Хвильові процеси в обмотках трансформаторів під час дії на них імпульсних перенапруг

Abstract

Дисертація присвячена розв’язанню актуального завдання – розроблено і вдосконалено методи аналізу хвильових процесів в обмотках трансформатора, їх математичних моделей та методів розв’язання рівнянь в часткових похідних з метою вибору ізоляції обмотки трансформатора та схем захисту. В роботі розроблено математичні моделі для дослідження хвильових процесів в обмотках трансформатора з врахуванням і без врахування взаємоіндукції між витками обмотки, запропоновано метод розділення змінних для розв’язання диференційних рівнянь в часткових похідних. Розроблена математична модель для дослідження хвильових процесів в обмотках двообмоткового трансформатора. Проведено аналіз різних форм імпульсу перенапруг під час математичного моделювання вільних коливань напруги в обмотках трансформатора. Досліджено початковий, кінцевий розподіли напруги та просторовий розподіл гармонік вільних коливань напруги в обмотках трансформатора. The thesis is devoted to solving pressing problems - developed and improved methods of analysis of wave processes in transformer windings, their mathematical models and methods for solving equations in partial derivatives in order to choose isolation transformer and circuit protection. In this paper, mathematical models for investigation of wave processes in transformer windings and considering excluding mutual between the turns of the winding, the method of separation of variables for solving differential equations in partial derivatives. The mathematical model for the study of wave processes in two windings of the transformer. The analysis of different forms over the momentum in the mathematical modeling of free voltage fluctuations in the windings of the transformer. Studied the original, ultimate stress distribution and spatial distribution of free harmonic voltage fluctuations in the windings of the transformer. В диссертационной работе решена научно-прикладное задание, которое заключается в разработке и улучшению методов анализа волновых процессов в обмотках трансформатора, с целью выбора изоляции обмоток трансформаторов и схем защиты, а также методов решения уравнений в частных производных. Проведен анализ различных форм импульса перенапряжений при моделировании свободных колебаний напряжения в обмотках трансформаторов. Исследованы начальные, конечные распределение напряжения и пространственное распределение гармоник свободных колебаний напряжения в обмотках трансформаторов. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей для исследования электромагнитных процессов с учетом распределённости параметров в высоковольтных трансформаторах и анализ волновых процессов при импульсных перенапряжений в электрических сетях для оценки запаса электрической прочности изоляции трансформаторов. В диссертационной работе наведено характеристики волновых процессов в обмотках трансформатора при импульсных перенапряжений в электрической сети. Разработаны математические модели и методы расчета волновых процессов в обмотках высоковольтных трансформаторов с учетом и без учета взаимоиндукции между обмотками. Разработана математическая модель двухобмоточного трансформатора. Выполнен расчет волновых процессов в обмотках высоковольтных трансформаторов при импульсных перенапряжений в электрической сети для оценки электрической прочности изоляции трансформаторов. Разработаны математические модели для исследования волновых процессов в высоковольтных трансформаторах с использованием преобразований Лапласа. Усовершенствована математическая модель высоковольтных трансформаторов в части учета токов утечки между обмотками, что позволило исследовать волновые процессы в обмотках трансформаторов при импульсных перенапряжений в электрических сетях. Разработана новая математическая модель высоковольтного трансформатора, учитывающая распределённость параметров, позволяет осуществлять расчет распределения напряжения вдоль обмотки трансформаторов и их продолжительность во время импульсных перенапряжений в электрических сетях. Впервые использован метод разделения переменных для решения интегрально-дифференциальных уравнений, описывающих волновые процессы в обмотках трансформаторов, позволяет исследовать процессы в обмотках с частотой, соответствующей всей обмотке так и с собственной частотой. Научное значение работы состоит в дальнейшем развитии методов анализа высокочастотных процессов в обмотках силовых высоковольтных, которые возбуждаются при воздействии на них импульсных перенапряжений. Разработанные модели позволяют учесть влияние характеристики изоляции обмотки и их конструкции на протекание переходного процесса. Практическое значение полученных результатов заключается в том, что применение разработанных программных средств дает возможность осуществлять анализ волновых процессов в обмотках силовых трансформаторов при воздействии на них импульсных перенапряжений различных форм волны. Это позволяет оценивать запасы электрической прочности изоляции и осуществить выбор средств защиты, необходимых для обеспечения достаточной эксплуатационной надежности силовых трансформаторов.