Описание алгоритмов

Расчёты температуры масла в верхних слоях и наиболее нагретой точки обмотки, а также степень термического износа витковой изоляции трансформатора производятся по методике ГОСТ 14209–85, детально описанной в отчёте по первому этапу данной работы.

Нагрузка трансформатора задаётся разными способами в зависимости от системы тягового электроснабжения, в которой он работает.

При системе постоянного тока 3,3 кВ рассматривается симметричная трёхфазная нагрузка преобразовательного или понижающего трансформатора, приведенная к базовому напряжению U_Б = 10 кВ. К этому же напряжению приводится номинальный линейный ток трансформатора и нагрузка районных и нетяговых потребителей. Приведение выпрямленного тока I_d подстанции к стороне переменного напряжения U_Б осуществляется по формуле:

I_{л Б} = I_d k_л U_{v 0} / U_Б ,

где k_л – отношение приведенного действующего значения тока сетевой обмотки к выпрямленному току преобразователя в соответствии с ГОСТ 16772;

U_{v 0} – действующее значение номинального напряжения вентильной обмотки преобразовательного трансформатора.

С учётом значений k_л и U_{v 0} для схем преобразователей, применяемых на тяговых подстанциях Российских железных дорог, имеем

I_{л Б} = 2,14 I_d / U_Б при 6-пульсовых схемах,

I_{л Б} = 2,06 I_d / U_Б при 12-пульсовых.

Нагрузки обмоток трёхфазного трансформатора системы переменного тока 27,5 кВ различны и зависят от токов плеч подстанции. В этом случае температуры нагрева и износ изоляции рассчитываются для каждой фазной обмотки по её отдельному графику тока, а результирующие показатели нагрузочной способности трансформатора определяются по максимальным значениям этих параметров.

Так же отдельно производятся расчёты для ветвей расщеплённой обмотки подстанционного однофазного трансформатора системы переменного тока 2х25 кВ, подключённых к контактной сети и питающему проводу. При определении нагрузочной способности автотрансформатора системы 2х25 кВ учитывается, что в его последовательной и общей обмотках всегда протекают одинаковые токи.

Нагрузка трансформатора в исходном виде представляется ступенчатым графиком реальных средних токов I_j обмотки на интервалах времени произвольной длительности Δt_j . Исходный график преобразуется в последовательность усреднённых относительных (в долях номинального тока I_ном) значений нагрузки K_i с постоянным заданным шагом по времени Δt_с . По значениям нагрузки на каждом i-том шаге рассчитываются температуры масла τ_{м i} и наиболее нагретой точки обмотки Т_{ннт i}, а также относительный износ изоляции F_i. При первом расчёте начальные значения превышения температур масла и обмотки принимаются равными нулю. Полагая, что график нагрузки является периодическим, выполняются повторные расчёты с начальными превышениями температуры, равными значениям на последнем шаге предыдущего расчёта.

Из последовательности рассчитанных относительных нагрузок и температур выбираются максимальные значения

K_макс = max(K_i) ; Т_{м макс} = max(τ_{м i}) ; Т_{ннт макс} = max(τ_{ннт i}) ,

и определяется относительный износ изоляции за время T моделирования графика: F = sum(F_i) .

Для тех случаев, когда расчётные параметры не соответствуют нормативным показателям K_{макс доп} , е_{м доп} , τ_{ннт доп} , в модели предусмотрена корректировка заданного номинального тока I_ном. На основе специальной итерационной процедуры с использованием обратных зависимостей относительных нагрузок от температуры определяется новое значение I'_ном , при котором для заданного исходного графика токов обеспечиваются допустимые температуры масла и обмотки.

Реализована также дополнительная процедура расчёта требуемого номинального тока I"_ном для соблюдения условия F = 1. Поскольку зависимости

температуры обмотки и износа изоляции от нагрузки трансформатора имеют сложный характер, эта процедура выполняется в пошаговом режиме на основе рекуррентного выражения

,

где h – номер шага вычислений параметров τ_{ннт макс} и F; τ_{в э} ­– эквивалентная температура окружающего воздуха при определении износа изоляции.