Развитие колебаний в обмотках трансформаторов

Ответ:Взаимодействие трансформатора с внешней сетью содержит ряд аспектов, обсуждавшихся в сентябре 2013 г. на объединённом коллоквиуме исследовательских комитетов А2 и С4 СИГРЭ. Один из них — возможность возникновения перенапряжений, обусловленных резонансными явлениями. Такую ситуацию обычно выявляют путём сопоставления собственных частот колебаний сети с частотой внешних воздействий. Резонансные явления возникают не только за счёт прямого действия элек­тродвижущих сил источников. На­пример, коммутация печного трансформатора вакуумным выключателем может сопровождаться повторными зажиганиями (ПЗ) дуги в вакуумной камере. В этом случае перенапряжения возникают при совпадении частоты следования ПЗ с собственной частотой колебаний регулировочной обмотки трансформатора. Если входное сопротивление сети, к которой подключён трансформатор, довольно низкое в широком диапазоне частот, резонансные колебания возникают на собственных частотах колебания в обмотках. Однако на практике это условие выполняется не всегда. В таком случае требуется комплексный анализ. Для расчёта процессов взаимодействия трансформатора с сетью требуется детальное моделирование трансформатора в электрической схеме замещения. Параметры модели можно получить экспериментальным или расчётным путём, основанным на данных конструкторской документации. При расчёте рассматриваются перенапряжения, возникающие в результате внутрикатушечных колебаний в обмотках высокого напряжения (ВН). Как правило, обмотки силовых транс­форматоров и реакторов высокого и сверхвысокого напряжения выполняются непрерывными или переплетёнными и состоят из расположенных в осевом направлении катушек. Для снижения перенапряжений, возникающих при воздействии грозовых импульсов, во входных зонах обмоток ВН применяют переплетение пар катушек или холостые витки. Способность продольной изоляции выдерживать импульсные воздействия проверяется стандартным1 испытаниями полным (ПГИ) и срезан­ным грозовыми импульсами (СГИ). На трансформаторных заводах принято для каждой конструкции трансформатора выполнять предварительный расчёт импульсных перенапряжений с определением коэффициентов запаса продольной изоляции. В ряде случаев для поверки результатов расчёта проводят «импульсный обмер» — осциллографирование импульсных переходных процессов на низком напряжении. Уровень перенапряжений при воздействии ПГИ определяется преимущественно для проектирования главной и межкатушечной изоляции [2 - 4], а перенапряжения при СГИ служат основой для расчёта межвитковой изоляции. Однако успешные испытания СГИ не гарантируют надёжную работу трансформатора при воздействии высокочастотных (ВЧ) перенапряжений. Колебания испытательного напряжения после среза грозового импульса — одночастотные. Типичные значения полупериода колебаний составляют 0,7 - 1,0 мкс, что соответствует диапазону частот 500 - 714 кГц. Если эта частота далека от собственной частоты внутрикатушечных колебаний, испытания СГИ не выявляют способность трансформатора выдерживать ВЧ перенапряжения. Чтобы это проиллюстрировать, представлены результаты расчётов для блочного трансформатора с обмоткой ВН напряжением 525 кВ и краткая характеристика расчётной программы. Краткая характеристика компьютерной программы ТТ. Программа [3, 4] предназначена для расчёта импульсных перенапряжений в обмотках силовых трансформаторов и реакторов на стадии проектирования их продольной изоляции и много лет применяется на практике отечественными и зарубежными трансформаторными заводами. Трансформатор в программе представлен эквивалентной схемой замещения, состоящей из собственных и взаимных индуктивностей, ёмкостей и активных сопротивлений. Продольные ёмкости катушек рассчитываются по принципу эквивалентности энергии, запасённой в элементе схемы замещения и реальной катушке, при допущении линейного распределения напряжения в пределах катушки. Собственные и взаимные индуктивности определяются при допущении отсутствия общего магнитного потока в обмотках, но с учётом поля рассеяния, проникающего в стержень магнитопровода. Учёт затухания осуществляется в зависимости от метода решения (их в программе два). Если выбран операторный метод, постоянная времени затухания определяется для каждой собственной частоты отдельно по усмотрению пользователя (по умолчанию колебания затухают в е раз за пять периодов). При численном интегрировании дифференциальных уравнений цепи во временной области учёт затухания осуществляется введением в схему замещения активных сопротивлений и проводимостей обмоток, рассчитанных на частоте 50 кГц с поправочными коэффициентами, определёнными посредством сопоставления результатов расчёта с многочисленными данными импульсных обмеров переходных процессов в обмотках трансформаторов. После расчёта программа автоматически формирует графическое и табличное представление результатов — напряжения на межкатушечной изоляции, ёмкостных (начальных) и индуктивных (конечных) распределений напряжений, распределения коэффициентов запаса межкатушечной изоляции вдоль обмоток, частотных спектров передаточных характеристик обмоток, матрицы параметров схемы замещения и собственных частот колебаний. В программе имеется функция по-виткового представления катушек, которое чрезвычайно полезно при расчёте внутрикатушечных колебаний. В этом случае все ёмкостные коэффициенты рассчитываются по геометрическому принципу.