення в шарах листа конструкційної сталі; RЕС, RКС1-RКС6 - магнітні опору потоку, відповідно, по електротехнічної сталі і по верствам листа конструкційної сталі.
У схемі на рис. 2, в: nM - число послідовно з'єднаних магнитопроводов в каскаді НАМІ500; RЕС0, RКС01-RКС06 - активні опори, що моделюють втрати в електротехнічної сталі і в шарах листа конструкційної сталі; R1, L1 - активний опір і індуктивність розсіювання обмотки ВН ТН. З залежностей на рис. 2, а видно, що магнітне поле проникає вглиб аркуша конструкційної сталі лише на 1-1,5 мм.
Комутації неодружених ошиновок.
Вимикачі 500 кВ є многоразривнимі. У сучасних вимикачів розривів зазвичай два, причому як у повітряних, так і у елегазових (в т.ч. зарубіжних, наприклад, фірми ABB). Для рівномірного розподілу напруги по розривах паралельно їм включаються спеціальні конденсатори (подільники напруги). Після відключення вимикача відключений об'єкт (система шин) залишається пов'язаним з джерелом напруги через еквівалентну ємність подільників на розривах.
Для повного відключення приєднання потрібно комутація роз'єднувача. Eмкость конденсаторів, шунтуючих розриви вимикачів, спільно з ємністю ошиновки і підключеного до неї обладнання на землю утворюють ферорезонансний контур .У мережах 110-220 кВ кількість одночасно відключаються вимикачів при комутації ошиновки може бути дуже велике. На ПС 500 кВ зазвичай приєднань значно менше, крім того, ОРУ-500 зазвичай проектуються за схемами 3/2 або 4/3. Схема ОРУ-500, виконана за схемою 3/2, наведена на рис. 3, а. Трансформатор напруги встановлений на секції СШ1. При відключенні цієї секції паралельно відключаються два вимикача 500 кВ. Eмкость подільників в вимикачах 500 кВ змінюються в досить широких межах залежно від типу вимикача. Найменші ємності у вимикачів типу ВНВ - 330 пФ, найбільша у вимикачів типу ВВ - 550 пФ. Таким чином, сумарна еквівалентна ємність подільників вимикачів в схемі на рис. 3, а може становити 660-1100 пФ. Сумарну ємність на землю можна оцінити як ємність ТН (125 пФ), ємність всіх роз'єднувачів (2 x 200 пФ), вимикачів (2 x 125 пФ) і ошиновки (10 пФ / м
300пФ), тобто +1075 пФ. Розрахункова схема для дослідження процесів при відключенні холостий ошиновки приведена на рис. 3, б. Результати моделювання відключення холостий ошиновки в схемі з ТН типу НКФ-500 і НАМИ-500 наведені на рис. 4. і рис. 5, відповідно.
Eмкость дільників і ошиновки: C1 = 1100 пФ, C2 = одна тисяча сімдесят п'ять пФ, напруга джерела 500 / v-3 кВ, відключення вимикача відбувається в момент максимуму напруги на ТН (0,1 c від початку розрахунку). З комп'ютерних осцилограм видно, що в ТН типу НКФ в цьому випадку виникає стійкий ферорезонансу, при цьому діючий струм складає 0,73 А. У цьому режимі ТН швидко вийде з ладу. В експлуатації відомий випадок пошкодження ТН типу НКФ500 в 1973 р на Костромській ГРЕС, причому співвідношення ємностей ошиновки і вимикачів було: 1,1 / 1,015 нФ. У ТН типу НАМИ також виникає стійкий процес, але на субгармонік 1/3 і зі значно меншим чинним струмом. Можливість виникнення ферорезонансу в схемі на рис. 3, б (при відключенні холостий ошиновки) залежить від двох основних чинників: напруги джерела і величини і співвідношення ємностей дільників і ошиновки.
Шляхом проведення численних розрахунків при варіюванні цих ємностей (напруга дорівнює номінальній) можна отримати області існування ферорезонансу (області небезпечних параметрів). Ці області для ТН НКФ-500 і НАМІ500 наведені на рис. 6 (напруга джерела 525 / v-3 кВ) .З цього малюнка видно, що у НКФ при сумарній місткості подільників більше 1 нФ (відключення двох і більше вимикачів) ферорезонансу на основний або субгармонік 1/3 виникає практично при будь-якої ємності ошиновки. Ферорезонансу на основній гармоніці супроводжується значними перенапруженнями (до 3,0 Uф.макс). Комутація холостий ошиновки з ТН типу НАМИ при певному співвідношенні ємностей також призводить до виникнення режиму ферорезонансу. Характерною особливістю є те, що стійкий процес виникає тільки на субгармонік 1/3. Виникаючі при цьому струми порівняно невеликі, наприклад, навіть при великих величинах ємностей С1 = С2 = 4 нФ, IВН.ТН.ефф = 0,32 А.
Результати експериментальних досліджень.
Випробування ТН типів НКФ-500 і НАМИ-500 проводилися в синтетичної схемою, що моделює умови натурних випробувань на підстанції при відключенні секції шин з встановленим на ній ТН многоразривнимі вимикачами. Принципова схема випробувань наведена на рис. 7.
У схемі на рис. 7: ІП - джерело живлення - каскад трансформаторів; В - вимикач ВГ-500; ДН1, ДН2 - ємнісні подільники напруги; С1 - батарея конденсаторів ДМРУ-55-0,0033У1, що моделює сумарну ємність конденсаторів, шунтуючих розриви вимикачів; С2 - батарея конденсаторів ДМК-190-3,3УХЛ1, що моделює ємність ошиновки і підключеного до неї обладнання на землю; ІТН - випробуваний трансформатор напруги; Ш - вимірювальний шунт; ЗШ1, ЗШ2 - захисні кулі. Випробування проводилися при різних параметрах схеми - співвідношеннях ємностей С1 / С2: 1210/1335, 2350/2855; 3440/4285 пФ в поєднанні з варіюванням фази комутації (відключення) вимикача. В процесі випробувань реєструвалися наступні характеристики: im - максимальне значення (пік) струму в первинній обмотці ТН; I - діюче значення струму в первинній обмотці; uтр - максимальне значення (пік) напруги на ТН. Результати випробувань в узагальненому вигляді представлені в таблиці, де наводяться резонансні характеристики ТН, отримані в різних серіях дослідів. Вказуються діапазони значень характеристик, які були отримані при різних кутах комутації вимикача по відношенню до максимуму напруги на джерелі від 0 до 80 град. Як випливає з представлених даних, при випробуванні НКФ-500 спостерігався ферорезонансу на основній гармоніці, а при випробуванні НАМИ-500 - ферорезонансу тільки на субгармонік 1/3.
При цьому резонансні характеристики НКФ-500 і НАМИ-500 істотно відрізнялися (відмінність по току більш ніж на порядок). При випробуванні НКФ-500 спостерігалося істотне підвищення напруги на ТН по відношенню до номінальної напруги, і чинне значення струму в обмотці ТН значно перевищувало допустиму величину. При випробуванні НАМИ-500 напруга на ТН, навпаки, незначно відрізнялося від номінальної напруги, і діюче значення струму в обмотці ТН залишалося порівняно небольшім.Характерние досвідчені осцилограми процесів в НКФ-500 і НАМИ-500, отримані при відключенні вимикача при співвідношенні ємностей 1210 / 1 335 пФ наведені на рис. 8, 9. Під час експерименту з НКФ (див. Рис. 8) відбувалося спрацьовування захисних куль ЗШ1 від підвищення напруги на джерелі в момент часу 0,2 с. До цього моменту спостерігався явний ферорезонансу на ТН.
Досвідчені осцилограми добре узгоджуються з результатами комп'ютерного моделювання (див. Рис. 4, 5), що свідчить про адекватність використовуваних математичних моделей. Відмінність досвідчених і розрахункових даних не перевищує при цьому 5-7%. Деяка невідповідність результатів розрахунку з дослідними даними було отримано тільки в другій серії дослідів, де стійкий процес ферорезонансу не спостерігається. Причиною цього могли послужити додаткові невраховані втрати або ж випадковий дефект схеми випробувань.
Висновок.
Застосування трансформаторів напруги типу НАМИ-500 є досить ефективним заходом щодо запобігання ферорезонансу в мережах 500 кВ. Як показують результати досліджень, виникнення ферорезонансу в схемах з НАМИ-500 при відключенні неодружених ошиновок можливо тільки на субгармонік 1/3 (16,7 Гц) при відносно невеликому підвищенні напруги на ТН в процесі ферорезонансу і токах в обмотці ТН, що не перевищують 0, 3 А.
З урахуванням можливості виникнення ферорезонансу на субгармонік 1/3 вельми важливою характеристикою для застосування НАМИ-500 могла б бути залежність допустимої величини діючого значення струму в первинній обмотці ТН в режимі ферорезонансу від тривалості цього режиму. Завдання експериментального визначення або розрахунку цієї характеристики повинна бути наступним етапом дослідження антирезонансних властивостей ТН типу НАМИ-500.
Рекомендуйте цю статтю іншим!