Аппроксимация переходных резонансных напряжений и токов в обмотках силовых трансформаторов для определения собственных частот колебаний и коэффициентов затухани

  • Василий Серафимовин Ларин
  • Даниил Анатольевич Матвеев
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2020-12-44-54
Ключевые слова: силовые трансформаторы, резонансные перенапряжения, обмотки, переходные процессы, свободные колебания, собственные частоты, коэффициент затухания

Аннотация

Переходное взаимодействие между силовыми трансформаторами и питающими кабельными линиями может привести к возникновению резонансных перенапряжений в первичных обмотках трансформаторов. Для разработки мер защиты от резонансных перенапряжений и проектирова­ния трансформаторов, устойчивых к резонансным перенапряжениям, необходимо знать собствен­ные частоты обмоток трансформатора. В последние годы все более широкое применение в про­ектной практике находят высокочастотные модели обмоток трансформаторов. Однако матема­тические модели, пришедшие из расчетов импульсных перенапряжений в обмотках, недостаточно точно воспроизводят частотные зависимости потерь и затухания на собственных частотах. Для верификации и совершенствования математического аппарата, используемого для моделирования высокочастотных процессов в обмотках трансформаторов, необходимо иметь достаточные экс­периментальные данные о значениях собственных частот и коэффициентов затухания. Рассмот­рены методы экспериментального определения значений собственных частот и коэффициентов за­тухания обмоток силовых трансформаторов. Приведены теоретические сведения и аналитические выражения для переходных напряжений и токов, полученные для упрощенных схем замещения об­моток с сосредоточенными параметрами. Предложен подход, основанный на разделении переход­ных напряжений и токов в обмотке на установившуюся и свободную составляющие и последующей аппроксимацией свободной составляющей с использованием теоретических выражений, полученных для схем замещения обмоток. Приведены результаты применения подхода к аппроксимации пере­ходного напряжения в средней точке и тока в нейтрали обмотки высшего напряжения сухого трансформатора.

Биографии авторов

Василий Серафимовин Ларин

кандидат техн. наук, начальник 1 отдела трансформаторов Всероссийского электротехнического института (ВЭИ) — филиала ФГУП «Российский Федеральный Ядерный Центр — Всерос­сийский научно-исследовательский ин­ститут технической физики им. академика Е.И. За- бабахина» (РФЯЦ-ВНИИТФ), почетный член СИГ- РЭ, диссертацию защитил в 2007 г.

Даниил Анатольевич Матвеев

научный сотрудник Национального ис­следовательского университета «МЭИ».

Литература

1. Дмитриев М.В. Переходный резонанс в схемах с кабеля­ми 6—5oo кВ. — Электроэнергия: передача и распределение, 2o17, №1 (4o), с. 18-23.

2. Брилинский А.С., Евдокунин Г.А., Пономарёв Т.А. Иссле­дование причин нарушения электрической прочности изоля­ции устройства РПН трансформатора с сухой изоляцией. — Из­вестия НТЦ Единой энергетической системы, 2o18, № 1 (78), с. 13o—141.

3. Шейко П.А. Трансформаторы высокого напряжения. По­вреждения вследствие коммутационных перенапряжений. — Новости Электротехники, 2o 13, №1 (79) [Электрон. ресурс] http://news.elteh.ru/arh/2o13/79/o5.php (Дата обращения 1o.11.2o2o).

4. Зильберман В.А. Предотвращение повреждений транс­форматоров на электростанциях с укрупненными энергоблока­ми, подключенными к комплектному распределительному уст­ройству через высоковольтные кабели. — Электричество, 2o17, №1o, с. 47—54.

5. Ларин В.С., Матвеев Д.А., Максимов Б.К. Особенности высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках распределительных трансформаторов 6—35 кВ. — Энергетик, 2o19, № 4, с. 12—16.

6. CIGRE Brochure 577A «Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System — Part 1: Expertise». Joint Working Group A2/C4.39, April 2o14, 126 р.

7. CIGRE Brochure 577B “Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System — Part 2: Case Studies”, April 2o14.

8. Soloot A.H., lliiiidalcii H.K., Gustavsen B. Upon the improvement of the winding design of wind turbine transformers for safer performance within resonant overvoltages. — CIGRE SC A2 & C4 Joint Colloquium, 2o13/9, pp. 8—14.

9. Furgai J., Kuniewski M., Paj№k P. Analysis of Internal Overvoltages in Transformer Windings during Transients in Electrical Networks. Energies, 2o2o, No.13, p. 2644 [Электрон. ресурс] https://doi.org/1o.339o/en131o2644 (Дата обращения 1o.11.2o2o).

10. Ларин В.С., Матвеев Д.А. Оценка воздействий на внут­реннюю изоляцию обмоток силовых трансформаторов при ре­зонансных перенапряжениях. — Электричество, 2o2o, № 4, с. 16—24.

11. Ларин В.С., Волков А.Ю. Резонансные перенапряжения в обмотках трансформаторов. Ч.2. Определение резонансных частот обмоток. — Электричество, 2o15, № 12, с. 2o—25.

12. IEC 60076-18:2012 Power transformers - Part 18: Measurement of frequency response. ISBN 978-2-83220-222-7.

13. Ларин В.С. Использование передаточных функций для оценки воздействий на изоляцию обмоток трансформаторов при резонансных перенапряжениях. - Электричество, 2019, №1, с. 23-29.

14. Белецкий З.М., Бунин А.Г., Горбунцов А.Ф., Конторович Л.Н. Расчет импульсных воздействий в обмотках трансформа­торов с применением ЭВМ. - М.: Информэлектро, 1978, 79 с.

15. Fergestad P.I., Henriksen T. Transient Oscillations in Multiwinding Transformers. - IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1974, vol. 93, No. 2, pp. 500-509.

16. Gustavsen B., Martin C., Portillo A. Time-Domain Implementation of Damping Factor White-Box Transformer Model for Inclusion in EMT Simulation Programs. - IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 2, pp. 464-472.

#

1. Dmitriev M.V. Elektroenergiya: peredacha i raspredelenie — in Russ. (Electricity: transmission and distribution), 2017, No.1 (40), pp. 18-23.

2. Brilinskij A.S., Evdokunin G.A., Ponomaryov T.A. Izvestiya NTC Edinoj energeticheskoj sistemy — in Russ. (STC of Unified Power System Proceedings), 2018, No. 1(78), pp. 130-141.

3. Shejko P.A. Novosti Elektrotekhniki — in Russ. (Electrical Engineering News), 2013, No.1 (79) [Electron Resource] http://news.elteh.ru/arh/2013/79/05.php (Date of appeal 10.11.2020).

4. Zil’berman V.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 10, pp. 47-54.

5. Larin V.S., Matveev D.A., Maksimov B.K. Energetik — in Russ. (Energetik), 2019, No. 4, pp. 12-16.

6. CIGRE Brochure 577A «Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System - Part 1: Expertise». Joint Working Group A2/C4.39, April 2014, 126 р.

7. CIGRE Brochure 577B «Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System — Part 2: Case Studies», April 2o14.

8. Soloot A.H., Hiidalen H.K., Gustavsen B. Upon the improvement of the winding design of wind turbine transformers for safer performance within resonant overvoltages. — CIGRE SC A2 & C4 Joint Colloquium, 2o13/9, pp. 8—14.

9. Furgai J., Kuniewski M., Paj№k P. Analysis of Internal Overvoltages in Transformer Windings during Transients in Electrical Networks. Energies, 2o2o, No.13, p. 2644 [Electron Resource] https://doi.org/1o.339o/en131o2644 (Date of appeal 1o.11.2o2o).

10. Larin V.S., Matveev D.A. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2o2o, No. 4, pp. 16—24

11. Larin V.S., Volkov A.Yu. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2o 15, No. 12, pp. 2o-25.

12. IEC 60076-18:2012 Power transformers — Part 18: Measurement of frequency response. ISBN 978-2-8322o-222-7.

13. Larin V.S. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2o19, No. 1, pp. 23—29.

14. Beleckij Z.M., Bunin A.G., Gorbuncov A.F., Kontorovich L.N. Raschet impul’snyh vozdejstvij v obmotkah transformatorov s primeneniem EVM (Calculation of pulse effects in transformer windings using a computer). M.: Informelektro, 1978, 79 p.

15. Fergestad P.I., Henriksen T. Transient Oscillations in Multiwinding Transformers. — IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1974, vol. 93, No. 2, pp. 5oo-5o9.

16. Gustavsen B., Martin C., Portillo A. Time-Domain Implementation of Damping Factor White-Box Transformer Model for Inclusion in EMT Simulation Programs. — IEEE Transactions on Power Delivery, 2o2o, vol. 35, No. 2, pp. 464—472.

Опубликован
2020-08-19
Выпуск
№ 12 (2020): Выпуск № 12
Раздел
Статьи