РОЗДІЛ 2
МАТЕМАТИЧНЕ ТА ФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ
ТН входять до складу ПВК систем вимірювання напруги, електричної потужності, енергії і показників її якості, систем реєстрації внутрішніх перенапруг, діагностики електричного обладнання, автоматики, РЗ та контролю ізоляції в ЕМ різних класів напруги: від 0,38 до 1150 кВ. В залежності від того, чи входить або ж не входить до складу ТН ємнісний поділювач напруги, вони належать до ємнісного типу - ЄТН, тобто ТН конденсаторного типу ( в Європі та США їх зазвичай називають Capacitor voltage transformer або Coupling capacitor potential device, а в Японії вони носять скорочену назву PD), або ж відносяться до електромагнітного (індуктивного) типу - ІТН. Перші застосовуються в ЕМ напругою 110 кВ і вище, другі - на напругах від 6 до 750 кВ.
Нормативними документами [82,265] визначені вимоги до граничних значень похибок ТН (похибки напруги та кутової похибки) в усталеному режимі в залежності від класу точності в діапазоні зміни первинної напруги від 0,8 до 1,2 номінального значення, а також додаткові вимоги до трьох видів перехідних процесів в ЄТН: вмикання ТН на номінальну первинну напругу, к.з. в первинному колі і відключення к.з. у вторинному колі.
Необхідність підвищення точності вимірювань ЕЕ, скорочення часу та підвищення надійності спрацювання пристроїв РЗ і ПА потребує подальшого вдосконалення характеристик ТН. Дослідження точності трансформації первинної напруги ЄТН в умовах перехідних процесів є важливою складовою аналізу роботи ШДЗ, оскільки конструкція ЄТН (наявність в електричній схемі ємностей та індуктивностей) визначає особливості їх поведінки, котрі значною мірою впливають на функціонування реле опору і реле напрямку потужності [199,407,434]. Забезпечення вимог стандартів щодо якості перехідних процесів в ЄТН потребує значних зусиль в науково-технічному плані. Правильна робота ЄТН за таких умов можлива лише у випадку, якщо виникаючі при цьому в ТН власні вільні перехідні процеси незначні за величиною і дуже швидко згасають, як це має місце, наприклад, в індукційних ТН (ІТН) [247,312].
Для останніх, які працюють на ПС 110-750 кВ ЕМ з ефективно заземленою нейтраллю, довгий час залишається актуальною проблема спотворення результатів вимірювання напруги та їх пошкоджень внаслідок виникнення незгасаючих ферорезонансних перенапруг (високовольтних коливань) за умов відключення секції шин, на яку увімкнений ТН, останнім автоматичним повітряним або елегазовим вимикачом з ємнісним шунтуванням контактів [131,239].
Останнім часом особливого значення для обох видів ТН набуває задача забезпечення їх широкосмужності. З одного боку це зумовлено необхідністю контролю і керування ЯЕ, оскільки існуючий апаратурний аналіз ВГ ґрунтується в мережах напругою вище 0,38 кВ на трансформаторній схемі увімкнення ЗВ і здійснювався до сих пір на припущенні, що ТН не вносять спотворень при трансформації ВГ. З другого боку, цього вимагає необхідність забезпечення точності обліку ЕЕ в умовах спотворення синусоїдальності сигналів ПВК.
В цьому розділі йдеться про розроблені математичні та фізичні моделі і застосовані методи, що дозволили в тій чи іншій мірі досліджувати і розв'язувати згадані вище актуальні для ТН задачі, а також про результати цих досліджень.
2.1. Електрична схема і схема заміщення ємнісного трансформатора напруги
Завдяки меншим затратам на виконання ізоляції і підвищення її надійності, а також можливості одночасного використання конденсаторів поділювача напруги як конденсаторів ВЧ - зв'язку по проводах ЛЕП, ЄТН на напругах вище 110 кВ є більш економічними в порівнянні з електромагнітними ТН. Однак під час роботи цих високовольтних апаратів в перехідних режимах за певних умов можуть спостерігатися ферорезонансні і релаксаційні явища, що впливають на функціонування ШДЗ електричних мереж. Саме тому НД багатьох країн щодо ЄТН [385,420,435,442] вимагають, щоб виниклі коливання були погашені за відповідно короткі проміжки часу, що потребує, як правило, вмикання в електричну схему ЄТН спеціальних демпфірувальних пристроїв (ДФП). Вказані фактори зумовлюють необхідність та інтенсифікацію досліджень перехідних процесів в цих апаратах як при різних змінах первинної напруги, так і при комутаціях у вторинному колі ТН з метою оцінки цих впливів і їх подальшого урахування при розробці нових конструкцій ТН і ШДЗ, а також для забезпечення правильного функціонування існуючих захистів.
Особливості роботи ЄТН зумовлені конструкцією та структурою їх побудови (рис.2.1). Спрощені лінійні схеми заміщення або ж схеми, що враховують лише одну нелінійність, що застосовувались спочатку для аналізу роботи ЄТН, як і відповідні методи розв'язання цієї задачі [153,442,445,446], не завжди є прийнятними, оскільки вони не дозволяють не тільки кількісно оцінювати досліджувані процеси, але і одержати їх якісну оцінку у випадках значних проявів нелінійних ефектів, зокрема при виникненні ферорезонансних коливань. В той же час наведені в численних зарубіжних публікаціях [420,435,472] результати досліджень впливу різних факторів на перехідні характеристики ЄТН, що одержані на основі використання більш складних схем заміщення і значно повніше відображають особливості перехідних процесів в них, справедливі лише для розглянутих типів ЄТН з означеними величиною та характером навантаження. Встановлення ж їх справедливості для інших типів ЄТН та навантажень потребує спеціальних окремих перевірок. Це стосується і результатів досліджень похибок ЄТН типу НДЕ-750 в перехідних режимах [412].
Отже, задача полягала в пошуку або розробці методу розрахунків перехідних процесів в ЄТН, що дозволяв би з достатньою для практики точністю досліджувати усі принципово важливі особливості роботи ЄТН за схемою заміщення, яка враховувала б характеристики усіх його нелінійних елементів.
Апробація та оцінка ефективності запропонованих в роботі методів розрахунку перехідних процесів в ЄТН [362,413] здійснювалася на при
- Київ+380960830922