Исследования и расчеты электродинамической стойкости при коротких замыканиях мощных силовых трансформаторов

• Автор: Панибратец, Анатолий Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 220 с.

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Глава первая МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РЕАКТОРОВ (ОБЗОР)
1-Е Испытания трансформаторов на сетевых и генераторных стендах
1-2. Исследования на физических моделях
1 -3. Расчетные исследования стойкости при КЗ
1-3-1. Магнитное поле рассеяния
1-3.2. Осевые силы
1-3.3 Радиальные силы
1-4. Программное обеспечение
1-5. Выводы
Глава вторая. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2-1. Классификация основных задач расчета стойкости и общая характеристика математических моделей
2-2. Разработка математической модели процессов в системе «обмотки - прессующие конструкции» на основе метода
электрических аналогий
2-3. Математическая модель расчета необходимой силы прессовки для обеспечения условий радиальной устойчивости
2-4. Математическая модель расчета тангенциальных сил в
обмотках
2-5. Выводы
Глава третья. ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА РЭСТ. СТРАТЕГИЯ И ТАКТИКА РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Общее описание алгоритма и объекта исследования
3.2. Выбор расчетной модели, режимов, расчет токов, подготовка исходных данных
3 .3. Поверочный расчет и анализ стойкости в различных
режимах КЗ
3.4. Анализ результатов, оценка оптимальности конструкции
3.5. Расчетные исследования несимметриии и разновысокое

обмоток
3.6. Расчетные исследования осевых сил с учетом динамического характера их действия
3.7. Дополнительные расчетные исследования
3.8. Выводы и рекомендации
Глава четвертая. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПАКЕТА ПРОГРАММ РЭСТ
4.1. История создания, назначение, возможности и область применения
4.2. Структура, общее построение пакета, интерфейс и сервис
4.3. Особенности основных алгоритмов
4.5. Внедрение и использование пакета
4.6. Выводы
Глава IIятая. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ И ПАКЕТА РЭСТ ДЛЯ РЕШЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ВОПРОСОВ СТОЙКОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ РАЗНЫХ ТИПОВ (РАСЧЕТЫ, ИСПЫТАНИЯ,
ЭКСПЛУАТАЦИЯ)
5.1 .Общие сведения
5.2.Испытания и расчеты трех модификаций блочного трансформатора типа 400 MBA 220 кВ
5.3.Особые виды деформаций при испытаниях трансформатора
типа ТДЦ-250000/220
5.4.Анализ деформаций обмоток от тангенциальных сил на примере испытанного трансформатора для ЛЭП ПТ типа ОДЦНП-320000/400
5.5.Сравнительный анализ стойкости при КЗ автотрансформатора типа АТДЦТН-200000/330/110 разных лет выпуска
5.6.Рекомендации и направление дальнейшей работы
5.7.Вывод ы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение 1. Примеры расчетов стойкости с помощью пакета
РЭСТ
Приложение 2. Список предприятий, использующих пакет РЭСТ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Обеспечение стойкости трансформаторов при аварийных воздействиях, в частности, коротких замыканиях (КЗ), остается важной научно-технической проблемой из-за повышения требований к надежности, экономичности, конкурентоспособности, а также из-за роста и перераспределения мощностей сетей, увеличения числа коротких замыканий [186,188]. Также имеют место моральное и физическое старение парка трансформаторов [189], технические и экономические трудности обеспечения резерва и замены оборудования, снижение профессионализма обслуживающего персонала.
Еще 10-20 лет назад аварийность при КЗ мощных трансформаторов была высокой (см. Табл., где указан тип трансформатора и ориентировочный год окончания его выпуска).
Таблица
Трансформаторы мощностью более 125 МВА, нестойкие при КЗ. (по данным Н.Н.Хубларова, ВНИИЭ)
Тип трансформатора Год Тип трансформатора Год
Т (Д)Ц-400000/220 1985 АТДЦТГ-240000/330/220 1972
Т(Д)Ц-400000/330 1985 АТ ДЦТН-250000/500/110 1986*
Т(Д)Ц-400000/500 1985 АОДЦТН-167000/500/220 1976*
АТДЦТГ-240000/220/110 1975 АОДЦТН-267000/500/220 1980*
АТДЦТН-125000/330/110 1977 АОДЦТГ-250000/500/220 1970
АТДЦТН-200000/330/110 1972 АОДЦТГ-333000/750/330 1985
*)для отмеченных автотрансформаторов для повышения стойкости были приняты увеличенные значения Т1к (с 8.5-10.5% до 11.5-13%).
В те годы были зафиксированы повреждения, связанные с недостаточной стойкостью при КЗ, около 30 трехфазных автотрансформаторов 240 и 200 МВА на 330 кВ, нескольких автотрансформаторов 500 кВ (трехфазных и однофазных, из них два однофазных на п/ст "Бескудниково", г. Москва), трех фаз автотрансформатора ЗЗОМВА 500/330 кВ на Запорожской АЭС, блочных трансформаторов 220 кВ в Иране (Рангун), 330 кВ на Азербайджанской ГРЭС, 500 кВ на Нурекской ГЭС и на Запорожской АЭС (самый мощный из повредившихся трансформаторов - 1000 МВА). В последние годы число аварий заметно уменьшилось. Фактически за последние 5 лет "чисто" из-за недостаточной стойкости при КЗ вышел из строя только один блочный

наглядны и понятны для инженера. Разработаны (с участием автора) отраслевой РД на базе этой методики и соответствующий пакет программ РЭСТ [76,230], которые широко применяются на предприятиях отрасли при проектировании и исследованиях трансформаторов.
Поэтому была поставлена цель разработать математическую модель и статическую методику расчета осевых сил двух обмоток под одним общим прессующим кольцом (или имеющим другую механическую связь) на основе использования результатов расчета одиночной обмотки по методике [76, 250]. При такой постановке цели следует рассмотреть три взаимосвязанные задачи:
1 .Анализ распределения осевых сил по обмоткам при известной суммарной силе прессовки обмоток и известном законе распределения электромагнитных сил в обмотках.
2.Расчет и обеспечение необходимой силы прессовки в каждой из обмоток, запрессованных общим прессующим кольцом.
3.Обеспечение возможности сравнения результатов измерений осевых сил при испытаниях с результатами расчета.
Механическая схема системы двух обмоток под общим прессующим кольцом представлена на рис.2.6.
Анализ распределения осевых сил для такой схемы, а также вывод расчетных зависимостей удобно проводить методом электрической аналогии [244, 257]. Этот метод позволяет рассматривать механические процессы, происходящие в системе обмоток, по эквивалентной электрической схеме замещения (прямая аналогия).
Если принять для расчета упрощающие допущения согласно [250], то можно воспользоваться следующей системой аналогий механических параметров расчетной схемы и электрических параметров схемы замещения (табл.2.2). Электрическая схема замещения механической системы, изображенной на рис 2.6, представлена на рис.2.7.
В этой схеме сопротивления Я и соответствуют податливостям элементов обмоток и податливости верхней опоры (Кв), ток 1в соответствует силе, действующей на верхнюю опору обмоток, токи I - результирующим силам, возникающим в каждом элементе обмотки, эдс Е0 - начальной деформации системы, токи 1 - электромагнитным силам, приложенным к элементам обмоток.
Таблица 2
№ Механические параметры п/п Электрические параметры
Наименование Единица Измерения Наименование Единица измерения
1. Сила (Р) Н Ток (I) А
2. Перемещение (А) м Напряжение(и) В
3. Податливость (Ь) м/Н Сопротивление (Я) Ом(В/А)