К развитию теории резонансных процессов в обмотках силовых трансформаторов. Ч. 1. Частотные характеристики схемы с двумя П-звеньями
Аннотация
Обмотки силовых трансформаторов представляют собой сложные колебательные контуры. Их собственные частоты колебаний составляют от единиц до сотен кГц, и при неблагоприятных стечениях они могут совпадать с частотами переходных колебаний напряжения в электрических сетях, вызванных коммутациями и короткими замыканиями в кабельных линиях. Развитие электрических сетей и широко применяемые в последнее время технические решения приводят к тому, что все чаще в эксплуатации отмечаются случаи повреждений изоляции обмоток силовых трансформаторов по причине резонансных перенапряжений. В статье сделана попытка развить теорию резонансных процессов в обмотках силовых трансформаторов. Рассмотрены частотные зависимости напряжений и токов в упрощенной схеме замещения обмотки силового трансформатора. Получены аналитические выражения для проводимостей отдельных частей схем замещения и напряжений в промежуточных узлах, а также выражения собственных частот колебаний рассмотренных схем замещения. Показано, что причиной резонансного повышения напряжения в обмотках трансформаторов является резонанс напряжений, вызванный наличием у обмотки собственной индуктивности и емкости на землю. С помощью анализа частотных зависимостей проводимостей отдельных частей схем замещения показаны условия и диапазоны частот, при которых возможно возникновение условий для резонанса напряжений.
Литература
2. CIGRE Brochure 577B. Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System – Part 2: Case Studies. Joint Working Group A2/C4.39, April 2014.
3. Lapworth J.A., Jarman P.N., Wang Z.D., Dragostinov S. Transformer Internal Resonant Over-voltages, Switching Surges and Special Tests. – 47th CIGRE Session, report A2-215, Paris, France, 2016.
4. Amir Hayati-Soloot. Resonant Overvoltages in Offshore Wind Farms: Analysis, modeling and measurement. – Doctoral theses, Norwegian University of Science and Technology, 2017.
5. Ларин В.С., Матвеев Д.А. Оценка воздействий на внутреннюю изоляцию обмоток силовых трансформаторов при резонансных перенапряжениях. – Электричество, 2020, № 4, с. 16–24.
6. Зильберман В.А. Предотвращение повреждений трансформаторов на электростанциях с укрупненными энергоблоками, подключенными к комплектному распределительному устройству через высоковольтные кабели. – Электричество, 2017, № 10, c. 47–54.
7. Геллер Б., Веверка А. Импульсные процессы в электрических машинах. М.: Энергия, 1973, 440 с.
8. 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.
9. Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Силовые трансформаторы. Справочная книга. М.: Энергоиздат, 2004, 616 с.
10. Karsai K., Kerényi D., Kiss L. Large power transformers. Amsterdam: Elsevier, 1987, 614 p.
11. Давыдов В.С. О резонансных частотах однородных цепных схем. – Электричество, 1963, № 2, c. 10–17.
12. Ларин В.С., Матвеев Д.А. Аппроксимация переходных резонансных напряжений и токов в обмотках силовых трансформаторов для определения собственных частот колебаний и коэффициентов затухания. – Электричество, 2020, №12, с. 44–54.
13. Ларин В.С., Матвеев Д.А. Определение коэффициентов затухания по измеренным частотным характеристикам обмоток силовых трансформаторов. Ч. 1. Теоретическое обоснование. – Электричество, 2021, №1, с. 13–22.
14. IEC 60076–18:2012. Power transformers. Part 18: Measurement of frequency response, 2012.
15. ГОСТ Р 59239–2020 (МЭК 60076–18:2012). Трансформаторы силовые и реакторы. Метод измерения частотных характеристик. М.: Стандартинформ, 2021, 50 c.
16. Fergestad P.I., Henriksen T. Transient Oscillations in Multiwinding Transformers. -- IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, 1974, vol. 93, No. 2, pp. 500–509.
17. Gustavsen B., Portillo A. A Damping Factor-Based White-Box Transformer Model for Network Studies. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, vol. 33, No. 6, pp. 2956–2964.
#
1. CIGRE Brochure 577A. Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System – Part 1: Expertise. Joint Working Group A2/C4.39, April 2014.
2. CIGRE Brochure 577B. Electrical Transient Interaction between Transformers and the Power System – Part 2: Case Studies. Joint Working Group A2/C4.39, April 2014.
3. Lapworth J.A., Jarman P.N., Wang Z.D., Dragostinov S. Transformer Internal Resonant Over-voltages, Switching Surges and Special Tests. – 47th CIGRE Session, report A2-215, Paris, France, 2016.
4. Amir Hayati-Soloot. Resonant Overvoltages in Offshore Wind Farms: Analysis, modeling and measurement. – Doctoral theses, Norwegian University of Science and Technology, 2017.
5. Larin V.S., Matveev D.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 4, pp. 16–24.
6. Zilberman V.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2017, No. 10, pp. 47–54.
7. Heller B., Veverka A. Impulsnye processi v elektricheskih mashinah (Surge Phenomena in Electrical Machines). M.: Energiya, 1973, 440 p.
8. Beletskiy Z.M., Bunin A.G., Gorbuntsov A.F., Kontorovich L.N. Raschet impul'snyh vozdeystviy v obmotkah transformatorov s primeneniem EVM (Calculation of pulse effects in transformer windings using a computer). М.: Informelektro, 1978, 79 p.
9. Lizunov S.D., Lokhanin А.К. Silovye transformatory. Spravochnaya kniga (Power transformers. Reference book). М.: Energoizdat, 2004, 616 p.
10. Karsai K., Kerényi D., Kiss L. Large power transformers. Amsterdam: Elsevier, 1987, 614 p.
11. Davydov V.S. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1963, No. 2, pp. 10–17.
12. Larin V.S., Matveev D.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 12, pp. 44–54.
13. Larin V.S., Matveev D.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 1, pp. 13–22.
14. IEC 60076–18:2012. Power transformers. Part 18: Measurement of frequency response, 2012.
15. GOST R 59239–2020 (IEC 60076–18:2012). Transformatory silovye i reaktory. Metod izmereniya chastotnyh harakteristik (Power transformers and reactors. Method for frequency response measurement). М.: Standartinform, 2021, 50 p.
16. Fergestad P.I., Henriksen T. Transient Oscillations in Multiwinding Transformers. – IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, 1974, vol. 93, No. 2, pp. 500–509.
17. Gustavsen B., Portillo A. A Damping Factor-Based White-Box Transformer Model for Network Studies. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, vol. 33, No. 6, pp. 2956–2964.
