CC BY
26
С увеличением температуры от -100С до +400С наблюдается возрастание сопротивлению сдвигу грунта в 1-4раза, в зависимости от его влажности, в среднем от 0,01МПа до 0,082МПа. [5]
При температуре выше +450С наблюдается снижение сопротивления сдвигу, а при температуре +600С и влажности 12% эти значения составляют 0,07МПа, при влажности 16% - 0,069МПа и при влажности 22% -0,05МПа.
По результатам лабораторных исследований зависимости прочностных свойств грунтов от гранулометрического состава, влажности, плотности и температуры воздуха выявлено, что
1. гранулометрический состав грунтов является одним из определяющих факторов и с увеличением диаметра частиц грунта сопротивление сдвигу уменьшается независимо от плотности грунта;
2. при значениях влажности равной пределу текучести грунтов наибольшими значениями сдвигающих усилий имеют грунты с размерами твердых частиц 0,25 мм и 0,5 мм, а грунты с размерами твердых частиц 1мм и 2мм при всех заданных влажностях имеют низкие показатели сопротивляемости сдвигу;
3. наименьшим сопротивлением сдвигу обладают грунты при низких температурах воздуха, а
наибольшим при положительных температурах и влажности на пределе раскатывания. С увеличением температуры от -100С до +400С наблюдается возрастание сопротивлению сдвигу грунта, в зависимости от его влажности, в среднем от 0,001 МПа до 0,0082 МПа.
Список литературы:
1. ВНИИТС «Методические указания по оценке местной устойчивости откосов и выбору способов их укрепления в различных природных условиях» Москва, 1970, 73с.
2. Г.А. Кадыралиева «Факторы, влияющие на местную устойчивость откосов горных дорог» Современные проблемы механики сплошных сред вып. 12 Бишкек 2010г С 85.
3. З.Г. Тер-Мартиросян Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. - М.: Недра, 1986. - 292 с
4. Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР. Москва Стройиздат 1984. С 5.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩИХ РЕАКТОРОВ
Одними из самых распространенных видов внутренних повреждений трансформаторного оборудования являются витковые замыкания. Значения токов при витко-вых замыканиях сильно зависят от числа замкнувшихся витков и места повреждения. Малое число замкнувшихся витков во вторичной обмотке может приводить к незначительному увеличению тока со стороны источника питания, поэтому подобные витковые замыкания достаточно сложно обнаружить. В настоящее время из всех применяемых стандартных защит трансформаторов и трансформаторного оборудования только газовая защита реагирует на витковые замыкания, поскольку они сопровождаются, как правило, горением электрической дуги или местным нагревом, а это, в свою очередь, приводит к разложению трансформаторного масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Эти газы вытесняют масло из бака трансформатора в расширитель, вызывая, тем самым, действие газовой защиты. Однако по принципу действия газовая защита является медленнодействующей. Поперечная токовая дифференциальная защита от витковых коротких замыканий используется сравнительно редко, например, в шунтирующих реакторах сверхвысокого напряжения при наличии параллельных ветвей сетевой обмотки (исполнение фазной обмотки двумя ветвями с вводом в середину) и соответствующих трансформаторов тока.
Карпов Алексей Сергеевич
к.т.н., ФГАОУ ВО «СПбГПУ», ассистент Евдокунин Георгий Анатольевич
профессор, д.т.н., ФГАОУ ВО «СПбГПУ», профессор
В связи с массовым превышением заявленного срока эксплуатации трансформаторного оборудования, основной причиной возникновения витковых замыканий является старение изоляции. По данным комитета СИГРЭ по трансформаторам и реакторам витковые замыкания обмоток являются основной причиной аварийности трансформаторного оборудования (более 60%), значительно превышая отказы РПН и вводов.
Разогрев места повреждения может приводить к образованию окалины, выплавлению части витка или повреждению остальных витков. Но поскольку затем происходит быстрый разогрев и спекание с перекрытием смежных витков, в дальнейшем переходные сопротивления при расчете токов витковых замыканий не учитываются.
Таким образом, важной задачей является своевременная идентификация виткового повреждения и последующее отключение от сети поврежденного оборудования для предотвращения развития аварии и механического разрушения обмоток.
Данная статья посвящена разработке методики моделирования трансформаторного оборудования на примере управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора (УШР) для расчета процессов при витковых замыканиях, проведению расчетов электромагнитных переходных процессов при витковых замыканиях в обмот-
ках УШР. Исходные данные и результаты расчета приводятся далее для реактора 500 кВ мощностью 180 МВА типа РТУ-180000/500. Характер токов вторичных обмоток управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов (компенсационной обмотки и обмотки управления) препятствует выбору для них защит, обычно применяемых для силовых трансформаторов. В особенности это относится к обмотке управления, секции которой обтекаются выпрямленным током трехфазного тиристорного преобразователя.
Разработанная в предыдущих работах [1, 2] методика моделирования управляемых шунтирующих реакторов и другого трансформаторного оборудования произвольной конструкции с помощью совместного применения схем замещения электрической и магнитной цепей зарекомендовала себя как эффективный и точный инструмент для исследования электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах. Отличительной особенностью такого моделирования является то, что все необходимые параметры схемы замещения устройств определяются из конструктивных размеров его магнитной системы и свойств электротехнической стали магнитопровода. Под конструктивными данными понимают следующие параметры: активное сопротивление обмотки, количество витков обмотки ее размеры, а также размеры и сечение магнитной системы трансформатора.
Схема замещения, отображающая источники МДС, пути замыкания магнитных потоков и магнитные сопротивления этих путей («магнитная схема замещения») задаётся узлами и наиболее важными ветвями (путями) распределения магнитного потока, которые должны с
необходимой степенью точности аппроксимировать реальную картину распределения магнитного поля.
Для обоснования выбора магнитной схемы замещения управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора при рассмотрении режимов, связанных с повреждениями в обмотках, необходимо определить пути замыкания основных магнитных потоков при данном типе повреждения. Для этого в работе предлагается использовать программный пакет, предназначенным для конечно-элементного анализа: COMSOL Multiphysics с модулем-расширением AC/DC Module в двухмерной постановке.
Сетевая обмотка (СО) управляемых подмагничива-нием шунтирующих реакторов катушечного типа, состоит из Wto витков и охватывает два полустержня [3]. Каждая катушка сетевой обмотки включает в себя Wк витка. В соответствии с [4] в обмотках катушечного типа возможны полные витковые замыкания только всей катушки. Картина распределения магнитной индукции в магнитопро-воде однофазного УШР при замыкании 1/3 катушек сетевой обмотки представлена на рисунке 1.
Стрелками на рисунке 1 показаны пути замыкания магнитных потоков при витковом замыкании катушек сетевой обмотки. Уровни индукций в магнитной системе однофазного УШР визуализируются соответствующим цветом: соответствие цвета и величины магнитной индукции представлено в правой части рисунка 1 на соответствующей легенде. Красные сплошные линии - линии магнитного поля в плоскостях x и у. Из рисунка 1 видно, что при витковом замыкании катушек в сетевой обмотке оба полустержня и боковые ярма управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора имеют меняющиеся по высоте элемента магнитопровода значения магнитных индукций.
5urf*»: M^ftic Пиж iensty. попя[Т] Afrow: MapwtK Ник ¿«леву Sbwnlrw: M-ignitK ftdd
Составляющие магнитных потоков рассеяния в окне магнитопровода
Рисунок 1. Распределение магнитной индукции в магнитопроводе однофазного УШР при разомкнутых вторичных обмотках при замыкании 1/3 катушек сетевой обмотки
В этой связи магнитная схема замещения однофазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора для выполнения расчетов переходных процессов при витковых замыканиях в сетевой обмотке должна учи-
тывать неравномерность распределения магнитной индукции по высоте элементов магнитной системы (полустержней и боковых ярем).
Вторичные обмотки управляемых подмагничива-нием шунтирующих реакторов (обмотка управления -
ОУ; и компенсационная обмотка - КО) винтового типа, со- На основе анализа распределения магнитного поля в эле-стоят из двух секций («полуобмоток»), каждая из которых ментах магнитной системы однофазного управляемого охватывает «свой» полустержень. Секции компенсацион- подмагничиванием шунтирующего реактора может быть ной обмотки включаются между собой согласно; секции составлена схема замещения магнитной системы фазы обмотки управления включаются между собой встречно. УШР для расчетов процессов при витковых замыканиях в
обмотках (рисунок 2).
Рисунок 2. Схема замещения фазы УШР для расчета процессов при витковых замыканиях в любой из обмоток
Порядок формирования системы уравнений для На рисунке 3 представлен результат расчета тока
случая расчетов процессов при витковых замыканиях ос- сетевой обмотки УШР и тока короткозамкнутой части об-новывается на первом и втором законах Кирхгофа для мотки при замыкании одной катушки в момент времени и
в режиме потребления реактором номинальной мощности.
Ток в короткозамкнутой части СО
4
х 10
электрической и магнитной цепей УШР.
Ток сетевой обмотки
1000
500
-500
-1000
9.95
10
t, с
10.05
4
-2
-4
9.95
10
t, с
<1 Л Л Л Л
Л
V V V V
10.05
Рисунок 4. Ток в сетевой обмотке и в ее короткозамкнутой части при замыкании одной катушки СО
2
0
0
Отличительной особенностью витковых замыканий в сетевой обмотке является значительное отличие токов сетевой обмотки поврежденной и неповрежденных фаз следствием чего является появление тока в нейтрали. В исходном установившемся режиме работы УШР в режиме потребления номинальной реактивной мощности действующее значение тока в сетевой обмотке составляет 198 А; при витковом замыкании одной катушки расчетное действующее значение тока поврежденной обмотки составило 570 А. При этом действующее значение тока в корот-козамкнутой катушке достигает 21 кА. Витковые замыкания в сетевой обмотке представляют значительную
' при отсутствии виткового замыкания в КО ' при замыкании одного витка в КО
100 50 0 -50 -100
,/ \ /\
V/ V/
V
0
0.01
0.02
с
0.03
0.04
Рисунок 5,а. Ток компенсационной обмотки в режиме холостого хода УШР
опасность для оборудования, поэтому точное и своевременное выявление указанного вида повреждения действием релейной защиты является важной задачей.
Результат расчета тока короткозамкнутого витка КО представлен на рисунке 5. Действующее значение тока короткозамкнутого витка равно 11,56 кА. При этом следует отметить, что номинальный ток обмотки составляет 1709 А (компенсационная обмотка в нормальных режимах нагружена только током третьей гармоники, и поэтому выполняется с уменьшенным сечением меди).
300 200 100 0 -100 -200 -300
9.98 10 10.02 10.04 10.06 10.08
Ь с
Рисунок 5,б. Ток компенсационной обмотки в режиме потребления УШР номинальной мощности
В случае, когда в одной из секций компенсационной обмотки произошло витковое замыкание, МДС, создаваемые каждой из полуобмоток, становятся различными. Прямым следствием наличия магнитной несимметрии УШР является появление первой гармонической составляющей в токе компенсационной обмотки, соединенной в треугольник.
Заключение
1. Использование существующих методов расчета токов витковых коротких замыканий трансформаторов не учитывает нелинейности и насыщения элементов магни-топровода, вследствие чего их применение некорректно применительно к УШР.
2. Предлагаемая в данной статье методика расчетов процессов при витковых замыканиях в обмотках УШР или аналогичного трансформаторного оборудования основана на сведениях о реальной конструкции устройства и не требует дополнительных расчетов эквивалентных параметров модели (таких как напряжение короткого замыкания с учетом короткозамкнутой части обмотки) вне зависимости от места повреждения. При этом формирование схемы замещения магнитной системы УШР для расчета процессов при витковых замыканиях основано на анализе результатов расчета распределения магнитного поля в элементах магнитной системы при данном виде повреждения.
3. Витковые замыкания во вторичных обмотках УШР (обмотке управления и компенсационной обмотке) сопровождаются появлением тока первой гармонической
составляющей в токе компенсационной обмотки, соединенной в треугольник. При этом, чем большее число витков во вторичных обмотках замыкаются накоротко, тем больший ток первой гармонической составляющей появляется в КО. На этом принципе может быть построена максимальная токовая защита (МТЗ), включенная на полные токи первой гармонической составляющей в каждой фазе с предварительной фильтрацией третьей и высших гармонических составляющих.
4. Аналогичная максимальная токовая защита может применяться и для другого трансформаторного оборудования с ненагруженной третичной обмоткой треугольника, например, в автотрансформаторах. Список литературы:
1. Евдокунин Г.А., Дмитриев М.В., Карпов А.С., Николаев Р.Н., Шескин Е.Б. Компьютерное моделирование управляемых шунтирующих реакторов различных типов и сравнение их технических характеристик // Энергетик, №3, 2011 г. - с. 27-31.
2. Карпов А.С. Компьютерное моделирование управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для расчета электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах // Электрические станции, №7, 2012 г. - с.47-51.
3. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы. Дмитриев М.В., Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В., Карпов А.С., Шескин Е.Б. Под. ред. Евдокунина Г.А. С-Пб. 2013 г., 280 с.
4. Засыпкин А. С. Релейная защита трансформаторов - М. Энергоатомиздат, 1989 - 240 С.
