CC BY
41
УДК 621
В. В. Вахнина
д-р техн. наук, профессор, кафедра «Электроснабжение и электротехника», ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный
университет»
Т.А. Рыбалко
аспирант,
ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный
университет»
ВЛИЯНИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ НА РАБОТУ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация: В статье рассмотрено моделирование системы электроснабжения при воздействии квазипостоянных токов при возмущениях космической погоды. Установлено, что при протекании квазипостоянных токов в заземленных обмотках силовых трансформаторов в сотни раз возрастают амплитудные значения токов намагничивания, которые приводят к насыщению магнитной системы и искажению кривой тока намагничивания.
Ключевые слова: силовой трансформатор, квазипостоянный ток, высшие гармоники.
V.V. Vahnina, Togliatti State University
T.A. Rybalko, Togliatti State University
EFFECT OF SPACE WEATHER DISTURBANCE TO WORK POWER SUPPLY SYSTEMS
Abstract. The article deals with modeling of the power supply system under the influence of quasi-currents in space weather disturbances. Found that at geoindutsirovannyh currents flowing in the windings of power transformers grounded hundreds of times increases the amplitude values of the magnetizing currents, which lead to magnetic saturation of the current waveform distortion and magnetization.
Keywords: power transformer, quasiconstant current harmonics.
Такие природные явления, как возмущения космической погоды, приводят к нарушению электроснабжения [1]. Магнитосферные и ионосферные электрические токи создают на поверхности Земли вариации геомагнитного и геоэлектрического поля, вызывающие так называемые квазипостоянные токи (КПТ) в длинных замкнутых (заземленных) проводящих системах. В системы электроснабжения (СЭС) ГИТ проникает через заземленные нейтрали силовых трансформаторов [2].
При исследовании влияния КПТ на СЭС используется математическое моделирование, при котором объект исследования заменяется его математической моделью. Связь математической модели с реальным элементом осуществляется при помощи упрощений, гипотез, идеализаций.
Основные трудности при математическом моделировании СЭС связаны со сложностью их математического описания. Независимо от структуры и состава, система электроснабжения представляет собой сложную нелинейную систему, в которой изменения, происходящие в одной ее подсистеме, сразу же оказывают влияние на всю систему. Также необходимо учитывать влияние на режимы работы СЭС множества различных внешних и случайных факторов.
Математическое моделирование системы электроснабжения при воздействии КПТ проводится в программе MATLAB.
Моделирование силового трансформатора (СТ) выполняется на основе Т-образной схемы замещения для двухобмоточного трансформатора в соответствии с рисунком 1.
На рисунке 1 обозначены: R1 и L1 - активное сопротивление и индуктивность первичной обмотки, R2 и L2 - вторичной, для учета нелинейности силового трансформатора. В схему замещения ветви намагничивания вносится нелинейная величина Lm, вычисляемая через задаваемую кривую намагничивания, представленную на рисунке 2; Rm - активное сопротивление
ветви намагничивания.
Рисунок 1 - Схема замещения двухобмоточного трансформатора в программе МАНАВ
В, Г/7 А
Рисунок 2 - Задаваемая кривая намагничивания сердечника трансформатора
Для проведения компьютерного эксперимента выбран участок системы электроснабжения, состоящий из двух подстанций - ТП1 (с силовыми трансформаторами АОДЦН и1/и2/и3=230/115/6,3 кВ) и ТП2 (с силовыми трансформатора ТРДН-63000/115/6,3/6,3 кВ), соединенных между собой воздушной линией ВЛ1 (иВЛ=115 кВ, 1=55 км). В качестве источника принята система (источник бесконечной мощности, ис=230 кВ) (рис. 3).
Рисунок 3 - Упрощенная схема исследуемого участка сети
В программе МАНАВ составлена компьютерная модель участка СЭС. Проведена верификация модели, которая заключается в доказательстве факта, что точность результатов, полученных при моделировании, будет не хуже точности расчетов, произведенных на основании экспериментальных данных. В нормальном режиме (при отсутствии обрывов, замыканий) в воздушной линии протекает номинальный ток. На рисунке 4 приведен график нормального режима работы сети (фаза А на высокой стороне ТП2 в момент времени с 0 с до 0,16 с). Расчет-
ные значения полностью совпадают с результатами компьютерного моделирования.
Рисунок 4 - График тока в ВЛ 115 кВ (фаза А) в нормальном режиме
Для анализа влияния КПТ на работу системы электроснабжения необходимо исследовать рабочие токи в ВЛ, кривую тока намагничивания силового трансформатора.
На рисунке 5 показан график тока фазы А силового трансформатора на стороне 115 кВ при протекании квазипостоянных токов при воздействии космической погоды при напряжении между заземлителями подстанции ТП1 и ТП2 330 В в период времени с 3 с до 3,16 с. При увеличении времени воздействия КПТ наблюдается увеличение амплитуды рабочего тока в линии электропередач.
1А
т зоо 200 -4 00
о -юс -200 -300 -400
Рисунок 5 - Ток в линии 115 кВ при воздействии космической погоды в период времени с 3 с до 3,16 с
График тока намагничивания силового трансформатора ТРДН - 63000/115/6,3/6,3 в период с 3 с до 3,16 с представлен на рисунке 6.
- \ ) |\ / \ / \ 1 / \ / \ / ^
т \ ! \ 1 3,05 \ 1 \ ' \ I 115 \ г,с
3.1 3.15
Рисунок 6 - График тока намагничивания СТ ТРДН-63000/115/6,3/6,3 в период времени с 3 с до 3,16 с
Как видно из рисунка 6, при протекании квазипостоянных токов в заземленных обмотках силовых трансформаторов в сотни раз возрастают амплитудные значения токов намагничивания, которые приводят к насыщению магнитной системы и искажению кривой тока намагничивания. Это приводит к появлению высших гармонических составляющих тока и напряжения, которые распространяются в системе электроснабжения. Из-за нелинейности кривой намагни-
чивания в сети протекают четные и нечетные гармоники тока k=2n+1, k=2n, где n=1,2,3, ... , а также присутствует постоянная составляющая.
Выполнен гармонический анализ тока намагничивания для момента времени t=3 с. Установлено, что в кривой намагничивания тока силового трансформатора вторая гармоническая составляющая I(2)=65%; третья - I(3)=56% и постоянная составляющая I(0)=36%.
Список литературы:
1. Watermann, J. The magnetic environment - GIC and other ground effect / J. Watermann // Space weather. - 2007. - Vol. 344. - P. 269-275.
2. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.: ил.
3. Веников, В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985.
4. Pulkkinen, A. Large geomagnetically induced currents in the Finnish high-voltage power system / A. Pulkkinen, A. Viljanen, R. Pirjola // Finnish Meteorological Institute, Helsinki. - 2000. -P. 99.
