Совершенствование методов расчета изоляции силовых трансформаторов
Ключевые слова:
силовые трансформаторы, изоляционные конструкции, методы расчета главной изоляции, электрическая прочность изоляции, напряженность электрического поля
Аннотация
Одной из основных причин отказа высоковольтных маслонаполненных трансформаторов является снижение электрической прочности внутренней изоляции. В определенной степени это обусловлено конструктивными недоработками, заложенными на стадии проектирования. Правильный расчет главной изоляции трансформаторов позволит обеспечить их надежную эксплуатацию в рамках нормативного срока службы. Накопленный опыт проектирования, изготовления и эксплуатации высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, а также новые современные технологии изготовления требуют разработки новых методов и подходов к расчёту их изоляционных конструкций. Предложен подход к расчету и проектированию изоляции трансформаторов, учитывающий влияние объема масляного канала на пробивную напряженность в различных точках изоляции, а также статистических характеристик электрической прочности при воздействии различных форм напряжения в условиях эксплуатации. С использованием программного комплекса ANSYS MAXWELL проведен расчет изоляционных конструкций силовых трансформаторов. В двух проекциях 2D построена модель главной изоляции двухобмоточного трёхфазного трансформатора класса напряжения 110 кВ. Модель учитывает особенности конструкции главной изоляции силовых трансформаторов маслобарьерного типа: расстояние между обмотками, расстояние от обмоток до барьеров и емкостных колец. Предложенный подход позволяет повысить точность расчетов, учесть при проектировании изоляции особенности конструкции трансформатора и значительно большее число влияющих факторов.
Литература
1. Львов М.Ю. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше. – Электричество, 2010, № 2, с. 27–31.
2. Львов М.Ю. и др. Методологические аспекты развития частичных разрядов и контроля изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации. – Энергетик, 2017, № 9, с. 16–20.
3. Серебряков А.С. Семёнов Д.А. Определение оставшегося ресурса главной изоляции распределительных трансформаторов. – Электротехника, 2013, № 6, с. 2–8.
4. Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция установок высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1987, 368 с.
5. Чорноготский В.М., Джунь Л.П. Методология выбора изоляции трансформаторного оборудования УВН переменного тока. – Электро, 2009, № 4, с. 19–25.
6. Морозова Т.И. Исследования электрической прочности и разработка метода расчета главной изоляции высоковольтных трансформаторов: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: ВЭИ им. В.И. Ленина, 1970, 22с.
7. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, 1979, 224 с.
8. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования / под ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. Изд. 6-е. М.: НЦ ЭНАС, 2004, 355 с.
9. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004, 616 с.
10. Nelson J.К., Salvage B., Sharpley W.A. Electrical strength of transformer oil for large electrode areas. – Proc. IEE, 1971, vol. 118, No. 2. pp.388–390, DOI:10.1049/PIEE.1971.0071.
11. Ушаков В.Я., Лопатин В.В., Багин В.В. Эффект площади электродов при пробое трансформаторного масла. – Известия вузов. Физика, 1964, № 4, с. 147–149.
12. Weber K.H., Endicott H.S. Extremal area effect for large electrodes for electric breakdown of transformer oil. – AIEE Trans., Power App. And Syst., 1957, vol.76 pt.3, pp.1091–1096.
13. Мельникова О.С. Выбор и расчёт статистических характеристик электрической прочности масляных каналов главной изоляции трансформаторов для повышения эффективности её диагностики. – Вестник ИГЭУ, 2014, вып. 3, с. 38–44.
14. Митькин Ю.А., Мельникова О.С. Определение статистических характеристик электрической прочости трансформаторного масла с учётом его объёма в трансформаторах. – Вестник ИГЭУ, 2012, вып. 2, с. 21–25.
15. Мельникова О.С., Кузнецов В.С. Метод расчета электрической прочности масляных каналов главной изоляции силовых трансформаторов. – Вестник ИГЭУ, 2020, вып. 5, с. 48–55.
16. Кузнецов В.С., Мельникова О.С. Исследование электрической прочности главной изоляции силовых трансформаторов. – 27 МНТК «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2021, с. 1053.
17. Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986, 528 с.
18. ГОСТ Р 55195-2012. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. М.: Стандартинформ, 2014, 48 с.
19. ГОСТ Р 56738–2015. Трансформаторы и силовые реакторы. Требования и методы испытаний электрической прочности изоляции. М.: Стандартинформ, 2016, 78 с.
#
1. L'vov М.Yu. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 2, pp. 27–31.
2. L'vov М.Yu., et al. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2017, No. 9, pp. 16–20.
3. Serebryakov A.S. Semyonov D.A. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2013, No. 6, pp. 2–8.
4. Kuchinskiy G.S., Kizevetter V.E., Pintal' Yu.S. Izolyatsiya ustanovok vysokogo napryazheniya (Isolation of High Voltage Installations). М.: Energoatomizdat, 1987, 368 p.
5. Chornogotskiy V.M., Dzhun' L.P. Elektro – in Russ. (Electro), 2009, No. 4, pp. 19–25.
6. Morozova T.I. Issledovaniya elektricheskoy prochnosti i razrabotka metoda rascheta glavnoy izolyatsii vysokovol'tnykh transformatorov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk (Studies of Electrical Strength and Development of a Method for Calculating the Main Insulation of HV Transformers: Abstract of the Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). М.: VEI im. V.I. Lenina, 1970, 22 p.
7. Kuchinskiy G.S. Chastichnye razryady v vysokovol'tnykh konstruktsiyakh (Partial discharges in high-voltage structures). L.: Energiya, 1979, 224 p.
8. RD 34.45-51.300-97. Ob"em i normy ispytaniy elektro-oborudovaniya (Scope and Standards of Testing of Electrical Equipment)/ Under Ed. B.А. Alekseev, F.L. Kogan, L.G. Mamikonyants. М.: NTs ENAS, 2004, 355 p.
9. Silovye transformatory. Spravochnaya kniga (Power Transfor-mers. Reference Book) / Under Ed. S.D. Lizunov, А.К. Lokhanin. М.: Energoizdat, 2004, 616 p.
10. Nelson J.К., Salvage B., Sharpley W.A. Electrical strength of transformer oil for large electrode areas. – Proc. IEE, 1971, vol. 118, No. 2. pp.388–390, DOI:10.1049/PIEE.1971.0071.
11. Ushakov V.Ya., Lopatin V.V., Bagin V.V. Izvestiya vuzov. Fizi-ka – in Russ. (News of Universities. Physics), 1964, No. 4, pp. 147–149.
12. Weber K.H., Endicott H.S. Extremal area effect for large electrodes for electric breakdown of transformer oil. – AIEE Trans., Power App. And Syst., 1957, vol.76 pt.3, pp.1091–1096.
13. Mel'nikova O.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2014, iss. 3, pp. 38–44.
14. Mit'kin Yu.А., Mel'nikova O.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2012, iss. 2, pp. 21–25.
15. Mel'nikova O.S., Kuznetsov V.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2020, iss. 5, pp. 48–55.
16. Kuznetsov V.S., Mel'nikova O.S. 27 MNTK «Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika» – in Russ. (27 ISTC "Radio Electronics, Electrical Engineering and Power Engineering"), 2021, p. 1053.
17. Tikhomirov P.М. Raschyot transformatorov (Calculation of Transformers). М.: Energoatomizdat, 1986, 528 p.
18. GОSТ R 55195-2012. Elektrooborudovanie peremennogo toka na napryazheniya ot 1 do 750 kV. Trebovaniya k elektricheskoy prochnosti izolyatsii (Electrical Equipment for А.С. Voltages from 1 to 750 kV. Requirements for Dielectric Strength of Insulation). М.: Standartinform, 2014, 48 p.
19. GОSТ R 56738–2015. Transformatory i silovye reaktory. Trebovaniya i metody ispytaniy elektricheskoy prochnosti izolyatsii (Power Transformer and Reactors. Requirements and Methods for Dielectric Tests). М.: Standartinform, 2016, 78 p.
2. Львов М.Ю. и др. Методологические аспекты развития частичных разрядов и контроля изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации. – Энергетик, 2017, № 9, с. 16–20.
3. Серебряков А.С. Семёнов Д.А. Определение оставшегося ресурса главной изоляции распределительных трансформаторов. – Электротехника, 2013, № 6, с. 2–8.
4. Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция установок высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1987, 368 с.
5. Чорноготский В.М., Джунь Л.П. Методология выбора изоляции трансформаторного оборудования УВН переменного тока. – Электро, 2009, № 4, с. 19–25.
6. Морозова Т.И. Исследования электрической прочности и разработка метода расчета главной изоляции высоковольтных трансформаторов: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: ВЭИ им. В.И. Ленина, 1970, 22с.
7. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, 1979, 224 с.
8. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования / под ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. Изд. 6-е. М.: НЦ ЭНАС, 2004, 355 с.
9. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004, 616 с.
10. Nelson J.К., Salvage B., Sharpley W.A. Electrical strength of transformer oil for large electrode areas. – Proc. IEE, 1971, vol. 118, No. 2. pp.388–390, DOI:10.1049/PIEE.1971.0071.
11. Ушаков В.Я., Лопатин В.В., Багин В.В. Эффект площади электродов при пробое трансформаторного масла. – Известия вузов. Физика, 1964, № 4, с. 147–149.
12. Weber K.H., Endicott H.S. Extremal area effect for large electrodes for electric breakdown of transformer oil. – AIEE Trans., Power App. And Syst., 1957, vol.76 pt.3, pp.1091–1096.
13. Мельникова О.С. Выбор и расчёт статистических характеристик электрической прочности масляных каналов главной изоляции трансформаторов для повышения эффективности её диагностики. – Вестник ИГЭУ, 2014, вып. 3, с. 38–44.
14. Митькин Ю.А., Мельникова О.С. Определение статистических характеристик электрической прочости трансформаторного масла с учётом его объёма в трансформаторах. – Вестник ИГЭУ, 2012, вып. 2, с. 21–25.
15. Мельникова О.С., Кузнецов В.С. Метод расчета электрической прочности масляных каналов главной изоляции силовых трансформаторов. – Вестник ИГЭУ, 2020, вып. 5, с. 48–55.
16. Кузнецов В.С., Мельникова О.С. Исследование электрической прочности главной изоляции силовых трансформаторов. – 27 МНТК «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2021, с. 1053.
17. Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986, 528 с.
18. ГОСТ Р 55195-2012. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. М.: Стандартинформ, 2014, 48 с.
19. ГОСТ Р 56738–2015. Трансформаторы и силовые реакторы. Требования и методы испытаний электрической прочности изоляции. М.: Стандартинформ, 2016, 78 с.
#
1. L'vov М.Yu. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 2, pp. 27–31.
2. L'vov М.Yu., et al. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2017, No. 9, pp. 16–20.
3. Serebryakov A.S. Semyonov D.A. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2013, No. 6, pp. 2–8.
4. Kuchinskiy G.S., Kizevetter V.E., Pintal' Yu.S. Izolyatsiya ustanovok vysokogo napryazheniya (Isolation of High Voltage Installations). М.: Energoatomizdat, 1987, 368 p.
5. Chornogotskiy V.M., Dzhun' L.P. Elektro – in Russ. (Electro), 2009, No. 4, pp. 19–25.
6. Morozova T.I. Issledovaniya elektricheskoy prochnosti i razrabotka metoda rascheta glavnoy izolyatsii vysokovol'tnykh transformatorov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk (Studies of Electrical Strength and Development of a Method for Calculating the Main Insulation of HV Transformers: Abstract of the Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). М.: VEI im. V.I. Lenina, 1970, 22 p.
7. Kuchinskiy G.S. Chastichnye razryady v vysokovol'tnykh konstruktsiyakh (Partial discharges in high-voltage structures). L.: Energiya, 1979, 224 p.
8. RD 34.45-51.300-97. Ob"em i normy ispytaniy elektro-oborudovaniya (Scope and Standards of Testing of Electrical Equipment)/ Under Ed. B.А. Alekseev, F.L. Kogan, L.G. Mamikonyants. М.: NTs ENAS, 2004, 355 p.
9. Silovye transformatory. Spravochnaya kniga (Power Transfor-mers. Reference Book) / Under Ed. S.D. Lizunov, А.К. Lokhanin. М.: Energoizdat, 2004, 616 p.
10. Nelson J.К., Salvage B., Sharpley W.A. Electrical strength of transformer oil for large electrode areas. – Proc. IEE, 1971, vol. 118, No. 2. pp.388–390, DOI:10.1049/PIEE.1971.0071.
11. Ushakov V.Ya., Lopatin V.V., Bagin V.V. Izvestiya vuzov. Fizi-ka – in Russ. (News of Universities. Physics), 1964, No. 4, pp. 147–149.
12. Weber K.H., Endicott H.S. Extremal area effect for large electrodes for electric breakdown of transformer oil. – AIEE Trans., Power App. And Syst., 1957, vol.76 pt.3, pp.1091–1096.
13. Mel'nikova O.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2014, iss. 3, pp. 38–44.
14. Mit'kin Yu.А., Mel'nikova O.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2012, iss. 2, pp. 21–25.
15. Mel'nikova O.S., Kuznetsov V.S. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2020, iss. 5, pp. 48–55.
16. Kuznetsov V.S., Mel'nikova O.S. 27 MNTK «Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika» – in Russ. (27 ISTC "Radio Electronics, Electrical Engineering and Power Engineering"), 2021, p. 1053.
17. Tikhomirov P.М. Raschyot transformatorov (Calculation of Transformers). М.: Energoatomizdat, 1986, 528 p.
18. GОSТ R 55195-2012. Elektrooborudovanie peremennogo toka na napryazheniya ot 1 do 750 kV. Trebovaniya k elektricheskoy prochnosti izolyatsii (Electrical Equipment for А.С. Voltages from 1 to 750 kV. Requirements for Dielectric Strength of Insulation). М.: Standartinform, 2014, 48 p.
19. GОSТ R 56738–2015. Transformatory i silovye reaktory. Trebovaniya i metody ispytaniy elektricheskoy prochnosti izolyatsii (Power Transformer and Reactors. Requirements and Methods for Dielectric Tests). М.: Standartinform, 2016, 78 p.
