CC BY
17
Борис Андреевич Косарев Boris A. Kosarev
кандидат технических наук,
старший преподаватель кафедры «Электрическая техника», Омский государственный технический университет, Омск, Россия
УДК 621.311 DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-45-55
ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ 6-220 кВ: ТЕОРИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Актуальность
Статья посвящена систематизации и обобщению теоретических и экспериментальных исследований феррорезонансных перенапряжений в электроустановках 6-220 кВ. Потребность в исследовании данного вопроса связана с активным внедрением в распределительные сети, а также сети среднего и низкого напряжения объектов распределенной генерации. В энергорайонах с объектами распределенной генерации параметры настройки и алгоритм работы устройств релейной защиты и автоматики отличаются от традиционных, используемых при централизованном электроснабжении. Также отличаются параметры генерации и характер электромеханических переходных процессов, что вызвано низкой динамической устойчивостью генерирующих установок на основе синхронной генерации и использованием сетевых инверторов с накопителем энергии при электронной генерации. Таким образом, из-за значительных отличий параметров режима работы сети с объектами распределенной генерации и без них необходимо пересматривать многие широко известные технические задачи, в том числе и вопрос феррорезонансных процессов. В качестве объекта исследований выбраны именно электроустановки 6-220 кВ, так как понятие распределенной генерации не подразумевает системообразующие сети, а максимальная установленная мощность отдельного объекта ограничена величиной 25 МВт.
Цель исследования
Систематизировать и обобщить теоретические и экспериментальные исследования феррорезонансных перенапряжений в электроустановках 6-220 кВ.
Методы исследования
Для исследования схемно-режимных условий возникновения феррорезонансных процессов в электроустановках 6-220 кВ проведен анализ зарубежных и отечественных публикаций, стандартов, а также использованы теоретические основы электротехники и теория нелинейных электрических цепей.
Результаты
Рассмотрены физическая сущность явления феррорезонанса, условия возникновения феррорезонансных процессов и мероприятия по их предотвращению в сетях среднего и высокого напряжения, экспериментальные исследования феррорезонанс-ных процессов.
Феррорезонансный процесс заключается в компенсации индуктивного и емкостного сопротивлений в колебательном контуре при насыщенном сердечнике индуктивности. Существуют различные режимы феррорезонанса, которые определяются начальными условиями: основной, субгармонический, апериодический и хаотический. Обязательным условием возникновения феррорезонансного процесса является достаточная для насыщения сердечника индуктивности мощность источника питания.
^ i
Electrical facilmes and systems
Нелинейной индуктивностью, которая может участвовать в формировании колебательного контура, являются трансформаторы напряжения, силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы. В качестве емкости контура могут выступать линия электропередачи, система шин, батарея конденсаторов, шунтирующие конденсаторы выключателей. Аппаратные и оперативные мероприятия по защите от ферроре-зонансных процессов в электроустановках направлены на изменение емкости или индуктивности элементов сети, которые могут участвовать в формировании ферро-резонансного колебательного контура, предотвращение формирования такого контура или уменьшение его добротности. Результаты экспериментальных исследований феррорезонансных процессов не противоречат методическим указаниям по защите от резонансных повышений напряжения в электроустановках.
Ключевые слова: феррорезонансные перенапряжения, распределенная генерация, феррорезонансный процесс, электроустановка, система шин, высоковольтный выключатель, нелинейная индуктивность
FERRORESONANCE OVERVOLTAGES IN ELECTRICAL INSTALLATIONS 6-220 kV: THEORY AND RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES
Relevance
The article is devoted to the systematization and generalization of theoretical and experimental studies of ferroresonance overvoltages in electrical installations 6-220 kV. The need to study this issue is associated with the active introduction of distributed generation facilities into distribution networks, as well as medium and low voltage networks. In power districts with distributed generation facilities, the settings and operation algorithm of relay protection and automation devices differ from the traditional ones used in centralized power supply. The generation parameters and the nature of electromechanical transients also differ, which is caused by the low dynamic stability of generating plants based on synchronous generation and the use of network inverters with energy storage in electronic generation. Thus, due to significant differences in the parameters of the network operation mode with and without distributed generation objects, it is necessary to revise many well-known technical problems, including the issue of ferroresonant processes. Electrical installations of 6-220 kV were chosen as the object of research, since the concept of distributed generation does not imply backbone networks, and the maximum installed power of an individual facility is limited by 25 MW.
Aim of Research
Aim of research is to systematize and summarize the theoretical and experimental studies of ferroresonance overvoltages in electrical installations 6-220 kV.
Research methods
To study the circuit-mode conditions for the occurrence of ferroresonant processes in electrical installations of 6-220 kV, an analysis of foreign and domestic publications, standards was carried out, and the theoretical foundations of electrical engineering and the theory of nonlinear electrical circuits were used.
Results
The physical essence of the phenomenon of ferroresonance, the conditions for the occurrence of ferroresonant processes and measures to prevent them in medium and high voltage networks, experimental studies of ferroresonant processes are considered.
The ferroresonant process consists in compensating the inductive and capacitive resistances in the oscillatory circuit with a saturated inductance core. There are various modes of ferroresonance, which are determined by the initial conditions: fundamental, subharmonic, aperiodic and chaotic. A prerequisite for the occurrence of a ferroresonant process is the power of the power source sufficient to saturate the inductance core.
Non-linear inductance that can participate in the formation of an oscillatory circuit are voltage transformers, power transformers, shunt reactors. The capacity of the circuit can be a power line, a busbar system, a capacitor bank, shunt capacitors of switches. Hardware and operational measures to protect against ferroresonant processes in electrical installations are aimed at changing the capacitance or inductance of network elements that may participate in the formation of a ferroresonant oscillatory circuit, preventing the formation of such a circuit or reducing its quality factor. The results of experimental studies of ferroresonant processes do not contradict the guidelines for protection against resonant voltage increases in electrical installations.
Keywords: ferroresonance overvoltages, distributed generation, ferroresonant process, electrical installation, busbar system, high-voltage switch, non-linear inductance
Введение
Любая система электроснабжения (СЭ) содержит индуктивности с ферромагнитным сердечником и емкостные элементы. Поэтому для СЭ существует принципиальная возможность формирования резонансных контуров и возникновения фер-рорезонансных процессов (ФП). Феррорезонансный процесс заключается в компенсации индуктивного и емкостного сопротивлений в колебательном контуре при насыщенном сердечнике индуктивности.
При ФП в элементах СЭ возникают перенапряжения, которые приводят к их аварийному выходу из строя. Проведено значительное количество исследований случаев возникновения феррорезонанс-ных контуров в СЭ и предложены различные мероприятия по предотвращению ФП.
В настоящее время перспективным направлением развития СЭ является внедрение в распределительные сети и сети внутреннего электроснабжения предприятий объектов распределенной генерацией (РГ) [1, 2]. В таких СЭ объекты РГ максимально приближены к узлам нагрузки и имеют установленную мощность не более 25 МВт.
Основными преимуществами СЭ с РГ являются малые потери на передачу, возможность создания локальных СЭ и использования для генерации любых доступных энергоресурсов, перехода к
островному режиму работы при возникновении аварийного режима работы прилегающей сети, компенсации дефицита мощности в узлах нагрузки и т.п.
К недостаткам СЭ с РГ следует отнести значительные отклонения напряжения и частоты от их номинальных значений при сверхнормативных возмущениях режима работы таких систем. В случае использования генерирующих установок на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и турбогенераторных установок (ТГУ) со свободной силовой турбиной низкая режимная устойчивость обусловлена малыми значениями постоянных инерции таких установок [3]. При использовании альтернативных источников энергии на режимную устойчивость могут влиять стохастический характер генерации и параметры накопителей энергии. Также в СЭ с РГ из-за близости генерации и нагрузки возрастает влияние токов короткого замыкания на режим работы ГУ.
Таким образом, в СЭ с РГ существует высокая вероятность возникновения ФП за счет сверхнормативных возмущений режима работы ГУ и сети.
Вопрос возникновения ФП в СЭ с РГ представляется малоизученным. Однако при помощи обобщения и систематизации полученных данных о ФП в системах централизованного электроснабжения можно получить представление о ФП в СЭ с РГ. В качестве объекта исследований
Electrical facilities and systems
выбраны именно электроустановки 6-220 кВ, так как понятие распределенной генерации не подразумевает системообразующие сети, а максимальная установленная мощность отдельной электростанции ограничена величиной 25 МВт.
В этой связи целью данной работы является систематизация и обобщение теоретических и экспериментальных исследований феррорезонансных перенапряжений в электроустановках 6-220 кВ.
Для достижения поставленной цели необходимо:
— рассмотреть физическую сущность явления ФП;
— рассмотреть схемно-режимные условия возникновения ФП и мероприятия по их предотвращению в сетях среднего и высокого напряжения системы централизованного электроснабжения;
— рассмотреть основные случаи возникновения ФП в системах централизованного электроснабжения на примере экспериментальных исследований.
Теоретические основы возникновения режима феррорезонанса в колебательном контуре. Рассмотрим колебательный контур и возникновение в нем резонанса с точки зрения радиотехники.
Простейший колебательный контур представляет собой последовательное или параллельное соединение двух реактивных сопротивлений противоположного знака: индуктивного XL и емкостного Хс.
Реактивное сопротивление катушки индуктивности XL прямо пропорционально частоте и индуктивности. Реактивное сопротивление конденсатора ХС обратно пропорционально частоте и емкости.
Резонансная частота колебательного контура ^ (при параллельном или последовательном соединении реактивных элементов) соответствует равенству сопротивлений XL и Хс и рассчитывается согласно формуле Томсона.
Если в колебательном контуре индуктивное сопротивление линейное, тогда при неизменном емкостном сопротивлении (XC = const) существует единственное значение резонансной частоты f0.
На рисунке 1 показано графическое решение условий возникновения резонанса.
UL — напряжение на катушке индуктивности; XL — индуктивное сопротивление; I — ток в контуре; ХС — емкостное сопротивление; UC — напряжение на конденсаторе; E — напряжение источника питания
UL — voltage across the inductor; XL — inductive reactance; I — current in the loop; XC — capacitance; UC — voltage across the capacitor; E — voltage of the power supply
Рисунок 1. Графическое решение условий
возникновения резонанса в последовательном колебательном контуре c линейной индуктивностью
Figure 1. Graphical solution of the conditions for the occurrence of resonance in a series oscillatory circuit with a linear inductance
Резонансу соответствует параллельность прямых напряжения на конденсаторе UC и напряжения на катушке индуктивности UL (равенство угловых коэффициентов прямых XL и XC).
Феррорезонанс характерен для нелинейной индуктивности, у которой индуктивное сопротивление XL зависит не только от частоты, но и от плотности магнитного потока. Нелинейные свойства индуктивности определяются свойствами сердечника из ферромагнитного материала. При этом, кривая насыщения индуктивности содержит как линейные, так и криволинейные участки (рисунок 2).
UC — напряжение на конденсаторе; UL — напряжение на катушке индуктивности; Ej и E2 — напряжения источника питания
Uc — voltage across the capacitor; UL — voltage on the inductor; Ep E2 — power supply voltages
Рисунок 2. Графическое решение условий
возникновения резонанса в последовательном колебательном контуре c нелинейной индуктивностью
Figure 2. Graphical solution of the conditions
for the occurrence of resonance in a series oscillatory circuit with a nonlinear inductance
Показанный на рисунке 2 график вольт-амперных характеристик реактивных элементов можно условно разделить на индуктивную область (напряжение на индуктивности больше напряжения на емкости) и емкостную область (напряжение на емкости больше напряжения на
индуктивности). Граница разделения областей 3 является точкой резонанса напряжений при Некоторому значению напряжения источника питания Е1 соответствуют три возможных рабочих точки 1, 2 и 4. В точке 1 возникновение ферро-резонанса в колебательном контуре невозможно. Рабочая точка находится в индуктивной области. Точка 2 соответствует неустойчивому состоянию. Режим ферро-резонанса возникает при переходе из индуктивной области в емкостную в точке 4 и зависит от начальных условий: остаточного магнитного потока в магни-топроводе индуктивного элемента, величины заряда конденсатора, напряжения источника питания, момента включения. Режим феррорезонанса отличается высокой устойчивостью при условии достаточной мощности источника питания для поддержания режима насыщения магни-топровода индуктивного элемента.
Существует несколько типов режима феррорезонанса [4]:
1. Основной режим феррорезонанса. При основном режиме феррорезонанса форма кривых тока и напряжения искажена, период колебаний соответствует источнику питания. Спектр сигнала содержит основную моду и гармоники. Фазовый портрет системы замкнутый. Сечение Пуанкаре содержит одну точку.
2. Субгармонический режим феррорезонанса. Период колебаний Т кратен основной частоте: пт, где п — целое число. Спектр сигнала содержит основную моду #п и гармоники. Фазовый портрет системы замкнутый и состоит из п траекторий. Сечение Пуанкаре содержит п точек.
3. Квазипериодический режим феррорезонанса. Сигнал колебаний непериодический, но его спектр не непрерывный. На карте Пуанкаре несколько точек демонстрируют замкнутый виток. Фазовый портрет состоит из изменяющихся траекторий.
- 49
Electrical facilmes and systems
4. Хаотический режим феррорезо-нанса. Сигнал колебаний имеет непредсказуемый, нерегулярный характер. Спектр сигнала непрерывный. Фазовый портрет системы является странным аттрактором. На карте Пуанкаре точки расположены хаотично.
Отметим некоторые условия возникновения феррорезонанса. В колебательном контуре с нелинейной индуктивностью при высоком значении напряжения источника питания Е2 (рисунок 2) возможен только режим феррорезонанса (точка 5), так как сердечник дросселя или трансформатора достигает насыщения. Для некоторого значения частоты и индуктивности в колебательном контуре ферроре-зонанс может возникнуть при широком диапазоне значений емкости. Если магнитная цепь дросселя или трансформатора обладает малыми потерями, то вероятность возникновения режима ферроре-зонанса увеличивается [5].
Схемно-режимные условия возникновения ФП и мероприятия по их предотвращению. Рассмотрим схемно-режим-ные условия возникновения ФП. Для возникновения ФП в СЭ должны существовать колебательный контур, содержащий емкость и нелинейную индуктивность, а также возмущение режима работы сети, достаточное для насыщения магнитопро-вода этой индуктивности.
В СЭ нелинейной индуктивностью, которая может участвовать в формировании колебательного контура, являются трансформаторы напряжения, силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы. В качестве емкости колебательного контура может выступать линия электропередачи, система шин, батареи конденсаторов (установки продольной и поперечной компенсации), шунтирующие конденсаторы выключателей.
К нормативным или аварийным возмущениям режима работы СЭ, которые могут привести к формированию колеба-
тельного контура с нелинейной индуктивностью с насыщенным сердечником, относятся грозовые перенапряжения, оперативные переключения на подстанциях, короткие замыкания на линии электропередачи, возникновение неполнофаз-ных включений участков сети, колебания величины нагрузки потребителя.
Перейдем к рассмотрению мероприятий по предотвращению ФП. ФП является аварийным режимом работы, который следует выявлять и устранять. На практике для выявления ФП в СЭ можно использовать следующие признаки: перенапряжение или сверхток в прилегающей сети; устойчивый уровень искажений синусоидальности кривой напряжения; акустический шум от магнитострикцион-ных деформаций магнитопровода трансформатора или дросселя; перегрев трансформатора или дросселя; фликер; пробои изоляции обмотки трансформатора или дросселя; ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики [6-9].
Мероприятия по предотвращению ФП разделяют на аппаратные и оперативные. Мероприятия по предотвращению ФП в электроустановках 6-220 кВ подробно описаны в СТО 56947007-29.240.10.1912014. На основании данного СТО в виде таблиц сопоставлены феррорезонансные колебательные контуры, причины возникновения ФП и мероприятия по защите от ФП (таблицы 1, 2).
Обозначения в таблице 1: ФП — фер-рорезонансный процесс; ТН — трансформатор напряжения; ОЗЗ — однофазное замыкание на землю; Тр — силовой трансформатор; ВЛ — воздушная линия электропередачи; КЛ — кабельная линия электропередачи.
Из таблицы 1 следует, что неизменным индуктивным элементом феррорезонанс-ного колебательного контура в электроустановках 6-35 кВ является ТН и основным методом борьбы с ФП является
Таблица 1. Феррорезонансные перенапряжения в электроустановках 6-35 кВ
Table 1. Ferroresoпaпt overvoltages iп electrical iпstallatioпs 6-35 кУ
Вид ФП Феррорезонансный колебательный контур Причина ФП Мероприятия по защите от ФП
Самопроизвольное смещение нейтрали («ложная земля») Индуктивность ТН, емкость сети (элементы сети не повреждаются) Разновременность включения фаз выключателей при коммутации сети 1. Антирезонансные ТН. 2. Установка резистора во вторичную обмотку ТН. 3. Установка резистора в разомкнутый треугольник дополнительной обмотки ТН.
Субгармонический Индуктивность ТН, емкость короткой линии (повреждение ТН) Соответствие субгармоники резонансной частоте контура Антирезонансные ТН.
ОЗЗ через перемежающуюся дугу Индуктивность ТН, емкость сети Перемежающаяся дуга приводит к насыщению магнитопровода ТН 1. Антирезонансные ТН. 2. Установка резистора в разомкнутый треугольник дополнительной обмотки ТН.
Не симметричная схема сети Индуктивность Тр, емкость сети (повреждение ТН и ОПН) Неполнофазный режим (обрыв проводов ВЛ, неполнофазные коммутации выключателей, перегорание предохранителей) 1. Антирезонансные ТН. 2. Запрещаются пофазные включения/отключения ВЛ и КЛ. 3. Нежелательны подключения Тр через плавкие вставки.
Таблица 2. Феррорезонансные перенапряжения в электроустановках 110-220 кВ
Table 2. Ferroresoпaпt overvoltages iп е!есШса! iпstallatioпs 110-220 кУ
Феррорезонансный колебательный контур Причина ФП Мероприятия по защите от ФП
ВЛ, слабо нагруженный Тр с разземленной нейтралью и замкнутой в треугольник обмоткой Неполнофазная коммутация ВЛ или обрыв проводов (оборванный провод не касается земли) 1. Если Тр подключены без выключателей, заземлять нейтраль хотя бы одного из них. 2. Если Тр подключен к магистральной ВЛ через выключатель с уставкой по току, то его нейтраль может быть заземлена. 3. На ПС с Тр с выключателем и разземленной нейтралью использовать РЗА, действующую на отключение выключателя.
ВЛ, ШР ОАПВ ВЛ после погасания тока подпитки и компенсации реактивной мощности около 100 % 1. Установка КР в нейтралях ШР (компенсация межфазных емкостей). 2. Отключение группы ШР или одной фазы ШР на время бестоковой паузы ОАПВ. 3. Использование адаптивного ОАПВ.
ВЛ, ШР Отключение ВЛ и её взаимоиндукция с соседними подключенными ВЛ Установка КР в нейтралях ШР.
ТН РУ 220 кВ, шины, ВЛ Оперативные переключения на шинах ПС 1. Антирезонансный ТН. 2. Тр, присоединяемый к отключаемым шинам, должен иметь заземленную нейтраль. 3. Запрет на отключение Тр или АТ, у которого отключено напряжение со стороны обмоток смежного напряжения. 4. Запрет на отключение ВЛ, отходящей от шин РУ или КРУЭ и отключенной с противоположной стороны. 5. Использование конденсаторов связи для изменения емкости системы шин.
Electrical facilities and systems
использование ТН с антирезонансной конструкцией. Исключение составляет случай формирования несимметричной схемы сети, когда в ФП участвует силовой ТР. При этом для защиты от возникновения ФП запрещаются пофазные оперативные переключения на ВЛ и КЛ, а для исключения вероятности обрыва фазы силовые ТР не должны подключаться через плавкие вставки. В виде емкостного элемента феррорезонансного колебательного контура в электроустановках 6-35 кВ выступает емкость прилегающей сети. Причинами возникновения ФП в электроустановках 6-35 кВ являются неполнофазный режим работы сети, разновременность включения фаз выключателей при коммутации сети, соответствие субгармоники резонансной частоте контура. Аппаратными мероприятиями, позволяющими предотвратить возникновение любых видов ФП в электроустановках 6-35 кВ, являются заземление нейтрали сети через высокоомный резистор с сопротивлением больше емкостного сопротивления сети и заземление нейтрали сети через ДГР, если емкостной ток замыкания на землю 10 А и больше.
Обозначения в таблице 2: ФП — фер-рорезонансный процесс; ТН — трансформатор напряжения; Тр — силовой трансформатор; ВЛ — воздушная линия электропередачи; ШР — шунтирующий реактор; РУ — распределительное устройство; ОАПВ — однофазное автоматическое повторное включение; ПС — подстанция электрическая; РЗА — релейная защита и автоматика; АТ — автотрансформатор; КРУЭ — комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией; КР — компенсационный реактор.
Из таблицы 2 следует, что в электроустановках 110-220 кВ индуктивным элементом феррорезонансного колебательного контура является ШР, измерительный или силовой трансформатор. В каче-
стве емкостного элемента ферроре-зонансного колебательного контура выступает ВЛ, система шин, шунтирующие конденсаторы многоразрывных выключателей. Причинами возникновения ФП в электроустановках 110-220 кВ являются неполнофазный режим работы сети, взаимоиндукция отключенной и подключенной ВЛ, оперативные переключения на шинах ПС. Аппаратные мероприятия по защите от ФП в электроустановках 110-220 кВ направлены на изменение емкости или индуктивности элементов сети, которые могут участвовать в формировании феррорезонансного колебательного контура. Например, к таким мероприятиям относится использование конденсаторов связи для изменения емкости системы шин. Для предотвращения участия в ФП силового трансформатора рекомендуется заземлять его нейтраль или предусматривать отключение трансформатора устройствами релейной защиты и автоматики (РЗА).
Результаты экспериментальных исследований ФП в СЭ. Рассмотрим результаты экспериментальных исследований, отражающих основные случаи возникновения ФП.
Согласно [10] в электрических сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью нелинейным индуктивным элементом, входящим в состав феррорезонансного колебательного контура, выступают силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ. Разветвленная распределительная сеть внешней электросистемы соответствует емкостному элементу такого контура (0,5-5 мкФ). Экспериментальные результаты показали, что при обрыве одной из фаз со стороны внешней электросистемы ЭС и малой величине нагрузки потребителя возможен устойчивый ФП с прямым или обратным чередованием фаз силового трансформатора. При этом силовой трансформатор 6(10)/0,4 кВ функционирует в режиме феррорезонансного преоб-
разователя. Также отмечено, что при ФП величина напряжения на поврежденной фазе может превышать номинальное значение в 2,2 раза или в 3,8 раза.
В [11] описан ФП в сети 110 кВ с заземленной нейтралью. Феррорезонансный колебательный контур образован трансформатором напряжения ТН1 и эквивалентной емкостью воздушной линии ВЛ (рисунок 3).
Причиной ФП послужило неполнофаз-ное включение участка ВЛ 110 кВ между силовыми трансформаторами Тр1 и Тр2 выключателем В1. Также в исследовании теоретически и экспериментально доказывается возможность ФП с участием силового трансформатора Тр2 трансформаторной подстанции ТП. Условием такого ФП является преобладание емкост-
ного сопротивления прилегающей сети над индуктивным сопротивлением обмотки высокого напряжения Тр2, что возможно при насыщении магнитной системы силового трансформатора.
Возникновение ФП в сетях с заземленной нейтралью также возможно при оперативных переключениях на шинах распределительных устройств. В [12] описан ФП с участием трансформатора напряжения.
ФП инициировал вывод в ремонт одной из систем шин путем отключения воздушных выключателей В1-В3. Феррорезонансный колебательный контур образуют шунтирующие конденсаторы С1-С3 воздушных выключателей и первичная обмотка трансформатора напряжения ТН (рисунок 4).
Ill
ВЛ — воздушная линия электропередачи; G1, G2 — электростанции; В1, В2 — высоковольтные выключатели; ТН1, ТН2 — трансформаторы напряжения; Тр1-Тр3 — силовые трансформаторы; ТП — трансформаторная подстанция
ВЛ — overhead power line; G1, G2 — power stations; В1, В2 — high voltage circuit breaker; ТН1, ТН2 — voltage transformers; Тр1-Тр3 — power transformers; ТП — transformer substation
Рисунок 3. Схема участка сети с феррорезонансным колебательным контуром
Figure 3. Scheme of a network section with a ferroresonant oscillatory circuit
ELECTRiCAL FACiLiTiES AND SYSTEMS
В1-В3 — высоковольтные выключатели;
ТН — трансформатор напряжения;
С1-С3 — шунтирующие конденсаторы
В1-В3 — high voltage circuit breakers;
ТН — voltage transformer;
С1-С3 — shunt capacitors
Рисунок 4. Схема распределительного устройства 220 кВ подстанции при возникновении ФП
Figure 4. Switchgear diagram of a 220 kV
substation in the event of ferroresonance
Также в работе отмечено, что устойчивому ФП на основной гармонике предшествовал субгармонический резонанс.
Выводы
1. ФП заключается в компенсации индуктивного и емкостного сопротивле-
Список источников
1. Бык Ф.Л., Илюшин П.В., Мышки-на Л.С. Особенности и перспективы развития распределенной энергетики в России // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2021. Т. 64. № 6. С. 78-87.
2. Куликов А.Л., Илюшин П.В., Пелевин П.С. Применение дискриминаторных методов для оценки параметров режима энергорайонов с объектами распределенной генерации // Электричество. 2019. № 7. С. 22-35.
3. Гуревич Ю.Е., Илюшин П.В. Особенности расчетов режимов в энергорайонах с распределенной генерацией. Н. Новгород: НИУ РАНХиГС, 2018. 280 с.
4. Valverde V., Mazon A.J., Zamora I., Bui-gues G. Ferroresonance in Voltage Transformers:
ний в колебательном контуре при насыщенном сердечнике индуктивности. Существуют различные режимы ФП, которые определяются начальными условиями: основной, субгармонический, апериодический и хаотический. Обязательным условием возникновения ФП является достаточная для насыщения сердечника индуктивности мощность источника питания.
2. В СЭ нелинейной индуктивностью, которая может участвовать в формировании колебательного контура, являются измерительные и силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы. В качестве емкости контура могут выступать линия электропередачи, система шин, батарея конденсаторов, шунтирующие конденсаторы выключателей. Аппаратные и оперативные мероприятия по защите от ФП в СЭ направлены на изменение емкости или индуктивности элементов сети, которые могут участвовать в формировании феррорезонансного колебательного контура, предотвращение формирования такого контура или уменьшение его добротности [13].
3. Результаты экспериментальных исследований ФП не противоречат методическим указаниям по защите от резонансных повышений напряжения.
Analysis and Simulations // Renewable Energy and Power Quality Journal. 2011. Vol. 1. P. 465-471.
5. Drapela J., Toman P., Orsagova J., Krat-ky M. Simulation of Ferroresonance Phenomena in Power Systems // Proc. of the 5th WSEAS/ IASME International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machines, December 16-18, 2005. Tenerife, Spain, 2005. P. 373-377.
6. Dugan R.C. Examples of Ferroresonance in Distribution System // IEEE Power Engineering Society General Meeting, Toronto, Canada, 2003. P. 1213-1215.
7. Iravani M., Chaudhary A. e.a. Slow Transient Task Force of the IEEE Working Group on Modeling and Analysis of System Transients Using Digital Programs. Modeling and Analysis
Guidelines for Slowtransients — Part III: The Study of Ferroresonance // IEEE Trans. on Power Delivery. 2000. Vol. 15. No. 1, Jan., pp. 255-265.
8. Jacobson D.A. Examples of Ferroresonance in a High Voltage Power System // IEEE Power Engineering Society General Meeting. July, 2003. P. 1206-1212.
9. Tanggawelu B., Mukerjee R.N., Arif-fin A.E. Ferroresonance Studies in Malaysian Utility's Distribution Network // IEEE Power Engineering Society General Meeting. July, 2003. Vol. 2. P. 1216-1219.
10. Алексеев В.Г., Зихерман М.Х. Ферро-резонанс в сетях 6-10 кВ // Электрические станции. 1979. № 1. С. 63-65.
11. Айзстраутс Э.В. Феррорезонанс в сети 110 кВ с заземленной нейтралью // Электрические станции. 1983. № 12. С. 64-65.
12. Павлов В.И., Максимов В.М. Феррорезонанс на шинах в электрических сетях с заземленной нейтралью // Электрические станции. 1975. № 1. С. 78-80.
13. Зихерман М.Х. Три способа подавления феррорезонанса в трансформаторах напряжения // Энергоэксперт. 2021. № 1 (77). С. 36-39.
References
1. Byk F.L., Ilyushin P.V., Myshkina L.S. Osobennosti i perspektivy razvitiya raspredelennoi energetiki v Rossii [Features and Prospects for the Development of Distributed Energy in Russia]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektro-mekhanika — Izvestia of Higher Educational Institutions. Electromechanics, 2021, Vol. 64, No. 6, pp. 78-87. [in Russian].
2. Kulikov A.L., Ilyushin P.V., Pelevin P.S. Primenenie diskriminatornykh metodov dlya otsenki parametrov rezhima energoraionov s ob"ektami raspredelennoi generatsii [Application of Discriminator Methods for Estimating the Regime Parameters of Power Districts with Distributed Generation Facilities]. Elektrichestvo — Electricity, 2019, No. 7, pp. 22-35. [in Russian].
3. Gurevich Yu.E., Ilyushin P.V. Osobennosti raschetov rezhimov v energoraionakh s raspredelennoi generatsiei [Peculiarities of Mode Calculations in Power Regions with Distributed Generation]. Nizhniy Novgorod, NIU RANKhiGS, 2018. 280 p. [in Russian].
4. Valverde V., Mazon A.J., Zamora I., Bui-gues G. Ferroresonance in Voltage Transformers:
Analysis and Simulations. Renewable Energy and Power Quality Journal, 2011, Vol. 1, pp. 465-471.
5. Drapela J., Toman P., Orsagova J., Kratky M. Simulation of Ferroresonance Phenomena in Power Systems. Proc. of the 5th WSEAS/IASME International Conference on Electric Power Systems, High Voltages, Electric Machines, December 16-18, 2005. Tenerife, Spain, 2005, pp. 373-377.
6. Dugan R.C. Examples of Ferroresonance in Distribution System. IEEE Power Engineering Society General Meeting, Toronto, Canada, 2003, pp. 1213-1215.
7. Iravani M., Chaudhary A. e.a. Slow Transient Task Force of the IEEE Working Group on Modeling and Analysis of System Transients Using Digital Programs. Modeling and Analysis Guidelines for Slowtransients — Part III: The Study of Ferroresonance. IEEE Trans. on Power Delivery, 2000, Vol. 15, No. 1, Jan, pp. 255-265.
8. Jacobson D.A. Examples of Ferroresonance in a High Voltage Power System. IEEE Power Engineering Society General Meeting, July, 2003, pp. 1206-1212.
9. Tanggawelu B., Mukerjee R.N., Arif-fin A.E. Ferroresonance Studies in Malaysian Utility's Distribution Network. IEEE Power Engineering Society General Meeting, July, 2003, Vol. 2, pp. 1216-1219.
10. Alekseev V.G., Zikherman M.Kh. Ferro-rezonans v setyakh 6-10 kV [Ferroresonance in 6-10 kV Networks]. Elektricheskiye stantsii — Electric Stations, 1979, No. 1, pp. 63-65. [in Russian].
11. Aizstrauts E.V. Ferrorezonans v seti 110 kV s zazemlennoi neitral'yu [Ferroresonance in a 110 kV Network with a Grounded Neutral]. Elektricheskiye stantsii — Electric Stations, 1983, No. 12, pp. 64-65. [in Russian].
12. Pavlov V.I., Maksimov V.M. Ferrorezonans na shinakh v elektricheskikh setyakh s zazemlennoi neitral'yu [Ferroresonance on Tires in Electrical Networks with Grounded Neutral]. Elektricheskiye stantsii — Electric Stations, 1975, No. 1, pp. 78-80. [in Russian].
13. Zikherman M.Kh. Tri sposoba podavleniya ferrorezonansa v transformatorakh napryazheniya [Three Ways to Suppress Ferroresonance in Voltage Transformers]. Energoekspert — Energo-ekspert, 2021, No. 1 (77), pp. 36-39. [in Russian].
