Дослідження можливості виникнення ферорезонансних явищ з електромагнітними трансформаторами напруги залежно від конструктивних параметрів розподільних установок 330 кВ

Автор: Тринька Юрій Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню умов виникнення та розвитку ферорезонансних процесів з електромагнітними трансформаторами напруги (ТН) у відкритих розподільчих установках (РУ) класу напруги 330 кВ з ефективно заземленою нейтраллю. Актуальність теми зумовлена тим, що ферорезонансні явища можуть призводити до глибокого насичення магнітопроводів ТН, появи надструмів і перенапруг, теплового руйнування ізоляції та виходу з ладу трансформаторів напруги і приєднаних до них кіл релейного захисту та автоматики [1], [5]. Об’єкт дослідження – ферорезонансні процеси в електричних мережах 330 кВ із заземленою нейтраллю. Предмет дослідження – вплив конструктивних параметрів ВРЗ (геометрія та ємність ошинування, тип і кількість вимикачів з ємнісними дільниками напруги, конфігурація приєднань) на можливість виникнення стійкого ферорезонансного режиму з електромагнітними ТН. Мета роботи – встановлення критичних поєднань конструктивних і режимних параметрів розподільчих установок 330 кВ, за яких ферорезонансні процеси стають небезпечними для трансформаторів напруги, та обґрунтування технічних засобів їх недопущення. У роботі проаналізовано сучасні уявлення про фізичну природу ферорезонансу, класифікацію його режимів (основна та субгармонійна частоти), а також узагальнено результати попередніх досліджень, викладених у працях P. Ferracci, CIGRE та інших авторів [2–4], [6]. Особливу увагу приділено рекомендаціям галузевого нормативного документа СОУ-Н ЕЕ 47.501:2008 щодо виявлення небезпечних конфігурацій ВРЗ і попередження ферорезонансних процесів у мережах високої напруги [4]. На основі відомих методик оцінки ємностей ошинування та обладнання ВРЗ [1], [7] побудовано розрахункові залежності погонних фазних та міжфазних ємностей для різних варіантів виконання шин 330 кВ (2?АС-300, 2?АС-400, 2?АС-500) з урахуванням висоти підвісу, міжфазних відстаней та кількості приєднань. Показано, що зміна геометрії ошинування призводить до помітної зміни еквівалентних ємностей ферорезонансного контуру, а отже – і до зміни умов збудження ФРП. У програмному комплексі RE реалізовано детальну трифазну цифрову модель ВРЗ 330 кВ з електромагнітним ТН типу НКФ-330, нелінійною віткою намагнічування (за узагальненою вебер-амперною характеристикою), ємнісними дільниками напруги високовольтних вимикачів різних типів (ВВД-330, ВВ-330Б, HPL/LTB-420) та шунтівними провідностями, що відповідають різним погодним умовам [5], [7–9]. На основі чисельних експериментів досліджено вплив: кількості приєднань до РУ 330 кВ і довжини системи шин; кількості вимикачів, приєднаних до шин на момент вимкнення «останнього» вимикача; типу вимикача і величини еквівалентної ємності його ємнісних дільників; рівня напруги мережі живлення (0,9Uном, Uном, 1,1Uном); погодних умов; моменту комутації кола. Результати моделювання показують, що розвиток ферорезонансних процесів у ВРЗ 330 кВ з трансформаторами напруги типу НКФ-330 визначається взаємодією таких груп факторів: конструктивні параметри ВРЗ (довжина шин, кількість приєднань); параметри комутації (кількість приєднаних вимикачів, момент комутації); електричні параметри мережі (рівень напруги, тип вимикача, ємності дільників); зовнішні умови (активні втрати в ізоляції). Дослідження показали, що навіть незначні зміни ємності шин, моменту комутації або типу вимикача можуть змінити перебіг ФРП від короткочасного до потенційно катастрофічного. Результати моделювання узгоджуються з відомими експериментальними та теоретичними даними щодо ферорезонансних процесів у електричних мережах [2], [5], [6], [8], [9], що підтверджує адекватність розробленої цифрової моделі для аналізу ФРП у мережах 330 кВ. У роботі проаналізовано та порівняно ефективність різних технічних способів запобігання ферорезонансу з ТН: введення зустрічної ЕРС у вторинні кола, збільшення ємності шин за рахунок конденсаторів зв’язку, а також застосування спеціального пристрою недопущення виникнення ферорезонансного процесу (ПНВ ФРП), реалізованого на базі випереджаючого шунтування додаткових вторинних обмоток ТН активними резисторами [5], [10]. Показано, що саме ПНВ ФРП забезпечує найширший діапазон параметрів, у якому стійкий ферорезонанс не виникає, при цьому не порушуючи нормальної роботи трансформатора напруги та схем релейного захисту. Отримані результати мають практичну цінність для проєктування нових та реконструкції існуючих підстанцій 330 кВ, вибору конструктивного виконання ВРЗ, обґрунтування заходів захисту електромагнітних трансформаторів напруги та вдосконалення експлуатаційних інструкцій енергетичних підприємств.