Аналіз ферорезонансних явищ в електромережі 35 кВ та розроблення методу їх придушення
Автор: Надточий Михайло Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена комплексному аналізу умов виникнення, розвитку та придушення ферорезонансних процесів (ФРП) в електричних мережах 35 кВ із ізольованою нейтраллю. Ферорезонанс у таких мережах є нелінійним коливальним режимом, що виникає внаслідок взаємодії індуктивності трансформатора напруги та ємності шин і ліній електропередач, і може супроводжуватися субгармонійними перенапругами, різким збільшенням струму намагнічування та термічним руйнуванням трансформаторів напруги [1–3]. У мережах 6–35 кВ зафіксовано значну кількість аварій, пов’язаних із пошкодженням трансформаторів типу ЗНОМ, що підтверджено практичними дослідженнями та статистикою енергокомпаній України та ЄС [2]. У роботі узагальнено фізичну природу ферорезонансних явищ, охарактеризовано їх нелінійну динаміку, наведено класифікацію режимів (згасаючий, квазірезонансний, стійкий), а також сформульовано ключові параметри, які визначають імовірність їх розвитку у мережах 35 кВ: величина ємнісного струму замикання на землю, тип і магнітні характеристики ТН, активні втрати в контурі, довжина і конфігурація шин та повітряних ліній, кількість паралельно приєднаних трансформаторів напруги [1, 3–6]. Особливу увагу приділено сучасним числовим моделям трансформаторів типу ЗНОМ-35, що враховують нелінійну вебер-амперну характеристику, насичення осердя, гістерезис та паразитні втрати [4, 5, 6]. Об’єкт дослідження – ферорезонансні процеси в електричних мережах 35 кВ із ізольованою нейтраллю. Предмет дослідження – умови виникнення стійкого ферорезонансного процесу та методи його ефективного придушення в мережах 35 кВ із трансформаторами напруги типу ЗНОМ-35. Мета дослідження – встановлення параметричних меж виникнення стійкого ферорезонансу в мережах 35 кВ та розроблення й оцінювання ефективності технічних методів його придушення. Для досягнення поставленої мети виконано такі основні завдання: – проаналізовано теоретичні моделі ферорезонансних контурів, включаючи системи нелінійних диференційних рівнянь, кусково-апроксимовані та гістерезисні моделі намагнічування ТН [1, 4–6]; – створено детальну цифрову трифазну модель мережі 35 кВ з урахуванням параметрів шин, ліній, ТН та струмів замикання на землю; – визначено діапазони ємнісних струмів однофазного замикання, за яких у мережах із одним, двома, трьома та чотирма ТН виникає стійкий ферорезонанс; – досліджено вплив активного шунтування (резисторів) на поведінку ферорезонансного контуру і визначено критичний опір для згасання ФРП; – досліджено можливість розлаштування резонансного контуру за допомогою додаткових ємностей та встановлено мінімальні значення ємностей, необхідні для ліквідації ФРП; – проаналізовано вплив додаткового силового трансформатора 35/0,4 кВ як елемента, що забезпечує активне й індуктивне демпфування; – побудовано порівняльні діаграми меж виникнення ФРП залежно від кількості ТН та параметрів демпфувальних елементів. Проведені дослідження показали, що для одного ТН ЗНОМ-35 стійкий ФРП виникає за ємнісних струмів замикання 0,75–2,25 А, що узгоджується з результатами попередніх авторів [5, 6]. Вперше для мереж 35 кВ чисельно визначено, що зі збільшенням кількості паралельно приєднаних ТН область ФРП зміщується в напрямку більших струмів та розширюється майже лінійно. Установлено, що: – для усунення ФРП шляхом активного демпфування критичний опір становить близько 1,2 МОм для одного ТН, 700 кОм для двох, 500 кОм для трьох і 400 кОм для чотирьох ТН; – критична ємність для розлаштування ферорезонансного контуру становить 0,04 мкФ, а при збільшенні кількості ТН відповідно зростає (0,15–0,3 мкФ); – приєднання силового трансформатора 40 кВА забезпечує повне придушення ФРП у всьому діапазоні досліджених струмів (0,5–15 А), що підтверджує ефективність цього методу. Результати роботи можуть бути використані у проєктних та експлуатаційних підрозділах операторів систем розподілу, при модернізації підстанцій 35 кВ, виборі типів ТН та організації оперативних перемикань. Отримані параметричні межі ФРП є важливою основою для створення практичних рекомендацій щодо захисту ТН, розроблення демпфувальних пристроїв та оновлення нормативних вимог до мереж із ізольованою нейтраллю.