Аналіз та побудова розрахункових областей існування небезпечних ферорезонансних явищ у розподільних установках 150 – 400 кВ
Автор: Юрчук Ярослав Сергійович
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: У магістерській кваліфікаційній роботі досліджено актуальну проблему забезпечення надійності роботи розподільчих установок високої напруги (РУ 150–400 кВ) в умовах виникнення ферорезонансних процесів. Ферорезонанс у мережах з ефективно заземленою нейтраллю є складним нелінійним режимом, що виникає внаслідок взаємодії індуктивностей трансформатора напруги та ємностей вимикачів і системи шин. Він може супроводжуватися глибоким насиченням магнітопроводу, появою основних та субгармонійних перенапруг, різким зростанням струму первинної обмотки та пошкодженням вимірювальних трансформаторів [1–3]. Відомі випадки вибухів та термічного руйнування трансформаторів напруги, спричинених стійким ферорезонансом, підтверджені практичними дослідженнями у США, Канаді та країнах ЄС [2, 3]. У роботі проведено аналіз фізичної природи ферорезонансних явищ, узагальнено їх класифікацію та наведено основні параметри, що впливають на появу стійкого ферорезонансного процесу в мережах 150–400 кВ: співвідношення між ємністю шин та ємністю вимикачів, активні втрати в трансформаторі напруги, вебер-амперна характеристика магнітопроводу, фаза та форма комутованої напруги, каскадність побудови ТН [1, 4–7]. Особливу увагу приділено сучасним моделям поведінки трансформаторів напруги у ферорезонансних контурах, зокрема моделям типу НКФ, що мають сильно виражену нелінійність та насичення на малих значеннях потокозчеплення [6, 7]. Об’єкт дослідження – ферорезонансні процеси в електричних мережах високої напруги з заземленою нейтраллю. Предмет дослідження – параметричні області існування стійких ферорезонансних процесів у РУ 150–400 кВ із електромагнітними трансформаторами напруги та вимикачами з ємнісними дільниками. Мета дослідження – побудова розрахункових областей небезпечних ферорезонансних режимів та визначення впливу параметрів РУ на їх виникнення. Для досягнення поставленої мети виконано такі завдання: – опрацьовано наукові підходи до математичного опису ферорезонансних кіл, включаючи системи диференційних рівнянь та кусково-апроксимовані моделі намагнічування [1, 4–7]; – побудовано детальні цифрові моделі трансформаторів напруги НКФ-150, НКФ-220, НКФ-330 та НКФ-400; – змодельовано трифазні розподільчі установки у комплексі RE з урахуванням реальної топології, параметрів шин, вимикачів та комутаційних режимів; – виконано обчислювальні експерименти для визначення стійких, нестійких і ззгасаючих ферорезонансних режимів у діапазоні ємностей, характерних для обладнання підстанцій; – здійснено порівняння результатів моделювання з даними спеціалізованих програм для розрахунку основного та субгармонійного ферорезонансу [4, 5]. Побудовані діаграми областей стійкого існування ФРП для 150, 220, 330 та 400 кВ показали, що небезпечні області суттєво відрізняються залежно від класу напруги, але спільною характеристикою є наявність ділянок, у яких додавання відносно малої ємності шунтує ферорезонансний контур і запобігає його виникненню. Виявлено, що ферорезонанс здебільшого виникає в одній фазі, що обґрунтовує необхідність трифазного контролю і захисту ТН. Спостережено системні розбіжності між результатами моделювання в RE та розрахунками програм для субгармонійних режимів, особливо для класу напруги 400 кВ. Це свідчить про необхідність актуалізації математичних моделей, закладених у застарілі програмні засоби аналізу ферорезонансу. На основі виконаних досліджень сформовано комплекс рекомендацій щодо зниження ризику ферорезонансу: контроль комбінацій ємностей шин і вимикачів, використання конденсаторів зв’язку, вибір ТН з оптимізованими магнітними характеристиками, удосконалення оперативних перемикань та впровадження спеціалізованих пристроїв придушення ферорезонансних процесів [3, 6, 7]. Отримані результати мають практичну цінність для проєктних, експлуатаційних та діагностичних підрозділів енергокомпаній і можуть бути використані при оновленні нормативних документів щодо захисту трансформаторів напруги та організації комутаційних операцій у РУ високої напруги.