Исследование высокочастотных перенапряжений в обмотках распределительных трансформаторов с литой изоляцией
Ключевые слова:
силовые трансформаторы, собственные частоты колебаний обмоток, внутренняя изоляция, кратности перенапряжений, резонансные перенапряжения
Аннотация
В последние 20 лет на объектах электросетевого комплекса Российской Федерации для питания собственных нужд (до 100 кВ·А) выполняется замена масляных трансформаторов и сухих трансформаторов с воздушно-барьерной изоляцией на сухие трансформаторы с литой изоляцией из эпоксидной смолы. При этом в эксплуатации отмечаются случаи преждевременного выхода из строя сухих трансформаторов с литой изоляцией. Особенностями этих инцидентов стали выборочность повреждаемых трансформаторов, повторяемость и значительный срок эксплуатации до отказа (иногда в два и более раз превышающий гарантийный), исключающие версию о производственном браке. В статье представлены результаты исследований конструктивных образцов производства ОАО «СЗТТ». Для выяснения причин отказов и повышения надежности выпускаемой продукции завод-изготовитель инициировал комплекс работ по расследованию причин повреждения трансформаторов, совершенствованию конструкции обмоток и проведению сравнительного анализа устойчивости новой и старой конструкции обмоток к коммутационным перенапряжениям. Проведены исследования макетных образцов трансформаторов мощностью 10–63 кВ·А класса напряжения 10 кВ, включающие экспериментальное определение собственных частот и кратностей высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках высшего напряжения разных конструкций. В статье приведены краткие сведения по итогам расследования повреждений трансформаторов и представлены основные результаты исследований высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках высшего напряжения с литой изоляцией.
Литература
1. IEEE Std C57.142-2010. IEEE Guide to Describe the Occurrence and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers, Switching Device, and System Interaction. 2011, DOI: 10.1109/IEEESTD.2011.5759579.
2. Еремич Я.Э. и др. Градиентные перенапряжения в обмотках трансформаторов и электрических машин. – Труды Кольского научного центра РАН, 2017, т. 8, № 15, с. 87–92.
3. Брилинский А.С., Евдокунин Г.А., Пономарев Т.А. Перенапряжения в обмотках сухого трансформатора при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. – XXVII конф. «Силовые и распределительные трансформаторы. Реакторы. Системы диагностики», 2018, доклад 2-05.
4. Ларин В.С. Развитие теории резонансных процессов в обмотках и ее применение для оценки состояния и защиты от высокочастотных перенапряжений силовых трансформаторов: дис. … доктора техн. наук. М., 2023, 492 с.
5. Shipp D.D. et al. Transformer Failure Due to Circuit-Breaker-Induced Switching Transients. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2011, vol. 47, No. 2, pp. 707–718, DOI: 10.1109/TIA. 2010.2101996.
6. Shipp D.D., Dionise T.J., Lorch V. Transformer Failure Due to Circuit Breaker Induced Switching Transients Applicable to the Cement Industry. – IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference, 2013, DOI: 10.1109/CITCON.2013.6525287.
7. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2015, DOI: 10.1109/ICPS.2015.7266422.
8. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 5, pp. 3644–3654, DOI: 10.1109/TIA.2016.2563392.
9. Дмитриев М.В. Переходный резонанс в схемах с кабелями 6–500 кВ. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2017, № 1 (40), с. 18–23.
10. Ларин В.С., Матвеев Д.А., Максимов Б.К. Особенности высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках распределительных трансформаторов 6 – 35 кВ. – Энергетик, 2019, № 4, с. 12–16.
11. Buehler S.H. et al. Evaluation of a Unique Transient Hardened Transformer Designed to Withstand Primary Switching Transients: Simulation, Lab Tests and Analysis. – IEEE/IAS 55th Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, 2019, DOI: 10.1109/ICPS.2019.8733377.
12. Florkowski M. et al. Overvoltage Impact on Internal Insulation Systems of Transformers in Electrical Networks with Vacuum Circuit Breakers. – Energies, 2020, vol. 13, DOI: 10.3390/en13236380.
13. Yang Q. et al. Field Experiments on Overvoltage Caused by 12-kV Vacuum Circuit Breakers Switching Shunt Reactors. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, vol. 31, No. 2, pp. 657–664, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2475397.
14. Garcia-Chocano V.M., Nogues A. Experimental Analysis of Transient Overvoltage Protections in Distribution Transformers. – 50th CIGRE Session, 2024, report A2-10544-2024.
#
1. IEEE Std C57.142-2010. IEEE Guide to Describe the Occurrence and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers, Switching Device, and System Interaction. 2011, DOI: 10.1109/IEEESTD.2011.5759579.
2. Eremich Ya.E. et al. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN – in Russ. (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences), 2017, vol. 8, No. 15, pp. 87–92.
3. Brilinskiy A.S., Evdokunin G.A., Ponomarev T.A. XXVII konf. «Silovye i raspredelitel’nye transformatory. Reaktory. Sistemy diagnostiki» – in Russ. (XXVII Con. "Power and Distribution Transformers. Reactors. Diagnostic Systems"), 2018, report 2-05.
4. Larin V.S. Razvitie teorii rezonansnyh protsessov v obmotkah i ee primenenie dlya otsenki sostoyaniya i zashchity ot vysokochastotnyh perenapryazheniy silovyh transformatorov: dis. … doktora tekhn. nauk (Development of the Theory of Resonant Processes in Windings and Its Application to Assess the Condition and Protection Against High-Frequency Overvoltages of Power Transformers: Dis. … Dr. Sci. (Eng.)). M., 2023, 492 p.
5. Shipp D.D. et al. MacFarlane. Transformer Failure Due to Circuit-Breaker-Induced Switching Transients. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2011, vol. 47, No. 2, pp. 707–718, DOI: 10.1109/TIA.2010.2101996.
6. Shipp D.D., Dionise T.J., Lorch V. Transformer Failure Due to Circuit Breaker Induced Switching Transients Applicable to the Cement Industry. – IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference, 2013, DOI: 10.1109/CITCON.2013.6525287.
7. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2015, DOI: 10.1109/ICPS.2015.7266422.
8. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 5, pp. 3644–3654, DOI: 10.1109/TIA.2016.2563392.
9. Dmitriev M.V. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2017, No. 1 (40), pp. 18–23.
10. Larin V.S., Matveev D.A., Maksimov B.K. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2019, No. 4, pp. 12–16.
11. Buehler S.H. et al. Evaluation of a Unique Transient Hardened Transformer Designed to Withstand Primary Switching Transients: Simulation, Lab Tests and Analysis. – IEEE/IAS 55th Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, 2019, DOI: 10.1109/ICPS.2019.8733377.
12. Florkowski M. et al. Overvoltage Impact on Internal Insulation Systems of Transformers in Electrical Networks with Vacuum Circuit Breakers. – Energies, 2020, vol. 13, DOI: 10.3390/en13236380.
13. Yang Q. et al. Field Experiments on Overvoltage Caused by 12-kV Vacuum Circuit Breakers Switching Shunt Reactors. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, vol. 31, No. 2, pp. 657–664, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2475397.
14. Garcia-Chocano V.M., Nogues A. Experimental Analysis of Transient Overvoltage Protections in Distribution Transformers. – 50th CIGRE Session, 2024, report A2-10544-2024
2. Еремич Я.Э. и др. Градиентные перенапряжения в обмотках трансформаторов и электрических машин. – Труды Кольского научного центра РАН, 2017, т. 8, № 15, с. 87–92.
3. Брилинский А.С., Евдокунин Г.А., Пономарев Т.А. Перенапряжения в обмотках сухого трансформатора при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. – XXVII конф. «Силовые и распределительные трансформаторы. Реакторы. Системы диагностики», 2018, доклад 2-05.
4. Ларин В.С. Развитие теории резонансных процессов в обмотках и ее применение для оценки состояния и защиты от высокочастотных перенапряжений силовых трансформаторов: дис. … доктора техн. наук. М., 2023, 492 с.
5. Shipp D.D. et al. Transformer Failure Due to Circuit-Breaker-Induced Switching Transients. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2011, vol. 47, No. 2, pp. 707–718, DOI: 10.1109/TIA. 2010.2101996.
6. Shipp D.D., Dionise T.J., Lorch V. Transformer Failure Due to Circuit Breaker Induced Switching Transients Applicable to the Cement Industry. – IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference, 2013, DOI: 10.1109/CITCON.2013.6525287.
7. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2015, DOI: 10.1109/ICPS.2015.7266422.
8. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 5, pp. 3644–3654, DOI: 10.1109/TIA.2016.2563392.
9. Дмитриев М.В. Переходный резонанс в схемах с кабелями 6–500 кВ. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2017, № 1 (40), с. 18–23.
10. Ларин В.С., Матвеев Д.А., Максимов Б.К. Особенности высокочастотных резонансных перенапряжений в обмотках распределительных трансформаторов 6 – 35 кВ. – Энергетик, 2019, № 4, с. 12–16.
11. Buehler S.H. et al. Evaluation of a Unique Transient Hardened Transformer Designed to Withstand Primary Switching Transients: Simulation, Lab Tests and Analysis. – IEEE/IAS 55th Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, 2019, DOI: 10.1109/ICPS.2019.8733377.
12. Florkowski M. et al. Overvoltage Impact on Internal Insulation Systems of Transformers in Electrical Networks with Vacuum Circuit Breakers. – Energies, 2020, vol. 13, DOI: 10.3390/en13236380.
13. Yang Q. et al. Field Experiments on Overvoltage Caused by 12-kV Vacuum Circuit Breakers Switching Shunt Reactors. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, vol. 31, No. 2, pp. 657–664, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2475397.
14. Garcia-Chocano V.M., Nogues A. Experimental Analysis of Transient Overvoltage Protections in Distribution Transformers. – 50th CIGRE Session, 2024, report A2-10544-2024.
#
1. IEEE Std C57.142-2010. IEEE Guide to Describe the Occurrence and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers, Switching Device, and System Interaction. 2011, DOI: 10.1109/IEEESTD.2011.5759579.
2. Eremich Ya.E. et al. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN – in Russ. (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences), 2017, vol. 8, No. 15, pp. 87–92.
3. Brilinskiy A.S., Evdokunin G.A., Ponomarev T.A. XXVII konf. «Silovye i raspredelitel’nye transformatory. Reaktory. Sistemy diagnostiki» – in Russ. (XXVII Con. "Power and Distribution Transformers. Reactors. Diagnostic Systems"), 2018, report 2-05.
4. Larin V.S. Razvitie teorii rezonansnyh protsessov v obmotkah i ee primenenie dlya otsenki sostoyaniya i zashchity ot vysokochastotnyh perenapryazheniy silovyh transformatorov: dis. … doktora tekhn. nauk (Development of the Theory of Resonant Processes in Windings and Its Application to Assess the Condition and Protection Against High-Frequency Overvoltages of Power Transformers: Dis. … Dr. Sci. (Eng.)). M., 2023, 492 p.
5. Shipp D.D. et al. MacFarlane. Transformer Failure Due to Circuit-Breaker-Induced Switching Transients. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2011, vol. 47, No. 2, pp. 707–718, DOI: 10.1109/TIA.2010.2101996.
6. Shipp D.D., Dionise T.J., Lorch V. Transformer Failure Due to Circuit Breaker Induced Switching Transients Applicable to the Cement Industry. – IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference, 2013, DOI: 10.1109/CITCON.2013.6525287.
7. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2015, DOI: 10.1109/ICPS.2015.7266422.
8. Mardegan C.S. et al. The Experience Acquired Sizing Snubbers to Mitigate Switching Transients in Industrial Power Systems. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 5, pp. 3644–3654, DOI: 10.1109/TIA.2016.2563392.
9. Dmitriev M.V. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2017, No. 1 (40), pp. 18–23.
10. Larin V.S., Matveev D.A., Maksimov B.K. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2019, No. 4, pp. 12–16.
11. Buehler S.H. et al. Evaluation of a Unique Transient Hardened Transformer Designed to Withstand Primary Switching Transients: Simulation, Lab Tests and Analysis. – IEEE/IAS 55th Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, 2019, DOI: 10.1109/ICPS.2019.8733377.
12. Florkowski M. et al. Overvoltage Impact on Internal Insulation Systems of Transformers in Electrical Networks with Vacuum Circuit Breakers. – Energies, 2020, vol. 13, DOI: 10.3390/en13236380.
13. Yang Q. et al. Field Experiments on Overvoltage Caused by 12-kV Vacuum Circuit Breakers Switching Shunt Reactors. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, vol. 31, No. 2, pp. 657–664, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2475397.
14. Garcia-Chocano V.M., Nogues A. Experimental Analysis of Transient Overvoltage Protections in Distribution Transformers. – 50th CIGRE Session, 2024, report A2-10544-2024
