Повышение надежности электрических сетей установкой ТН НАМИ

Повышение надежности электрических сетей установкой трансформаторов напряжения типа НАМИ

Виштибеев А. В., Кадомская К. П., Хныков В. А.

В сетях средних классов напряжения, эксплуатируемых с изолированной нейтралью, наблюдаются повреждения трансформаторов напряжения (ТН) типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ вследствие возникновения в некоторых нормальных и аварийных коммутациях опасных феррорезонансных колебаний, приводящих к появлению недопустимых токов в обмотке высшего напряжения ТН. В некоторых ситуациях феррорезонансные явления могут привести к ложным срабатываниям защиты от замыкания на землю. Далее рассматривается эффективность антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в распределительных воздушных и кабельных сетях, а также в схемах блоков электрических станций.

Модели распределительной сети и ТН при исследовании феррорезонансных процессов.

Наибольшие кратности перенапряжений в распределительных сетях с изолированной нейтралью возникают в процессе однофазных дуговых замыканий на землю (ОДЗ), поэтому опасные феррорезонансные колебания чаще всего сопровождают именно этот процесс, обусловленный смещением нейтрали сети. Феррорезонансные колебания при ОДЗ в сетях, оснащенных трансформаторами напряжения типа НТМИ, достаточно широко освещены в технической литературе, например, в [1-8].
Условия существования опасных феррорезонансных колебаний чаще возникают в сетях, имеющих небольшую протяженность, из-за относительно небольшой емкости этих сетей и большей вероятности появления резонансных условий в контурах, содержащих емкости сети и индуктивности намагничивания фаз ТН. Расчетная схема для анализа феррорезонансных процессов, сопровождающих процесс ОДЗ после погасания дуги, показана на рис. 1. Принципиальные схемы соединения обмоток ТН типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ и НАМИ изображены на рис. 2.
Трансформатор типа НАМИ состоит из двух трансформаторов: трехфазного и однофазного, обмотки которых расположены на различных магнитопроводах. Первичная обмотка однофазного трансформатора включена в нейтраль первичной обмотки трехфазного трансформатора. Дополнительная компенсационная обмотка, соединенная в треугольник, в трансформаторе типа НАМИ замкнута.
1 Авторы искренне благодарят канд. техн. наук Μ. X. Зихермана за предоставленные исчерпывающие данные по характеристикам НАМИ-6 и НАМИ-10.

Рис. 1. Расчетная схема распределительной сети при погасании дуги в процессе ОДЗ

Рис. 2. Принципиальные схемы соединения обмоток ТН:
а - НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ; б - НАМИ

При исследовании феррорезонансных процессов особенно тщательно следует моделировать кривые намагничивания ТН. Как правило, эти кривые определяются на промышленной частоте и поэтому в них неминуемо учитывается падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния трансформатора от тока намагничивания. При значениях потока, незначительно превышающих номинальное значение, токи намагничивания малы и ошибка в определении потокосцепления на выводах трансформатора не превышает 1,5-3%.

Рис. 3. Схемы замещения ТН:
а - НТМИ, ЗНОМ, ЗНОЛ; б - НАМИ

При потоках, превышающих более чем в 2 раза номинальные значения, динамическая индуктивность намагничивания приближается к ее насыщенному значению (1,3 -1,5)^ (Ls - индуктивность рассеяния при номинальном потоке). Таким образом, использование экспериментальных характеристик, снятых на промышленной частоте, приводит к двойному учету индуктивности рассеяния. Поэтому в модели ТН, принципиальная схема которого показана на рис. 2, а, и в модели трехфазного трансформатора типа НАМИ (рис. 2, б) была исключена индуктивность рассеяния. В соответствии с изложенным кривые намагничивания трехфазных трансформаторов моделировались в виде:

Параметры кривых намагничивания ТН типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ приведены в табл. 1 [7]. В этой же таблице приведено активное сопротивление первичных обмоток этих трансформаторов.
В соответствии с высказанными соображениями модели ТН (рис. 1) при выполнении работы принимались в виде, показанном на рис. 3. Из рисунков видно, что в моделях не учтена основная вторичная обмотка, нагруженная на сопротивление большой величины и потому практически не влияющая на исследуемые процессы.

Рис. 4. Токи в обмотках ВН НТМИ при изолированной нейтрали сети:
а - Сф = 0,1 мкФ; б - Сф = 1,7 мкФ
Таблица 1
Параметры кривых намагничивания ТН типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ

Примечание. Приведено амплитудное значение тока iххном,
В схеме замещения ТН типа НАМИ кривые намагничивания трехфазного трансформатора практически совпадают с кривыми намагничивания ТН типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ.

Рис. 5. Токи в обмотках ВН НАМИ при изолированной нейтрали сети (Сф = 0,1 мкФ)

Рис. 6. Принципиальная схема блока электрической станции
Индуктивность же намагничивания однофазного трансформатора в ТН типа НАМИ в широком диапазоне изменения потокосцепления может быть принята линейной и равной 20 - 30 Гн (при выполнении работы были сняты кривые намагничивания однофазных трансформаторов ТН типов НАМИ-6 и НАМИ-10).

Феррорезонансные процессы в распределительных сетях.

Максимальные токи в обмотках высшего напряжения ТН типа НТМИ при исследовании процесса, сопровождающего первое погасание дуги в схеме рис. 1 (Rд -> ∞), приведены в табл. 2. Вычисленные осциллограммы, иллюстрирующие устойчивый фррорезонанс и, так называемый, переходный феррорезонанс, при котором выполняются условия возникновения феррорезонансных колебаний, но не выполняются условия их существования в стационарном режиме, показаны на рис. 4 и 5 соответственно.
Из таблицы следует, что установившийся феррорезонанс наблюдается лишь при суммарной емкости трех фаз сети, не превосходящей 0,3 мкФ.
Из табл. 2 также следует, что при резистивном заземлении нейтрали сети устойчивого феррорезонанса не наблюдается, при этом, чем больше емкость сети, тем менее эффективно (с точки зрения максимума тока в обмотке ВН ТН) оснащение дополнительной обмотки ТН резистором.
На рис. 5 показаны вычисленные осциллограммы токов в обмотках ВН ТН типа НАМИ при малой емкости сети.
Следовательно, даже при весьма малой емкости сети с изолированной нейтралью при ее оснащении ТН типа НАМИ установившегося феррорезонанса не наблюдается.

Таблица 2
Максимальные токи в обмотке ВН ТН типа НТМИ при первом погасании дуги в процессе ОДЗ в сетях 6 кВ

Примечания: 1. Средние значения погонных фазных емкостей воздушных и кабельных линий приняты равными 0,004 и 0,32 мкФ/км соответственно.
2. Выделены расчетные случаи, отвечающие устойчивому феррорезонансу.