Токи короткого замыкания в силовых трансформаторах инновационных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО "Самарский государственный технический университет"

Токи короткого замыкания в силовых трансформаторах инновационных конструкций

А.Ю. Андреев

М.А. Ветер

Л.М. Инаходова

А.А. Казанцев

Самара, Россия

Использование в современных электрических сетях и системах электроснабжения (ЭССЭ) устаревших конструкций трансформаторной техники не отвечает уровню теоретических научно-технических решений и практических технологических принципов современной электротехники, что, несомненно, тормозит технический прогресс в электроэнергетике. Это непосредственным образом отражается на реализации широко декларируемых положений об энергосбережении и энергоэффективности, как в потреблении, так и в процессах передачи и распределения электроэнергии[1, 2].

Потери электроэнергии ДW в электроустановках ЭССЭ при передаче, распределении и потреблении электроэнергии - это с точки зрения закона сохранения энергии неизбежные энергетические и экономические затраты на обеспечение физической сущности названных технологических процессов. Можно констатировать, что эти затраты, в частности, связанные с выделением тепла, за исключением его полезного использования, наносят вред, как самому электрооборудованию, так и окружающей среде.

Поэтому, несмотря на то, что проблема снижения суммарных потерь электрической мощности и энергии (ПЭМЭ) в электроэнергетике всегда была и есть в центре внимания эксплуатации, научных исследований, проектирования и конструирования новых электроустановок и процессов, можно констатировать ее непреходящую актуальность и необходимость поиска новых решений.

В современных условиях потери электроэнергии и мощности можно существенно снизить применением в конструкциях силовых трансформаторов (СТ) следующих инновационных решений:

Использование эффекта сверхпроводимости (СП) низко- и высокотемпературной (НТСП, ВТСП) для кардинального уменьшения нагрузочных потерь в обмотках СТ [3, 4].

Внедрение новых эффективных способов формирования основного магнитного потока СТ с помощью аморфных ферромагнитных материалов (АФМ) и перспективных бессердечниковых конструкций СТ для значительного (в 5-6 раз) снижения потерь холостого хода трансформатора [5, 6].

Применение комбинированной конструкции, сочетающей в себе применение АФМ для производства магнитопровода, и материалы обладающие ВТСП эффектом для изготовления обмоток СТ [1].

Силовой трансформатор является наиболее ответственной и дорогостоящей электроустановкой в ЭССЭ, а применение новых материалов увеличивает его стоимость. Поэтому необходимо, чтобы этот элемент сети функционировал с высокой надёжностью и стабильностью. Согласно статистике, наиболее опасным возмущением, действующим на СТ считается протекание через него тока короткого замыкания (КЗ) СТ. Внутренние повреждения обмоток, связанные с изоляционными факторами и с недостаточной стойкостью обмоток при протекании токов КЗ являются самыми опасными с точки зрения длительности недоотпуска электроэнергии, финансовых потерь и возможности восстановления трансформаторного электрооборудования, т. е. его ремонтопригодности [7].

В данной работе проведено моделирование аварийного режима с расчетами токов КЗ на участке сети «Смышляевка-Тяговая» АО «Самарская сетевая компания» на напряжение 10кВ и 20кВ» (рис. 1). Для расчёта токов КЗ использовались паспортные и расчетные характеристики СТ напряжением 10, 20 кВ. Значения характеристик для традиционных силовых трансформаторов (ТСТ) с магнитопроводом из электротехнической трансформаторной стали SiFe, и аморфных высокотемпературных сверхпроводниковых трансформаторов (АВТСТ) магнитопровод которых изготавливается из АФМ, а обмотки выполнены из материалов, обладающих ВТСП эффектом, приведены в таблице 1.

Рис. 1. Участок схемы «Смышляевка-Тяговая» ЗАО «ССК»

Рис. 2. Схема замещения рассматриваемого участка сети

Таблица 1. Паспортные характеристики трансформаторов традиционной и инновационной конструкций

Для оценки токов КЗ, из схемы «Смышляевка-Тяговая» был взят участок магистральной линии Ф-2 выполненной проводом марки СИП-3 сечением 95мм² от опоры 200/1 до опоры 200/14 и отпайка от опоры 200/14 до ТП СМ213/400 также выполненной проводом марки СИП-3 сечением 95мм². Схема замещения с расчетными значениями при напряжении 10кВ представлена на рисунке 2. Значения токов КЗ на шинах ПС «Смышляевка-Тяговая» в точке К1 являлись исходными, на линии и на шинах 0,4кВ ТП СМ213/400 в точках К2 и К3 соответственно были рассчитаны для различных типов трансформаторов и величин напряжений.

Результаты расчетов токов КЗ на линии в точке K2 схемы замещения (рис.2) приведены в таблице 2.

Таблица 2. Расчётные токи КЗ в точке К2

Из таблицы видно, что при изменении напряжения с 10кВ на 20кВ ток КЗ на линии выполненной проводом марки СИП-3 сечением 95мм² увеличивается незначительно.

Расчет сопротивления трансформатора выполнялся по следующим выражениям:

r_тр = u_kU²_ном.тр./S²_ном.тр;

z_тр = P_kU²_ном.тр./(100S_ном.тр);

x_тр =.

Результаты расчетов сопротивлений трансформаторов представлены в таблице 3.

Таблица 3. Расчётные сопротивления трансформаторов

Из таблицы видно, что сопротивление трансформатора АВТСТ значительно меньше сопротивления традиционного трансформатора марки ТМ.

Результаты расчетов токов КЗ на шинах 0,4кВ ТП СМ213/400 в точке K3 схемы замещения (рис.2) приведены в таблице 4 и на рисунке 3 .

Таблица 4. Результаты расчётов токов КЗ на шинах 0,4кВ

Рис. 3. Результаты расчетов токов КЗ на шинах 0,4кВ ТП СМ213/400 в точке K3

Из таблицы 4 и рисунка 3 видно, что при первичном напряжении 20 кВ на шинах трансформаторов 0,4кВ токи КЗ значительно меньше, чем при напряжении 10кВ у обоих типов трансформаторов. Сравнивая значения токов КЗ между трансформаторами, можно констатировать, что у АВТСТ при одинаковых условиях работы значения токов КЗ почти в 2,5 раза больше нежели у трансформатора с традиционной конструкцией.

Выводы

1. При изменении напряжения с 10кВ на 20кВ ток КЗ на линии выполненной проводом марки СИП-3 сечением 95мм2 увеличивается незначительно.

2. Активное, реактивное и полное сопротивление аморфных высокотемпературных сверхпроводниковых трансформаторов (АВТСТ) магнитопровод которых изготавливается из АФМ, а обмотки выполнены из материалов, обладающих ВТСП эффектом значительно меньше сопротивления традиционного трансформатора марки ТМ.

3. При первичном напряжении 20 кВ на шинах трансформаторов 0,4кВ токи КЗ значительно меньше, чем при напряжении 10кВ у обоих типов трансформаторов.

4. У АВТСТ при одинаковых условиях работы значения токов КЗ на шинах 0,4кВ почти в 2,5 раза больше по сравнению с трансформатором с традиционной конструкцией

Список литературы

силовой трансформатор электроснабжение

1. Гольдштейн В.Г., Инаходова Л.М., Казанцев А.А. О проблемах энергосбережения и повышения энергоэффективности при применении современных силовых трансформаторов. Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электромеханика» Новочеркасск: Изд. «ЮРГПУ», № 5 2014. - С. 107-111.

2. Савинцев Ю.М. Анализ состояния производства в РФ силовых масляных СТ I-III габаритов// Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2012. - № 1. - С. 43-53.

3. Александров Н.В. Исследование влияния сверхпроводниковых трансформаторов на режимы электроэнергетических систем. Автореферат дис. канд. техн. наук по специальности 05.14.02. НГТУ. Новосибирск. 2014.

4. Гольдштейн В.Г., Инаходова Л.М., Казанцев А.А., Молочников Е.Н. Анализ эксплуатационных свойств трансформаторов с сердечниками из аморфных материалов и защита их с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений. Вестник СамГТУ. Серия "Техн. науки". - Самара, № 4 (40). 2013 г. с. 149-157.

Размещено на Allbest.ru