Оцінювання впливу залишкового намагнічування автотрансформатора на умови розвитку резонансних перенапруг

Abstract

The article describes the use of a controlled switching device for switching on a single-phase autotransformer 750/330/15.75 kV, with a capacity of 417 MVA in the main electrical network of Ukraine. The basis of the study was the development of a detailed model of electromagnetic transients of the autotransformer. The transformer model contains an accurate reproduction of hysteresis and residual magnetization, which was confirmed using real oscillograms and manufacturer's data. The article considers the use of a controlled switching device for switching on an autotransformer with a capacity of 333 MVA, with a voltage of 750/330/15.75 kV in main electrical networks. A methodology for assessing the degree of risk of resonant overvoltages, taking into account the phase angle of switching on and the depth of saturation of the magnetic core, has been developed. The paper presents a comprehensive study of the influence of residual magnetization and the switch-on angle on the amplitude and dynamics of the aperiodic component of the magnetic flux during switching of high and extra-high voltage transformers and autotransformers. The dependence of the aperiodic component on the instantaneous value of the sinusoidal component and the residual flux was analytically obtained, which allowed establishing the condition for complete compensation of the aperiodic component. Based on numerical experiments, it is shown that the correct choice of the switch-on angle is able to almost completely eliminate the aperiodic component, while uncontrolled switching generates magnetizing current and overvoltage spikes, the amplitude of which can be 200...250 times greater compared to controlled modes. The modeling confirmed the universal exponential nature of the damping for all switch-on angles and revealed the dominant influence of the initial amplitude. The results demonstrate the critical importance of residual flux estimation and phase-by-phase synchronization of the switching moment for minimizing overloads, reducing the probability of resonance processes, and increasing the reliability of the main electrical networks. The obtained dependencies and the proposed algorithm for determining the optimal switching angle form a theoretical and practical basis for the implementation of controlled switching devices (CSDs) in high and extra-high voltage networks, ensuring improved electromagnetic compatibility and extending the equipment life.

Описано застосування пристрою керованої комутації для вмикання однофазного автотрансформатора 750/330/15,75 кВ, потужністю 417 МВА в магістральній електричній мережі України. Основою дослідження стала розробка детальної моделі електромагнітних перехідних процесів автотрансформатора. Модель трансформатора містить точне відтворення гістерезису та залишкового намагнічування, що підтверджено за допомогою реальних осцилограм та даних виробника. У статті розглянуто застосування пристрою керованої комутації для вмикання автотрансформатора потужністю 417 МВА, напругою 750/330/15,75 кВ у магістральних електричних мережах. Розроблено методику оцінювання ступеня ризику резонансних перенапруг з урахуванням фазового кута вмикання та глибини насичення магнітопроводу. У роботі подано комплексне дослідження впливу залишкового намагнічування та кута вмикання вимикача на амплітуду й динаміку аперіодичної складової магнітного потоку під час комутації трансформаторів та автотрансформаторів високої й надвисокої напруги. Аналітично отримано залежність аперіодичної складової від миттєвого значення синусоїдальної складової та залишкового потоку, що дозволило встановити умову повної компенсації аперіодичної складової. На основі чисельних експериментів показано, що правильний вибір кута вмикання здатний практично повністю усунути аперіодичну складову, тоді як некероване вмикання формує кидки намагнічувального струму та перенапруги, амплітуда яких може бути у 200...250 разів більшою порівняно з керованими режимами. Моделювання підтвердило універсальний експоненційний характер затухання для всіх кутів вмикання та виявило домінувальний вплив початкової амплітуди. Результати демонструють критичну важливість оцінювання залишкового потоку та пофазної синхронізації моменту комутації для мінімізації перенавантажень, зниження ймовірності резонансних процесів і підвищення надійності роботи магістральних електричних мереж. Отримані залежності та запропонований алгоритм визначення оптимального кута вмикання формують теоретичну й практичну основу для впровадження пристроїв керованої комутації у мережах високої та надвисокої напруги, забезпечуючи поліпшення електромагнітної сумісності та збільшення ресурсу обладнання.