CC BY
25УДК 621.317
Р.Дж. Наиб-заде
магистрант,
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
(г. Баку, Азербайджан)
АНАЛИЗ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Аннотация: трансформаторы являются одним из ведущих и важнейших устройств энергосистем, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Это оборудование используется для изменения напряжения и тока с одного значения на другое значение. Проблемы, возникающие при эксплуатации трансформаторов, негативно сказываются на работе всей системы. При работе трансформаторов важно изучение несимметричных режимов, так как длительный несимметричный режим вызывает нарушение изоляции и потери энергии в сети. По этой причине в статье исследуется несимметричный режим работы трансформатора.
Ключевые слова: трансформатор, несимметричный режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания.
Трансформатор — это электромагнитное статическое устройство, которое может изменять напряжение и ток от одного значения до другого, сохраняя при этом мощность и частоту постоянными. При работе трансформатора мы сталкиваемся с 3-мя режимами. Это режимы нагрузки, разгрузки и короткого замыкания.
Перегрузка - обычно возникает на оставшемся в работе трансформаторе после КВ, когда мощность фидеров, питаемых от трансформатора, увеличивается и один из коворкинговых трансформаторов размыкается. При перегрузке смещение напряжения не так велико и обычно приводит к тепловому износу изоляции и сокращению срока службы трансформатора.
Короткие замыкания - могут возникать снаружи и внутри трансформаторов. Внутренние короткие замыкания обычно возникают между замыканием разных фаз или между обмотками одной фазы. Во время таких коротких замыканий возникает дуга, которая может стать причиной пожара. Сильные короткие замыкания вызывают полное повреждение обмоток и корпуса трансформатора. Обычно этот тип повреждения создает электродинамические силы в трансформаторах и вызывает механическое повреждение обмоток [1].
Несимметричный режим трансформатора напрямую связан с нейтралью трансформатора.
Понятно, что изоляция нейтрали характерна как для низковольтных, так и для средневольтных (3-35кВ) сетей. Нейтраль сетей с генераторами или трансформаторами, нейтрали которых не соединены с землей или нейтрали которых соединены через большое сопротивление, изолируется. Уровень электробезопасности таких сетей с нулевой изоляцией считается очень высоким. Поэтому сети с нулевой изоляцией применяются в нефтяной и газовой промышленности, а также на пожароопасных производствах, таких как угольные шахты.
Противоаварийная автоматизация используется для предотвращения асимметричного режима, возникающего в системе. Противоаварийная автоматика, в свою очередь, делится на 2 части, приемную и передающую.
Под несимметричным режимом трансформаторов понимается режим, при котором токи, протекающие по фазам первой и второй обмоток трансформатора, различны. Известно 2 вида несимметричного режима: первый вид определяется разными значениями первичного напряжения, а второй вид определяется разностью сопротивлений первой и второй обмоток в трансформаторе. На практике при эксплуатации электрических машин и трансформаторов неизбежно возникновение несимметричного режима. Потому что каждая электрическая система имеет те или иные несимметричные режимы. В целом при работе трансформаторов могут наблюдаться одновременно оба вида несимметрии: неравномерность пусковых напряжений и разброс сопротивления
обмоток трехфазного трансформатора. То есть работа трансформатора сопровождается несимметричным режимом, в отличие от практики, симметричные режимы представляют собой идеализированную ситуацию, основанную на допущениях, принятых для теоретического анализа трансформаторов или электрических машин. Несимметрия напряжения в трансформаторе может проявляться двояко. Первая форма зависит от геометрической конструкции транс -форматора. То есть сопротивление может быть несимметричным. Второй задается через конфигурацию [2,3].
В распределительных трансформаторах с сердечниками стандартной геометрии всегда будет существовать асимметрия. Геометрическая ориентация сердечника трансформатора, бака и рамы может вызвать асимметрию. Эта асимметрия в основном вызвана разницей между взаимными электрическими движущими силами фаз трансформатора. Следовательно, основная асимметрия обусловлена электромагнитной связью между фазами. Если длина магнитного пути, связанного с центральной фазой трехфазного трансформатора с сердечником типа «треугольник», меньше, чем у любой из внешних фаз, то отношение длины пути, определяемое значением тока намагничивания и потерь в сердечнике будет асимметричным.
Как было сказано выше, процессы во всех трех фазах трансформатора в симметричном режиме протекают одинаково. По этой причине анализ процессов на одной фазе дает представление обо всех процессах, происходящих в общем трансформаторе. Однако в несимметричном режиме различаются не только однофазные токи, но и магнитные потоки стержней. Поэтому для контроля и анализа процессов, происходящих в асимметричном режиме, необходимо составлять отдельные уравнения для всех трех фаз и решать их. В общем случае несимметричного режима в трансформаторе сумма магнитных потоков фаз не равна нулю, и схема распределения магнитного поля в сердечнике трансформатора также различна в разных несимметричных режимах. В
этих несимметричных режимах определение взаимной индукции фаз в трансформаторе является неопределенным. Решение этой задачи не так просто, как в симметричном режиме, поэтому использование уравнений и параметров, характерных для симметричного режима, для решения задачи недопустимо и может привести к ошибкам.
Метод симметричных составляющих применяется в основном для анализа несимметричных режимов трансформаторов и электрических машин, а также режимов короткого замыкания. Асимметрия пускового напряжения сразу разделяется на симметричные системы напряжений прямой и обратной последовательности. Однако при несимметрии вторичных токов их разделяют на симметричные системы токов обратной, прямой и нулевой последовательности.
Три категории дисбаланса, которые способствуют негативному влиянию дисбаланса на энергосистему: дисбаланс тока, дисбаланс напряжения и одно -временное возникновение дисбаланса тока и напряжения. В результате асимметрии токов снижается мощность трансформаторов и КПД двигателей. Другими словами, ток обратной последовательности увеличивает потери в кабелях, линиях передачи и распределения, трансформаторах и оборудовании энергосистемы. Отрицательные последовательные токи вызывают асимметрию напряжения. Например, несимметрия тока, вызванная очень большими однофазными нагрузками, такими как высокоскоростные тяговые системы и дуговые печи переменного тока, способствует разным падениям напряжения на сбалансированных трех фазах системы питания, что приводит к асимметрии напряжения [3].
Другие негативные эффекты в основном возникают из-за переходных асимметрий, вызванных неисправностями в энергосистемах. Несимметрия переходного тока возникает при однофазном замыкании на землю или междуфазном замыкании. Такие неисправности, если они не будут устранены вовремя, могут привести к чрезвычайно большой несимметрии тока,
что может привести к отказу системы. Работа реклоузеров может создать переходную асимметрию, которая может вызвать немедленную остановку реле. Это связано с тем, что параметр обратной последовательности превышен из-за переходной асимметрии. Также схема однофазного выключателя (SPS) используется для повышения надежности систем передачи и дополнительно повышает надежность электрически замкнутых генераторов. Однако генераторы и трансформаторы могут подвергаться воздействию условий обратной и нулевой последовательности в течение 60 или более циклов с SPS. В течение этого времени, поскольку система будет работать только в двух фазах, генератор будет подвергаться нагреву из-за тока обратной последовательности, а трансформатор будет подвергаться циркуляционному току нулевой последовательности. Применение правил и стандартов, связанных с проектированием оборудования и линий электропередач, обеспечит систематический и экономически эффективный способ снижения дисбаланса в энергосистеме. Эта начальная фаза несимметричного снижения гарантирует, что генераторы, линии электропередач, трансформаторы, распределительные устройства и трехфазные двигатели спроектированы и изготовлены симметрично. Например, полное сопротивление в каждой фазе генератора и двигателя одинаково и симметрично по отношению друг к другу. Линии передачи и распределения разнесены и перемещены, чтобы уменьшить асимметрию.
Структурирование является одним из таких экономически эффективных методов. Например, изменение или перераспределение всех однофазных нагрузок поровну между всеми тремя фазами может уменьшить асимметрию. Это относится к распределению подачи в частных домах или альтернативным подключениям к рядам домов в жилых районах, к подаче электроэнергии на каждый этаж в коммерческих зданиях или к уличным фонарям. Кроме того, уровень асимметрии можно уменьшить, организовав ступени соединения между распределительными трансформаторами и первичным фидером. Соединения трансформатора в системе питания [4].
Если структурных изменений недостаточно для снижения асимметрии до уровня, определенного стандартами, можно использовать оборудование, позволяющее уменьшить асимметрию. Это включает в себя:
Однофазные регуляторы напряжения. Однофазные регуляторы используются для повышения или понижения напряжения в каждой фазе трехфазной системы для достижения симметрии. Однако необходимо следить за тем, чтобы не возникала асимметрия.
Уравновешивающие компенсаторы: они могут быть выполнены в виде реактивных блоков или переключающих компенсаторов. В ряде случаев наилучшим способом восстановления симметрии является использование шунтирующих компенсаторов и реактивных устройств. Например, если дисбаланс тока вызван дуговой печью, то можно использовать шунтирующий компенсатор. Шунтовой компенсатор не только снижает асимметрию, но также уменьшает реактивный ток, гармоники, мощность и любые другие величины, ухудшающие качество нагрузки. Кроме того, если асимметрия тока возникает в промышленной среде, где большие однофазные нагрузки с фиксированными параметрами не могут быть реконфигурированы для достижения баланса, можно использовать компенсатор реактивной балансировки.
Заключение:
Асимметрия тока и напряжения отрицательно влияет на работу всей энергосистемы. Текущая асимметрия снижает эффективность и производительность производства, передачи и распределения электроэнергии. А асимметрия напряжения снижает эффективность, производительность и прибыль на уровне потребления и использования. Таким образом, эти проблемы должны быть исследованы и избегать в максимально возможной степени.
СТИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Александров Н.М. [и др.]. Газообразование при появлении дефектов, силовых масляных трансформаторов // Энергетик. 2019. № 2. C. 7-10. 2 Practicing Oil Analysis, 2007, "Transformer Oil Analysis", www.practicingoilanalysis.com/ article_detail.asp?articleid=282
3. Jakob, F, 2008, Application of Dissolved Gas Analysis, Transcomma 2008, 20 April 2008, Kuala Lumpur.
4. Dissolved Gas Analysis Technique for Incipient Fault Diagnosis in Power Transformers: A Bibliographic Survey IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 26, No. 6, November/December 2010
Naib-zade R.C.
Master student Azerbaijan State University of Oil and Industry (Azerbaijan, Baku)
ANALYSIS OF ASYMMETRIC MODES OF TRANSFORMERS
Abstract: transformers are one of the leading and most important devices ofpower systems, the principle of operation of which is based on the law of electromagnetic induction. This equipment is used to change voltage and current from one value to another value. Problems that arise during the operation of transformers adversely affect the operation of the entire system. During the operation of transformers, it is important to study asymmetric modes, since a long-term asymmetric mode causes insulation failure and energy losses in the network. For this reason, the article investigates the asymmetric mode of operation of the transformer.
Keywords: transformer, unbalanced mode, no-load mode, short circuit mode,
