автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение эффективности работы электрической сети в условиях длительного насыщения электромагнитных трансформаторов напряжения

од'

Министерство энергетики и топливных ресурсов Республики Казахстан

Казахский научно-исследовательский институт эйергетики имени академика Ш.Ч.Чокина (КазНИИЭ)

На правах рукописи

САФАРВАКОВ Алексей Альбертович

УДК 621.316.925

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СЕТИ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО НАСЫЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

05.14.02 - "Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматн 1995

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Павлодарского Государственного университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Богдан A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тамадаев А-Х.Ы., кандидат технических наук Купчиков В.В.

Ведущее предприятие: Алматинский энергетический институт

Защита диссертации состоится * 23* 1995г. в 40 ча-

сов на заседании специализированного совета KP.27.08.02 в Казахской научво-исоледовательском институте энергетики им. Ш.Ч.Чоки-на по адресу: 480012, г.Алматы, ул.Байтурсынулы, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского научно-исследовательского института энергетики им. Ш.Ч.Чокина.

Автореферат разослан оегаЬря 1995г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными попи-сями просим направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

О.К.Ерекеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дальнейшая интенсификация производства обуславливает все более жесткие требования к эффективности работы электрических сетей, что в значительной мере зависит от четкой работы устройств релейной защиты и автоматики. Одним из основных датчиков сигналов для этих устройств являются измерительные трансформаторы напряжения (ТН).

Опыт эксплуатации и исследования режимов работы ТН в сетях с изолированной нейтралью показывают, что ежегодно выходят из строя 6-8% ТН. Имеются сети, которые из-за регулярных повреждений ТН длительно эксплуатируются без устройств общей сигнализации от замыканий на землю и средств учета электроэнергии. Токи, возникавшие в первичных обмотках ТН при насыщении его магнито-проводов, могут оказывать влияние на работу релейных защит от замыканий на землю. По данным оперативных журналов ПО "Зкибас-тузуголь" время простоя оборудования по причинам неселективной работы защит ежегодно составляет более 2500 часов, что определяет значительный материальный ущерб.

В сетях с заземленной нейтралью 110-500 кВ опасность насыщения магнитопроводов и повреждения каскадных ТН типа НКФ существует при феррорезонансных процессах на подстанциях с воздушными, а в последнее время и с масляными, выключателями, имеющими емкостные делители напряжения.

Актуальность проблемы подтверждается большим количеством работ, посвященных исследованию режимов работы ТН. Однако, имеются разногласия в оценках причин ненормальной работы ТН, количественных характеристик процессов и защитных элементов, эффективности применяемых мероприятий. Отсутствует достоверное математическое описание процессов, сопровождающихся насыщением электромагнитных ТН различных конструкций.

Целью настоящей работы является повышение эффективности работы электрической сети путем снижения повреждаемости электромагнитных ТН и улучшения селективности устройств релейной защиты при длительном насыщении магнитопроводов ТН.

Для достижения цели были поставлены и реаены следующие

аадача.

1. Выбор и обоснование метода для численного решения "жестких" систем нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих схемы включения электромагнитных ТН, в условиях коммутационных переключений и изменения параметров схем в процессе .расчета.

2. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для:

- математической модели участка сети 110-500 кв с заземленной нейтралы, включающего каскадный ТН типа НКФ, которая позволяет исследовать режим отключения шин распределительного устройства от внешней системы;

- математических моделей трехфазной сети с изолированной нейтралью с подключенными ТН контроля изоляции типов НЩ и НАМИ, позволяющих исследовать переходные процессы при коммутациях и перемежающихся дуговых замыканиях с учетом возможного взаимодействия степени насыщения ТН. и характера горения дуги.

3. Определение условий возникновения феррорезонанса на шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью и анализ опасных режимов с определением расчетных параметров в конкретных схемах.

4. Исследование процессов при феррорезонанса и дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью и анализ их влияния на повреждаемость ТН и работу устройств релейной защиты.

Б. Оценка эффективности различных мероприятий по предотвра- ' щению последствий насыщения ТН и расчет параметров элементов, -не обходимых для защиты ТН и повышения селективности защит от замыкания на землю.

Основная Идея работы заключается в использовании метода вычислительного эксперимента для разработки и обоснования мероприятий, направленных на снижение повреждаемости электромагнитных ТН и улучшение селективности устройств релейной защиты при * длительном насыщении магнитопроводов ТН.

Метода исследования. При решении поставленных задач использовались положения теории электрических цепей, теории электромагнитных переходных процессов, математического анализа. Исследования проводились с использованием математического моделирования, физического моделирования и натурного эксперимента.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработаны алгоритмы решения "жестких" систем дифференциальных уравнений, описывапцих схемы включения электромагнитных ТН типов НТМИ, НАМИ и НКФ, основанные на применении неявного метода Эйлера совместно с методом спуска.

2. Предложена методика определения момента гашения перемежающейся дуги на основании оценки теплового состояния дугового .промежутка, позволяющая учитывать взаимодействие дуги и насыщения магнитопроводов ТН при математическом моделировании электромагнитных процессов в сетях с изолированной нейтралью.

3. Впервые показано влияние разности напряжений зажигания дуги различных полярностей и ее момента гашения на повреждение ТН старых (НТМИ) и новых (НАМИ) конструкций в сетях с изолированной нейтралью.

4. Разработана методика определения возможности возникновения феррорезонанса на шинах ОРУ в сетях 110-500 кВ, основанная на предложенной математической модели каскадного ТН, учитывающей насыщение каждого стержня его магнитопровода.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются совпадением качественных и количественных результатов расчетов и экспериментальных исследований в производственных условиях в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью и на шинах 0РУ-220 кВ в сети с заземленной нейтралью. В диссертации показано, что отклонение расчетных значений характерных параметров процессов соизмеримо с погрешностью их измере-. ния. .

Основные положения а результаты исследований, выносимые на защиту.

1. Алгоритмы решения систем нелинейных дифференциальных уравнений математических моделей электрических сетей с подключенными электромагнитными ТН типа НТМИ, НАШ и НКФ, основанные на использовании метода Эйлера с коррекцией переменных по методу спуска, для расчета токов ТН в условиях коммутационных переключений.

2. Обоснование значений дополнительных сопротивлений, необходимых для защиты ТН контроля изоляции и каскадных ТН от токо-

вых перегрузок с учетом места и момента подключения.

-3. Устройство и рекомендации для повышения селективности защит от замыкания на землю в условиях насыщения магнитопроводов ТН в сетях с изолированной нейтралью.

Связь теш диссертации с государственными программами а с плавом работы университета. Работа выполнялась в соответствии с координационным планом Кинуглепрома СССР на 1986-1990 гг. (этап 3.9.5 "Исследование переходных процессов в сетях '6-10 кВ угольных разрезов объединения "Экибастузуголь"), в соответствии с "Павлодарской областной целевой комплексной программой энергосбережения на 1994-1996 гг. и до 2000 г.", утвержденной постановлением N76 от 26.04.94 Павлодарской областной администрацией, и в соответствии с программой "Развитие теории и новых технических решений по созданию высокоэффективных электроустановок и электротехнологий энергетических, промышленных и горных, предприятий", утвержденной на НТО ЛГУ.

Практическая ценность. Применение разработанных устройств и мероприятий позволит сократить повреждения ТН, повысить селективность защит от замыкания на землю, обеспечив более надежное электроснабжение потребителей и повысив безопасность эксплуатации электроустановок. Разработанные математические модели могут использоваться для определения возможности возникновения опасных режимов в конкретных сетях, для расчета параметров защитных устройств, необходимых для их предотвращения, для анализа влияния отдельных параметров при проектировании новых ТН и устройств релейной защиты, а так же для изучения процессов в сетях с изолированной нейтралью и на шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью.

Реализация. Основываясь на результатах исследований, проведенных в рамках данной работа, для ПЭО "Павлодарэнерго" дано заключение о возможности возникновения феррорезонансных колебаний и повреждения каскадных ТН на шинах 0РУ-220 кВ Ермаковской ГРЭС после предполагаемой реконструкции и разработаны мероприятия по предотвращению возможных повреждений ТН. Разработаны и переданы в Ермаковское предприятие электрических сетей мероприятия по снижению повреждаемости ТН в сетях с изолированной ней-

тралью. Устройство по ограничению токов в ТН-типа НТШ-Ю в 1990 году установлено на подстанции "Евгеньевна" ЕПЭС. За время эксплуатации устройства повреждения ТН не зарегистрировано. Рекомендации го улучшению селективности направленных защит от замыкания на землю внедрены на подстанциях сети G кВ энергоснабжения угольных разрезов ГАО "Экибастузкомир". Там же находится в опытной эксплуатации разработанное устройство гашения субгармонических колебаний. Это позволило значительно сократить количество излишних отключений добывающего оборудования. Программное обеспечение для моделирования переходных процессов в сетях с изолированной нейтралью и на шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью используется для инженерных расчетов в ГСЭО "Павлодарэнер-го", в Новочеркасском Государственном технической университете, а так же в учебном процессе в ПТУ.

Апробация работы/Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и региональных научно-технических конференциях: "Молодые ученые области ускорению научно-технического прогресса и развитию науки", (Павлодар, 1987), "Современное состояние и перспективы энергетики и технологии в энергостроении" (IV Бенардосовские чтения, Иваново, .1989), "Современные метода и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистем (Челябинск, 1990), "Современная релейная защита объектов" (Чебоксары, 1991), "Наука и новая технология в развитии Павлодар-Зкибастузского региона" (Павлодар, 1993), VIII Всесоюзной научно-технической конференции по - трансформаторостроеншо (Запорожье, 1990); на Международных научно-технических конференциях. "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (VI Бенардосовские чтения", Иваново, 1992), "Проблемы энергетики Казахстана" (Павлодар, 1994).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе одно авторское свидетельство.

Объем диссертация. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на стр. машинописного текста, содержит А7_ рисунка, таблиц, список использованной литературы из 94 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ современного состояния исследований работы ТН. Значительный вклад в этом направлении внесли ученые Алексеев В.Г., .Андреев В.А., Борисенко Л.С., Дударев Л.Е., Зихерман Ы.Х., Лихачев Ф.А., Миронов Г.А., Нугер В.К., Поляков B.C., Сирота И.Ы., Шаргородский В.Л и другие.

При дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью величина токовых перегрузок ТН определяется параметрами сети и характером горения дуги. Исследование этих зависимостей, определение условий и причин возникновения различных по характеру горения дуг, а так же оценка влияния степени насыщения ТН на изменение характера дуги затруднены ввиду ограниченных * возможностей экспериментальных методов и созданных ранее матема- . тических моделей. Сведения о повреждениях ТН при феррорезонансе в нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью противоречивы и носят достаточно общий характер. В то же время, феррорезонансные колебания могут оказывать влияние на селективность защит от однофазных замыканий на землю, хотя оценка степени влияния в известных автору работах не приводится.

Для предотвращения повреждаемости ТН предлагались различные мероприятия, но наибольшее распространение нашли способы, связанные с ограничением токовых перегрузок посредством включения защитных резисторов, поскольку это не приводит к изменению режима нейтрали сети и к потери контроля изоляции. В определении достаточной для ограничения перегрузок величины и в выборе места установки резистора имеются разногласия. Отмечено, что разработанные для сетей 6-10 кВ ТН типа НАМИ обладают более высокой надежностью, чем ТН типа НТЫИ, однако наблюдаются случаи их повреждения. Известные экспериментальные исследования не дают объяснения этому.

В Сетях с глухозаземленной нейтралью возможность возникновения феррорезонанса на шинах ОРУ л его характер определяются емкостями делителей напряжения на выключателях и их количеством, а так же емкостью относительно земли шин и всего оборудования, подключенного- к шинам. Определение этих величин, создающих

условия повреждения ТН, проводилось на упрощенных моделях для эквивалентных параметров, не отображающих реальные параметры подстанции. Влсость шин оценивалась приблизительно, без . учета спусков к оборудованию. Для защиты ТН типа НКФ предлагалось увеличение емкости шин за счет подключения конденсаторных батарей или емкости линии и включение нагрузочных- резисторов во вторичные обмотки. Однако обоснования их необходимых величин для конкретных параметров подстанций не было проведено. Регистрация, возникновения феррорезонанса производилась по увеличению уровня перенапряжений и появлению третьей гармоники в фазном напряжении. Оценки этих величин не приводятся.

Все эти вопросы обусловлены отсутствием достоверного описания процессов, протекающих в трёхфазных сетях с изолированной нейтралью при различных видах дугового замыкания и феррорезо-нансных процессах, а так же в каскадных ТН в сетях с заземленной нейтралью при отключении ОРУ от питающей сети.

Для определения граничных значений допустимых токов в первичных обмотках ТН, автором диссертации проведена оценка токов термической устойчивости. Показано, что для ТН типа КШИ опасность представляют токи, действующее значение которых превышает 0.28А, ДЛЯ ТН типа НКФ - 0.1А.

На основании анализа известных работ и проведенной оценки токов термической устойчивости были сформулированы основные задачи, связанные с более полным исследованием режимов насыщения ТН и разработкой мероприятий по повышению эффективности работы электрической сети в этих режимах. Автором предложено для решения'поставленных задач использовать метод вычислительного эксперимента, сочетающий математическое моделирование исследуемых процессов и натурные эксперименты для проверки адекватности моделирования.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей ТН с учетом первичных схем подключения.

Электромагнитная схема замещения одной фазы шин, источника питания и каскадного трансформатора напряжения, НКФ-220 приведена' на рис.1. В отличие от схем, приведенных в литературе, в рассматриваемой схеме ТН представлен всеми основными и дополните ль-

ными обмотками и магнитопроводами. При составлении схемы замещения были приняты следующие допущения: не учитываются активные и индуктивные сопротивления шин и ошиновки; не учитывается междуфазные емкости шин; все параметры приняты сосредоточенными; активные потери на вихревые токи в стали учитываются при помощи расчетных обмоток 1ГП, имеющих сопротивление гп, величина которого зависит от индукции в стали магнитопровода.

Электромагнитные процессы в схеме замещения рис.1 описываются следующей системой уравнений:

= I г + + — Г^сК + — Г 1ЛсК;

0 е в е Л С •> С ••

▼ в

1 г 2 2 (И<

о е е е т с ) е <К 1 11

®1Ь т 'г ®2Ь йг <П_Ь ГУ = ^уъГу + гда 11=1

<ю21 ш ■ <»12 »в - 1в1гв + ••

си "в ах

ск г2 ' Г212 <«2 ^ ей

ш *п

- Ф, 2Ь + фвК , где Ь=1,2;

- у» - «011*1 = *111 + Яв1 V

«1*1 + <уЛ ~ «Л " 1п2Ь*п = V " ^а' г*е

(1»Г1 + 'у2*у ~ 'п^'п = й12г + Вв2гв;

+ <У2*У ~ 12*2 ~ 1п22Щп = Н22г ~ Нв21в;

£о = <е " «г. -

Для аппроксимации кривых намагничивания ТН использовались сплайн-аппроксимация третьего порядка и аналитическая аппроксимация по формуле Фролихв.

■»..п.*'

--

"•■С/«

¿г

Рис.1. Электромагнитная схема замещения участка сети с каскадным ТН типа НКФ.

I I "О 'И -С •С. ; -

У Ш Ш/п

V р г Г '

Рис.2. Схема замещения трехфазной сети с ТН типа НАМИ.

В работе проведено обоснование применения для. решения данной системы неявного метода Эйлера с коррекцией базовых переменных, который в сравнении с такими методами, как Рунге-Кутта, Адамов, Милна и др., не уступая им в скорости вычислений, более устойчив к резким изменениям (в течении одного шага) параметров (коэффициентов) системы уравнений в процессе расчета и обеспечивает поиск решения по допустимой погрешности без деления шага вычислений, что очень удобно для сопряжения моделей отдельных влементов. Доказана возможность применения для коррекции базовых переменных метода спуска, поскольку целевая функция решения данной системы имеет нулевое решение в виде глобального минимума.

Аналогичным образом били разработаны алгоритмы и программ. ное обеспечение для математического моделирования трехфазной сети с изолированной нейтралы), включающей ТН типа ШУИ и НАШ. Схема замещения сети с ТН типа НАМИ представлена на рис.2. Модели позволяют исследовать переходные процессы, возникающие при подаче питающего напряжения, при возникновении и отключении однофазного замыкания на вемлю, при перемежающихся дуговых замыканиях на вемлю с учетом нагрузки, подключенной ко вторичным обмоткам, соединенным в "разомкнутый треугольник"'. Для определения момента гашения перемежающейся дуги разработана методика, основанная на оценке теплового состояния дугового промежутка. Вели представить область дугового промежутка однородным .телом, то тепловое состояние его в переходном режиме описывается уравнением:

рйаг рвш ,

где - мгновенное значение мощности дута; Сй - теплоемкость дугового столба; Я - превышение над температурой окружающей среды; ?в - тепловой поток с поверхности дугового столба.

После принятия ряда допущений приближенное решение исходного уравнения для некоторой величины Ау^, которая на каждом шаге расчета характеризует степень. ионизации дугового промежутка, примет вид:

п-1

И о г 1

^гаш,П

1 I2 Г 1 1

1=1 + А'/Гд]

где Тл - постоянная времени дугового столба, характеризующая динамику тепловых процессов.

При достижении величиной Агаш некоторого критического значения Агаш>п = Акрит дуговой промежуток теряет свою проводимость

и на ближайшем переходе тока дуги через нуль происходит гашение дуги. Проведано обоснование величины А^^, для различных влечений шага расчета ДГ. Применение данной методики позволило учитывать взаимодействие дуги и насыщения магнитопроводов ТН.

Для оценки адекватности разработанных моделей был проведен сравнительный анализ расчетов и экспериментальных осциллограмм характерных режимов, полученных в реальных сетях. Пример сравнения расчетной и экспериментальной осциллограмм процесса разряда емкости сети через обмотки ТН НАЫИ-10 приведен на рио.З. Показано, что созданные модели полностью отображают качественную сторону процессов, а некоторое расхождение количественных характеристик объясняется приближенным характером определения исходных параметров сети и соизмеримо с погрешностью измерений.

В третьей главе приведены результаты исследований ферроре-зонансных процессов, возникающих при отключении 0РУ-220 кВ от сети с заземленной нейтралью.

Исследовано влияние на интенсивность феррореаонансных процессов отклонения напряжения питания сети от номинального значения, фазы отключения последнего выключателя, отделяющего ОРУ от сети, соотношения суммарной емкости относительно земли вин ж подключенного к ним оборудования и суммарной емкости делителей напряжения выключателей (далее емкости шин и емкости выключателей). Показано, что увеличение тока в обмотках ТН выше допустимого, сопровождающееся перенапряжениями, происходит при возникновении феррорезонансных колебаний фазного напряжения с преобладанием основной частоты. Определены зависимости граничных значений емкостей шин и выключателей, при которых возникает угроза повреждения ТН.

\ддЛ/уу\ЛЛЛ/У

шшщ^

и

иа

■ ■-■ Л Л /»/;

I I V < ••

4 и. |11— —

Г" Г; И Г; и Л | '..•.-■..,

1111111' л л ; ; ,'"> ;

| | I | 1 ' 1 1л л ' '.<'.!' 'I'

ттт'

-у:

ЩщШ'

.и 11 ,ч Л Г| и Г:|

И \ \IIIUI (

! '! ч ч и J., 1

"Л/у

« I1 ----

• Рис.3. Разряд емкости сети через обмотки ТН НАЫИ-10: а) опыт; б) расчет.

Рис.4. Зависимости тока в ТН НКФ-220 при граничных условиях возникновения феррорезонанса и его относительного изменения от параметров ОРУ.

Для 0РУ-220 кВ Ермаковской ГРЭС проанализированы режимы возможного возникновения феррорезонанса. Рассчитаны емкости шин и подключенного к ним оборудования при отключении от питающей сети в нормальном и ремонтных режимах, с учетом вида и конфигурации ошиновки.

Полученные зависимости величины действующего тока в первичных обмотках ТН от емкости шин при граничных условиях возникновения феррорезонанса и его относительного изменения при увеличении емкости выключателей приведены на рис.4. Проведен сравнительный анализ амплитудных, действующих и средневыпрямленных значений фазного напряжения, а так же относительного содержания первых семи гармоник в фазном напряжении при возникновении феррорезонанса. Рекомендовано в качестве аффективного информационного признака ферроре зонансных колебаний напряжения на ношах ОРУ использовать содержание третьей гармоники в фазном напряжении ТН, величина которого при установившихся колебаниях увеличивается до 40% от напряжения питающей сети.

Определены величины и характер защитного сопротивления, подключаемого ко вторичным обмоткам ТН для его защиты от ферро-резонансных перегрузок, при различных емкостях шин % выключателей. Проведено сравнение эффективности подключения такого сопротивления в момент отключения выключателей и после возникновения устойчивых колебаний. Установлено, что в первом случае величина защитного сопротивления может быть в несколько раз больше, а выделяемая на резисторе при гашении феррорезонанса энергия -меньше, чем во втором.

В четвертой главе приведены результаты исследований режимов длительного насыщения ТН при ферроре зонансных и дуговых процессах в сети 10 кВ с изолированной нейтралью.

Показано, что режимы длительного насыщения магнитопроводов ТН, сопровождающиеся токами в первичных обмотках, превышающими ток термической устойчивости, являются основной причиной повреждения ТН.

Определены условия возникновения устойчивых ферроре эондао-ш. колебания в ворыальвсм режиме работы сети при различных коммутациях. Характер и гармонический состав колебаний ннпряже-

ния нулевой последовательности определяется величиной удельной фазной емкости сети, приходящейся на один ТН. Установлено, что увеличение тока в обмотках ТН до опасной величины происходит только при субгармоническом резонансе, в сетях с удельной емкостью сети 0.25-0.5 мкФ. При подключенном ко вторичным обмоткам ТН, соединенным в "разомкнутый треугольник", рекомендуемым ПУЭ сопротивлении 25 Ом колебания имеют затухающий характер, и время их существования значительно меньше времени повреждения транс-, форматора, но достаточно, чтобы оказывать влияние на работу устройств защиты от замыканий на землю.

Полученные зависимости индуктивной составляющей тока нулевой последовательности от удельной емкости сети и выражения для определения тока нулевой последовательности присоединения по соотношению полной емкости сети и собственной емкости присоединения и по количеству ТН в сети и на данном присоединении показывают, что величина тока нулевой последовательности при возник-.новении феррорезонансных процессов в нормальном режиме работы сети (например, после селективного отключения замыкания на землю) может превышать уставки как токовых, так к направленных защит от замыкания на землю, установленных на присоединении. При атом, ложная работа направленной защиты возможна в том случав, если на присоединении установлен один или несколько ТН.

Для снижения вероятности ложной работы защит разработано новое устройство повышенной чувствительности, функциональная схема которого приведена на рис.5. Принцип действия устройства основан на подключении ко вторичной обмотке ТН типа НГШ, соединенной в "разомкнутый треугольник", сопротивления порядка 3-5 Ом после возникновения колебаний на время их существования. Это позволяет значительно сократить продолжительность ферроре зонансных процессов. Предложены так же мероприятия по снижению ложных срабатываний направленных защит, связанные с рациональным выбором типа и режима заземления первичных обмоток ТН, неиспользуемых для контроля изоляции.

Исследование работы ТН при перемежающихся дуговых гамыкани ях показало, что длительное* увеличение токов в ТН до величин, многократно превышающих значение тока термической устойчивости,

Рис.5, функциональная схема устройства гашения субгармонических колебаний повышенной чувствительности. Ъ - нелинейный реактор, I- блок формирования прямоугольных импульсов, 2 - блок измерения, 3 - блок управления тиристорами УЗ.

Рис.6. Однополярное дуговое замыкание на землю в сети с ТН типа НАШ.

происходит при образовании регулярной одноцрлярной перемежающейся дуги. Исследовано влияние разности напряжений зажигания дуги различных полярностей и ее момента гашения на возникновение однополярной дуги. Определены зависимости токов в обмотках ТН от емкости сети в режиме устойчивого однополярного дугового замыкания. Определены значения сопротивлений, необходимые для ограничения тока в ТН до безопасной величины с учетом возможного существования однополярной ДУГИ;

Показано, что повреждение новых ТН повышенной надежности типа НАШ возможно при возникновении перемежающихся дуговых замыканий на землю, сопровождающихся различными значениями напряжения зажигания дуги в положительную и отрицательную полярность (рис.6) или образованием дуги, гашение которой происходит при втором переходе через нуль вынужденной составляющей тока замыкания на землю.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Научно обоснованные алгоритмы, программные и технические разработки, представленные автором в диссертации, направлены на решение задач по определению условий возникновения, анализу и предотвращению возможных негативных последствий режимов длительного насыщения ТН, что обеспечивает дальнейшее повышение эффективности работы энергосистем. Основные результаты и выводы можно сформулировать следующим образом.

1. Обоснована возможность применения при численном решении систем дифференциальных уравнений, описывающих схемы включения электромагнитных ТН, метода спуска совместно с неявным методом Эйлера.

2. Впервые разработан алгоритм для математического моделирования участка сети с глухозаземленной нейтралью с многокаскадным ТН, позволяющий определять магнитное состояния каждого стержня магнитопроводов ТН и расчетные параметры всех основных и дополнительных обмоток ТН с учетом нелинейных характеристик намагничивания и активных потерь в стали магнитопроводов.

3. Разработаны алгоритм решения и программное обеспечение

для математической модели трехфазной сети с изолированной нейтралью, включающей ТН типа КГМИ и НАШ. Для определения момента гашения перемежающейся дуги предложена методика, основанная на оценке теплового состояния дугового промежутка.

4. Определены граничные значения емкостей оборудования ОРУ, при которых возникает угроза повреждения ТН, получены зависимости величины тока в первичных обмотках каскадного ТН типа НКФ при устойчивом феррорезонансе от емкостей шин и делителей напряжения на выключателях, проведен информационный анализ установившихся феррорезонансных колебаний. Для 0РУ-220 кВ Ермаковской ГРЭС определены режимы возможного возникновения феррорезонанса с учетом вида и конфигурации ошиновки.

5. Получены зависимости величины и характер подключаемого ко вторичным обмоткам ТН сопротивления, необходимого для защиты ТН от феррорезонансных перегрузок. Проведено сравнение эффективности .включения нагрузки в различные моменты времени и разработаны практические рекомендаци по предупреждению повреждения -ТН.

6. Определены зависимости величины токов в ТН типа НГЫИ от удельной емкости сети при возникновении феррорезонансных колебаний и величины индуктивной составляющей тока нулевой последовательности в неповрежденных присоединениях после селективного отключения замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

7. Установлено, что при выполнении требований ПУЭ ферроре-зонансные колебания в нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью не приводят к повреждению ТН, но могут приводить к неселективной работе защит от замыкания на землю. Для повышения селективности защит разработано новое устройство повышенной чувствительности для гашения субгармонических колебаний (A.c. СССР 1453510, МКИ Н 02 3/16) и предложены рекомендации по рациональному выбору типа и режима заземления нейтрали ТН, нэ используемых для контроля изоляции.

8. Исследовано влияние разности напряжений зажигания дуги различных полярностей и ее момента гашения на возникновение однополярной дуги при перемежающихся дуговых замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью. Определены зависимости токов в обмотках ТН от емкости сети в режиме устойчивого однополярного

дугового замыкания и значения сопротивлений, необходимые для ог-, раничения .тока в ТН до безопасной величины.

9. Показано, что повреждение новых ТН повышенной надежности типа НАМИ возможно при возникновении перемежающихся дуговых замыканий на землю, сопровождающихся различными значениями напряжения зажигания дуги в положительную и отрицательную полярность или образованием дуги, гашение которой происходит при втором переходе через нуль вынужденной состовляющей тока замыкания на землю.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Защита трансформатора напряжения контроля изоляции от ферроре зонансных процессов в сети с изолированной нейтралью. /Мат. обл. научно-техн. конф. "Молодые ученые области - ускорению научно - технического прогресса и развитию науки". Павлодар, 1987. -с.66.

2. А. с. 1453510 (СССР). Устройство для защиты трансформатора напряжения контроля изоляции от повреждения при феррорезонансшх процессах в сети с изолированной нейтралью. /Богдан A.B., Калмык-ков В.В., Сафарбаков A.A. //Бюл. H306p.-I989.-N22.

3. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Анализ феррорезонансшх режимов измерительных трансформаторов напряжения. /Мат. Всесоюзной научно-техн. конф. "Совр. состояние и , перспективы энергетики и технологии в энергостроении". Иваново, 1989. -с.86.

4. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Математическое моделирование переходных процессов в сети с изолированной нейтралью в различных режимах. /Мат. Всесоюзной научно-техн. конф. "Современные метода и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистем, Челябинск. -1990. -с.92.

5. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Математическое моделирование переходных процессов в трансформаторах напряжения 6-10 кВ в различных режимах. /Тез. докл. III Всесоюзной научно-техн. конф. по трансформаторостроению. Запорожье, 1990. -с.136.

6. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Анализ не селективной работы направленных защит от замыкания на землю. /Мат. Все-

союзной научно-техн. конф. "Шестые Бенардоссовские чтения". Иваново, 1992. -с.86.

7. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Устройство защиты от замыканий на землю. /Инф.листок N152-82, Павлодар,ЩЕГИ, 1992.

8. Богдан A.B., Сафарбаков A.A., Шкляров A.A., Задорожный А.И. Математическое моделирование каскадного трансформатора напряжения 110-220 кВ. /Мат. обл. научно-техн. конф. "Наука и новая технология в развитии Павлодар-Экибастузского региона", Алматы: "Гылым", I993.-c.I9.

9. Калмыков В.В, Копбаев М.А., Сафарбаков A.A. Искатель замкнувшего присоединения. /Мат. обл. научно-техн. конф."Наука и новая технология в развитии Павлодар-Экибастузского региона", Алматы: "Гылым", 1993.-с.19.

10. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Устройство для гашения феррорезонансных колебаний в . сетях с изолированной нейтралью. /Мат. Всесоюзной научно-тех. конф. "Современная релейная защита объектов", Чебоксары, 1991. -с.124.

11. Богдан A.B., Калмыков В.В, Сафарбаков A.A. Переходные процессы в электрической сети 10 кВ с трансформаторами напряжения НАЫИ-10. /Электрические станции. -1993. -НЮ. -с.46-49.

12. Сафарбаков A.A. Влияние ферроре зонансных процессов на работу защит от замыкания на землю. // В кн. Наука и новая технология в электроэнергетике Павлодар-Экибастузкого региона. -Алматы: "Гылым", 1994. -111с.

Из содержания работ, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит в: /1,2/ - определение параметров нелинейного реактора для обеспечения необходимой • чувствительности; /3/ - реализация алгоритма решения и программного обеспечения математической модели сети с изолированной нейтралью на основе применения метода спуска и расчеты по определению токовых перегрузок; /4,5/ - определение энергетической характеристики дугового промежутка для расчета момента гашения перемежающейся дуги, исследование режимов возникновения однополярной дуги; /6/ - анализ влияния места установки трансформаторов напряжения на селективность направленных защит от замыкания на землю; /8/ - методика определения возможности возникновения ферроре зонанса на шинах

ОРУ в сетях 110-500 кВ; /II/ - исследование влияния разности напряжений зажигания' дуги и ее момента гашения на повреждение ТН типа НАШ.

RESUME

The analyslB of the functional condition of the potentlonal transformer (PT) was carried, out. The algorithms of the operating conditions ma thematic modelling of PT different constructions were elaborated; and the methods of estimation of the intermittent arc extinction moment 1л the insulated neutral grid, which allowed to investigate the reasons of the saturation of the core PTs, resulting In prolonged raising of the initial current, were proposed. The Influence of PT saturation to the function of the earth fault protection was investigated and the installation for increasing of protections selectance was elaborated. The methods of the determination of the ferroresonance on 1-10-220 kV bus possibility and the methods of ite elimination were proposed.

АННОТАЦИЯ

елшеу1шт1к кернеу трансформаторларыннн (КТ) жумыс жагдай-ларынын талдауы етк1з1лген. Эртурл1 цурастырылымды КТ жумыс режимдерШд математикалык носайлау апгоритмдер1 жасалдц жэне бейтараптамасы ощауламаланган электр торабтарнцда кездесет1н жыпьипщ доганын сенд1ру мезгШн аныктайтын эд1стеме усынылда, нэтижеде бул КТ OlplHml ретт1к тогынын. узан жогарылаунна , келт1рет1н магштт1к еткизПштердщ цаныгу себептерЛн верттеуге мумк1нд1к берд1. Керге туйщталудан корганыстын жумысына КТ магнитт1к етк1зг1ш - тер!н!н каныгуннвд ыщгал ету1 царалда *эне корганыстщ талгамдагын кетерет!д курылгы жасалды. 110-220 KB шиналарда феррорезонанс пайда болу мумк1нд1г1н аныцтайтын ад1стеме жэне феррорезонансты жою эд1стер1 усынылда.