Режими роботи та захист трансформаторів струму за обривів вторинних кіл

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі аналізу режимів роботи трансформаторів струму за аварійного розмикання їх вторинних кіл і розробки системи захисту трансформаторів струму та їх вторинних кіл від перенапруг, що виникають за таких режимів. У дисертації запропоновано метод оцінки максимальних амплітуд перенапруг на виводах вторинної обмотки трансформатора струму за розмикання його вторинного кола під час протікання у первинній обмотці синусоїдного струму, що дає змогу за допомогою простих аналітичних виразів провести попередній аналіз перенапруг на основі паспортних даних трансформаторів струму. Для аналізу усталених та перехідних режимів роботи трансформаторів струму за обриву їх вторинних кіл створено розрахункові схеми з врахуванням втрат активної потужності в магнітопроводах трансформаторів струму, що дало змогу змоделювати задані режими та розрахувати параметри перенапруг на вторинних виводах трансформаторів струму електричних мереж. Показано значний вплив цих втрат на рівень перенапруг порівняно з режимами без врахування втрат. У роботі вдосконалено математичну модель для дослідження перехідних процесів під час обриву вторинних кіл трансформаторів струму шляхом застосування керованого активного опору в модельованому контурі комутації, що дало змогу дослідити вплив швидкості зміни струму у вторинному колі трансформатора струму на величини перенапруг. Запропоновано систему захисту від перенапруг за обриву вторинних кіл трансформаторів струму, розглянуто основні вимоги до цієї системи та проведеними натурними експериментами і комп’ютерним моделюванням режимів роботи системи захисту підтверджено ефективність її роботи та обмеження вторинних перенапруг до допустимих значень. The thesis is devoted to solving of the scientific and technical problem, which is concerned with an analysis of operation modes of current transformers after the emergency disconnection of their secondary circuits and a designing of a protection system of current transformers and their secondary circuits against overvoltages in such modes. The method of estimation of the maximum amplitudes of overvoltages on the terminals of current transformer secondary winding after disconnection its secondary circuit, when sinusoid current flows in the primary winding, is proposed in the thesis. The method allows to carry out a preliminary analysis of overvoltages by using simple analytical equations and passport data of current transformers. The presence of dangerous (over 1000 V) overvoltages on the open terminals of the secondary windings of various types of current transformers is confirmed. The calculation schemes for analysis of the modes of current transformers after disconnection of their secondary circuits taking into account losses of active power in the magnetic cores of current transformers are developed. The significant impact of these losses on the level of overvoltages is shown in comparison with the modes without taking into account losses. The mathematical model for the investigation of transients after disconnection of secondary circuits of current transformers was improved by applying a controlled resistance in the simulated secondary circuit, which made it possible to investigate the impact of the velocity of current change in the secondary circuit of current transformer on the values of overvoltages. The protection system against overvoltages after disconnection of secondary circuits of current transformers is proposed, the basic requirements for this system are considered. The efficiency of protection system operation and a limitation of overvoltages to values no more than 1000 V is confirmed by using experiments and computer simulation of operation modes of protection system for example with the current transformer type TLM-10 (by using the fuse type PP-A/3 as a surge protector). Диссертация посвящена решению научно-технической задачи анализа режимов работы трансформаторов тока при аварийном размыкании их вторичных цепей и разработки системы защиты трансформаторов тока и их вторичных цепей от перенапряжений, что будет способствовать надежности функционирования электрических систем. Рассмотрены конструкции, технические характеристики трансформаторов тока с замкнутым магнитопроводом, особенности режимов работы этих трансформаторов в современных сетях 6 – 750 кВ промышленной частоты при разомкнутых цепях их вторичных обмоток. Рассмотрены публикации по результатам исследований режимов работы трансформаторов тока при обрыве вторичных цепей этих трансформаторов, а также описания устройств защиты от перенапряжений, возникающих при таких режимах. Количество этих публикаций оказалось незначительным, а проведенный анализ подтверждает целесообразность продолжения исследований этих режимов и разработки соответствующих защит для трансформаторов тока. Предложен метод оценки максимальных амплитуд перенапряжений на выводах вторичной обмотки трансформатора тока при обрыве его вторичной цепи, что позволяет осуществлять предварительный анализ перенапряжений на основе паспортных данных трансформаторов тока. Подтверждено наличие опасных (больше 1000 В) перенапряжений на разомкнутых выводах разных типов трансформаторов тока электрических сетей. Для анализа установившихся и переходных режимов работы трансформаторов тока при обрыве их вторичных цепей разработаны расчетные схемы с учетом потерь активной мощности в сердечниках трансформаторов тока, что позволило смоделировать заданные режимы и рассчитать параметры перенапряжений на вторичных выводах трансформаторов тока электрических сетей. Показано значительное влияние этих потерь на уровень перенапряжений по сравнению с режимами без учета потерь. В работе усовершенствована математическая модель для исследования переходных процессов при обрыве вторичных цепей трансформаторов тока путем применения управляемого активного сопротивления, введенного в моделируемый контур коммутации, что позволило исследовать влияние скорости изменения тока во вторичной цепи трансформатора тока на величины перенапряжений. Предложена система защиты от перенапряжений при обрыве вторичных цепей трансформаторов тока, рассмотрены основные требования к этой системе и проведены натурные эксперименты системы защиты на примере трансформатора тока типа ТЛМ-10 (с применением пробивного предохранителя типа ПП-А/3 в качестве ограничителя перенапряжений). Полученными результатами подтверждено эффективность работы предложенной системы защиты и ограничения перенапряжений до допустимых значений. Проведенными исследованиями показана целесообразность использования дополнительного быстрого шунтирования контактами электромеханического реле вторичной обмотки трансформаторов тока при обрыве их вторичных цепей. Установлена адекватность воспроизведения цифровыми комплексами режимов работы системы защиты и подготовлено техническое задание на изготовление промышленного экспериментального образца устройства защиты, определена подстанция, на которой он будет установлен в опытно-промышленную эксплуатацию.