CC BY
16
целенаправленно воздействовать на характер протекания электромагнитных процессов в технических схемах, имеющих в своём составе мощные нелинейные индукторы, в частности, в высоковольтных тиристорных преобразователях частоты или в схемах с синхронизацией двух источников напряжения типа ГИН-ГИТ.
Литература
1. Болотовский Ю. И., Таназлы Г. И.: Некоторые аспекты моделирования систем силовой электроники // Силовая электроника. 2006. № 4.
2. John H. Chan, Andrei Vladimirescu, XiaoChun Gao, Peter Liebmann and John Valainis: Nonlinear Transformer Model for Circuit Simulation // IEEE transactions on computer-aided design. vol. 10. 1991. № 4.
3. Вдовин С. С. Проектирование импульсных трансформаторов. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. 208 с.
4. Derlecki S., Kusmierek Z., Szulakowski J. and Dems M.: Magnetic amorphous material used as corps of electric machines // Przegl^d Elektrotechniczny (Electrical Review), 88(5a), 2012, 10-13.
Сведения об авторах
Климов Андрей Александрович,
лаборант-исследователь Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 47А Эл. почта: andreyklimov95@mail.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.35-42 УДК 621.311
Г. П. Фастий, А. С. Карпов, В. В. Ярошевич, А. В. Бурцев
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ УЧАСТКА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ ДЛЯ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССОВ
Аннотация
В настоящей статье рассматривается создание модели в программной среде АТР-ЕМТР, которую можно использовать для исследования грозовых воздействий на подстанции, приходящих по линии электропередачи. Ключевые слова:
подстанция, трансформатор, моделирование, нейтраль, грозовые перенапряжения.
G. P. Fastiy, A. S.Karpov, V. V. Yaroshevich, A. V. Burtsev
MODEL DEVELOPMENT OF THE POWER NETWORK PART FOR ANALYSIS OF PULSE PROCESS CHARACTERISTICS
Abstract
This paper illustrates the modeling of power network part using the program ATP-Draw (Alternative Transient Program) for studying traveling wavescoming to substation from power line. Keywords:
substation, transformer, modeling, neutral, atmospherics overvoltage.
Для многовариантных исследований грозовых перенапряжений на силовых трансформаторах высоковольтных подстанций применение прямого эксперимента в действующей сети практически невыполнимо по
организационным и техническим причинам, к которым относятся сложность выведения их из работы на время экспериментов, обеспечение безопасности как для персонала, экспериментального оборудования и элементов сети и т.п. Поэтому целесообразна разработка модели в среде АТР-ЕМТР для массовых расчетов и проведение экспериментов на отдельных подстанциях. При этом результаты регистраций импульсных процессов при проведении экспериментов являлись основой для разработки моделей и контроля их эффективности.
Программа АТР-ЕМТР позволяет довольно точно моделировать импульсные процессы в трехфазных линиях с учетом конструктивного исполнения ЛЭП на подходе к подстанции (ПС) и является не коммерческим доступным продуктом [1, 2].
В соответствии с требованиями к моделированию необходим учет многочисленных факторов, в том числе:
- волнового характера процессов распространения импульсов напряжения по проводам линий электропередачи (ЛЭП), ошиновке открытого распределительного устройства (ОРУ);
- трехфазное исполнение элементов сети;
- конструктивные особенности ЛЭП и ошиновки;
- импульсные характеристики оборудования ОРУ и заземлителей опор;
- нелинейные вольт-секундные характеристики изоляции ЛЭП на подходе и искровых промежутков защитных аппаратов;
- нелинейные вольт-амперные характеристики защитных аппаратов,
- импульсные характеристики силовых трансформаторов,
- режимы заземления нейтралей обмоток трансформаторов и схемы соединения обмоток.
Для моделирования использован ряд модулей АТР-ЕМТР, характеристика которых дана ниже.
№ п/п
Элемент
Описание
1
Модуль активного сопротивления
Модуль емкостного элемента
Модуль индуктивного элемента
Комбинация сопротивления, емкости и индуктивности
Трехфазная комбинация сопротивления, емкости и индуктивности с независимыми параметрами каждой фазы
Модуль емкости с начальными условиями
Модуль идеального трансформатора
Модуль трёхфазного двухобмоточного трансформатора
Модуль элемента с распределенными параметрами
10
Модуль линии электропередачи
11
Модуль нелинейного сопротивления
2
3
4
5
6
7
8
9
Реализованная модель ОРУ подстанции с подключенной к ней ЛЭП приведена на рис. 1.
Модуль «линия электропередачи» (ЬСС) позволяет задавать:
-тип линии (кабельная, воздушная);
- различное число фаз;
- наличие транспозиции;
- конструктивные особенности опор;
- стрелу провеса проводов и грозозащитных тросов и т.д.
При расчетах учтен поверхностный эффект в проводах линии. Предусмотрены возможность учета влияния проводимости грунта на деформацию грозовых волн и выбор алгоритма расчета.
Недостатком модуля является отсутствие учета действия импульсного коронирования на проводах ЛЭП.
Ошиновка подстанции моделируется с помощью модулей отрезков линии с волновыми сопротивлениями по «прямой и нулевой последовательностям» — элементов с распределенными параметрами.
В модели генератора импульсных напряжений (ГИН) рис. 2 учтены резисторы и емкости, определяющие форму импульса напряжения. Импульсные характеристики заземления ГИН формируются сопротивлением заземления и емкостью относительно удаленной земли.
Импульсные характеристики аппаратов — трансформаторов тока, выключателей, разъединителей учтены входными емкостями.
Для моделирования защитных аппаратов использованы модули «нелинейный резистор», позволяющие моделировать вольт — амперную характеристику ОПН на каждой фазе.
На рис. 1. в качестве модели силового трансформатора выбрана встроенная электрофизическая модель, но это было сделано исключительно в целях наглядного отображения на рисунке. Модули трансформаторов, представленные в АТР-ЕМТР, предназначены для расчетов на низкой частоте 50-60 Гц. При моделировании воздействий импульсных напряжений принято учитывать силовой трансформатор входной емкостью, так же, как и остальное оборудование. В модели для расчетов была создана своя модель силового трансформатора.
Для повышения точности моделирования учтены волновые свойства обмоток трансформатора. С этой целью использованы П-ячейки, составленные из Ь-С элементов. При выборе варианта схемы соединения необходимо учитывать влияющие емкостные связи элементов обмоток.
Модель наряженной емкости
Емкость сопротивления заземления
резистор
Сопротивление заземления ТИН
Рис. 2. Модель генератора импульсных напряжений
При рассмотрении импульсных процессов в трансформаторе необходимо учитывать следующие влияющие параметры:
1) емкость вводов трансформатора относительно друг друга;
2) емкость обмоток высокого напряжения на обмотку низкого напряжения;
3) емкость обмотки на землю, т.е. емкость на бак трансформатора;
4) межвитковая емкость трансформатора.
В представленной схеме учтены основные емкостные связи трансформатора: связь с заземленными элементами трансформатора Сог-; связь обмотки высокого напряжения с обмоткой низкого напряжения Смв/; так же подразумевается наличие межвитковых связей. Согласно данной схеме и изложенным принципам выбираем схему, обладающую волновыми свойствами, емкостью на землю и проходной емкостью в направлении нейтрали. Вариант трехфазной модели силового трансформатора приведен на рис. 4.
Рис. 4. Трехфазная модель трансформатора с учетом входных импульсных и волновых свойств
Модель включает несколько емкостных составляющих: емкость вводов на землю — Св, емкости обмотки 110 кВ на землю — Сз, емкостные связи между обмотками трансформатора ВН и НН — Св-н, проходную емкость в направлении нейтрали — Сп.
Представленная модель (рис. 4) имеет большое число элементов, что затрудняет определение ее параметров и выполнение длительных расчетов с малым интервалом дискретизации, который требуется при решении задач грозозащиты. Поэтому целесообразна оптимизация числа элементов для увеличения скорости расчетов. Для проведения приближенных расчетов можно ограничиться одной П-ячейкой. Тогда модель трансформатора приводится к виду, представленному на рис. 5.
а б
Рис. 5. Простейшая модель трансформатора: а — трехфазная модель; б — однофазная модель
Контроль достоверности разработанной модели выполнен для условий формирования напряжений аналогичных экспериментальным исследованиям в сети с изолированной нейтралью. Сопоставление экспериментальных осциллограмм и полученных при моделировании, представлено на рис. 6 для напряжения на вводе 110 кВ силового трансформатора [3].
Рис.6. Сопоставление осциллограмм импульсных напряжений на вводе трансформатора РУ 110 кВ.
Т1--время распространения волны от точки подключения ГИН до подстанции;
Т2 — время распространения волны от ГИН до подстанции на противоположном
конце ЛЭП
Как видно из рис. 6, расчетная модель позволяет с достаточной точностью рассчитывать импульсные процессы в РУ с подключенными ЛЭП. В частности, воспроизводятся отражения от точки подключения ГИН и от заземления проводов ЛЭП в РУ на противоположном конце.
Некоторое отличие формы расчетных напряжений объясняется неточностью моделирования соединения ГИН с проводом линии, ошиновки и спусков в ОРУ подстанции, емкостных характеристик оборудования РУ, а также неоднородностью грунта в районе расположения ЛЭП.
Аналогично на рис. 7. сопоставлены осциллограммы напряжений на нейтрали трансформатора. Как видно из рис. 7, выбранная модель трансформатора позволила получить форму и период колебательной составляющей напряжения в нейтрали трансформатора в первом приближении схожими с соответствующими параметрами напряжений, полученных при экспериментальном моделировании в ОРУ с подключенной ЛЭП. Однако, при использовании упрощенной модели силового трансформатора проявляется искажение формы напряжения в нейтрали с явным проявлением частоты собственных колебаний трансформатора по каналу «ввод -нейтраль».
ю
-10
U:kB Моделирование
T
Эксперимент
20 40 60 50 100 120 140 160 1: мкс Рис. 7. Сопоставление осциллограмм напряжений на нейтрали трансформатора, полученных экспериментально и расчетным путем
Необходимо отметить, что для более точного моделирования с помощью модели трансформатора, представленной на рис. 5, необходимо точное распределение активных и реактивных составляющих параметров самой обмотки и взаимных связей, в том числе емкости на землю Сз (магнитопровод и корпус), проходной емкости Сп (связь между элементами одной обмотки) и емкости между обмотками Св-н. Для более точного определения этих параметров необходима разработка специализированной методики обследования силовых трансформаторов, включающих регистрации реакций на высокочастотные и импульсные воздействия.
Выводы
Разработанная модель подхода ЛЭП и самой подстанции позволяет судить о развитии волнового процесса, имевшего место при проведении экспериментов по генерированию импульсных напряжений в линию электропередачи, что позволяет сделать вывод, что эту модель можно использовать для дальнейшего исследования грозовых воздействий на подстанцию, приходящих по линии электропередачи.
Литература
1. Селиванов В. Н. Использование программы расчёта электромагнитных переходных процессов АТР-ЕМТР в учебном процессе // Вестник МГТУ. 2009. Т. 12, № 1. С. 107-112
2. ATPDraw- the graphicalpreprocessor to ATP Electromagnetic Transients Program [Электронныйресурс] //ATPDraw: site. URL: http://www.atpdraw.net
3. Ефимов Б. В., Невретдинов Ю. М., Власко Д. И., Востриков А. О. Регистрация грозовых перенапряжений на подстанции // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Апатиты: КНЦ РАН, 2012. Вып. 5. С. 28-37.
Сведения об авторах
Фастий Галина Прохоровна,
научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru
Карпов Алексей Сергеевич,
старший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: info@ien.kolasc.net.ru
Ярошевич Вера Васильевна,
научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: yaroshevich_vera@mail.ru
Бурцев Антон Владимирович,
младший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А Эл. почта: a.burtsev@tehnonord.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.42-47 УДК553.69; 622; 621.3
А. С. Потокин
ОПЫТ ОЧИСТКИ ГРАНАТОВОГО ПРОДУКТА,
ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ
Аннотация
В статье представлены новые данные о возможности получения мономинерального абразивного гранатового продукта из гранат-слюдяных сланцев Кейвских гранатов альмандинов Кольского полуострова методом электроимпульсной дезинтеграции после его отмывки от свободных включений слюдита восходящим потоком жидкости. Ключевые слова:
электроимпульсная дезинтеграция, Кейвские гранаты альмандины, абразивный гранатовый продукт.
A. S. Potokin
EXPERIENCE OF CLEANING THE GRANATE PRODUCT OBTAINED BY THE METHOD OF ELECTROPULSE DISINTEGRATION
Abstract
New data on the possibility of obtaining a monomineral abrasive garnet product from garnet-mica shales of Keiyvs garnet of the almandines of the Kola Peninsula obtained by the electric pulse disintegration method after it ascending flow of liquid are presented. Keywords:
electric pulse disintegration, Keiyv garnet almandines, garnet abrasive product.
