Введение к работе
Актуальность темы. Одним из осмоппых направлений повышения технического уровня распределительного трансформаторного оборудования является обеспечение его электродинамической стойкости при коротких .«мыканиях (КЗ). Эта проблема требует решения сложных научных и инженерных задач по расчету магнитного поля рассеяния, по расчету и экспериментальному подтверждению стойкости трансформаторов.
В настоящее время трансформаторостроенис Колумбии, ориентированное главным образом па производство распределительных трансформаторов мощностью до 500 кВА, имеет минимальный опыт в области расчетов электродинамической стойкости трансформаторов. Динамические испытания трансформаторов до последнего времени проводились в Мексике, Бразилии и США, что увеличивало стоимость трансформаторов.
Для успешного решения задач повышения качества и надежности распределительных трансформаторов в Колумбии было необходимо: разработать методику расчета электромагнитных усилий; спроектировать, смонтировать и ввести в r-жсплуатацию испытательный стенд; разработать методику испытаний трансформаторов на стойкость при КЗ. При этом должна быть учтена специфика конструкций трансформаторов, в частности, в Колумбии помимо классической консірукции одно- и трехфазных стержневых распределительных трансформаторов с круглыми обмотками наибольшее распространение в последнее время получили конструкции ленточных броневых трансформаторов с пря моугольными обмотками.
Проблема стала особенно острой после того, как Колумбийский комитет по качеству электроэнергии (КККЭ) при Министерство энергетики с июня 1993 г. установил требования к проведению йены таний па стойкость при КЗ распределительных трансформаторов в соответствии со стандартами ANSI С 57.12.90-1980 (AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE, INC. Test code for ГіфГкІ-immerscd distribution, power and regulating transformers and guide for short-circuit testing of distribution and power transformers. New York, ANSI 1980) и NTC 532-1985 (NORMA TECNICA COLOMBIANA. Transformadores, aplitud para soportar el cortocicuito).
Для полномасштабных испытаний па стойкость при КЗ требуется не только определить параметры испытательного оборудования, но и разработать инженерную методику расчета электродинамических усилий и методику динамических испытаний с учетом конструктивных особенностей распределительных трансформаторов, разрабатываемых в Колумбии, т.к. существующие методики расчетов ориентированы на другие конструкции трансформаторов. В частности, расчет и моделирование параметров магнитного поля распределительных трансформаторов ленточных типов с прямоугольными обмотками необходимо вести па основе расчета трехмерного ноля.
Цель работы. Разработка теоретических и методических вопросов испытаний на стойкость при КЗ распределительных трансформаторов в Колумбии; создание математических моделей, алгоритмов и программ для расчета стойкости при КЗ распределительных трансформаторов на основе известных и предложенных двухмерных и трехмерных моделей магнитного ноля рассеяния.
Для достижения поставленных целей в работе решены следующие задачи: проектирование, разработка и сооружение в Колумбии сетевого стенда для испытаний стойкости при КЗ распределительных трансформаторов; анализ различных методов расчета магнитного поля; разработка методики расчета магнитного ноля обмоток распределительных трансформаторов, производимых в Колумбии, с учетом их конструктивных особенностей; расчетное и экспериментальное исследования стойкости при КЗ распределительных трансформаторов мощностью 25 и 75 кВЛ различных конструктивных исполнений; сравнительный анализ предложенных теоретических и практических решений и результатов экспериментальных исследований.
Методы исследования. Использованы аналитические и численные методы математической физики, методы вычислительной математики с применением электронной вычислительной техники, а также экспериментальные методы определения электрических величин і: измерения параметров электротехнических устройств.
Научіїаянрвікінаработьі:
1. Разработаны математическая модель и алгоритм расчеі;
л:}іеххіерііош_ьіаі'іиа'ішічі_лішія_.р.аспределительньіх трансформаторов t
прямоугольными обмотками.
2. Впервые в трансформаторостроении Колумбии выполнен пол
ный комплекс научно-технических исследований по проблеме ис
питаний на стойкость при КЗ распределительных трлпсформаторої
!)
(теоретические, методические разработки, расчеты, испытания па сетевом стенде Университета дель Валье, г. Кали).
3. Разработана методика расчета стойкости при КЗ распределительных трансформаторов с прямоугольными обмотками.
Практическая ценность работы:
-
Спроектирован и введен в эксплуатацию первый сетевой стенд в Колумбии для испытания распределительных трансформаторов.
-
Разработаны теоретические и методические вопросы, которые экспериментально подтверждены результатами динамических испытаний распределительных трансформаторов на испытательном стенде Университета дель Валье в т. Кали (Колумбия). В соответствии с требованиями стандарта Колумбии проведены типовые испытания па стойкость при КЗ 27 трансформаторов мощностью 25 кВЛ - однофазные и 75 кВЛ - трехфазные с первичным напряжением 13.2 или 13.2/л/3 кВ трех различных вариантов конструкции; впервые в Колумбии получены экспериментальные данные, в том числе по остаточным деформациям в таких трансформаторах.
-
Разработанные математическая модель и программа расчета трехмерного магнитного поля позволяют выполнить исследования распределительных трансформаторов с учетом их конструктивных особенностей, а также повысить качество проектирования и належності) трансформаторов в эксплуатации.
-
По результатам теоретических, экспериментальных и расчетных исследований трансформаторов мощностью 25 и 75 кВЛ, производимых в Колумбии, разработаны рекомендации по усилению стойкости при КЗ и усовершенствованию конструкции этих трансформаторов.
-
Результаты динамических испытаний 27 трансформаторов в дальнейшем будут использованы д.чя определения динамической стойкости вновь разрабатываемых типов трансформаторов.
-
Пакет программ расчета магнитного поля и сил в прямоугольных обмотках будет использован в учебном процессе Уппверспита дель Валье и МЭИ.
Внедрение результатов работы:
1. Разработка, проектирование и сооружение испытательного сетевого стенда в Университете дель Валье г. Кали, Колумбия (Стенд аттестован государственной комиссией министерства энергетики Колумбии).
2. Методики и программа расчета моля, результаты исследован и и
стойкости мри КЗ распределительных трансформаторов использованы
мри разработке трансформатора 25 кВЛ на заводах фирм ЛВВ и
INTECRI, г. Перейра, Колумбия.
3. Затраты на проведение динамических испытаний одного
трансформатора в Колумбии составляют $3500, что в 5 раз меньше, чем
при аналогичных испытаниях, например, в Мексике. Таким образом,
экономический эффект на испытаниях 27 трансформаторов составляет
не менее $350000.
Апробация работы. Диссертационная работа в полном объеме рассматривалась на заседаниях кафедры электромеханики Московского энергетического института (ТУ). Результаты исследования некоторых вопросов данной работы докладывались на международных конференциях, семинарах и т. д., среди которых:
- Международный семинар "Проблемы электрических машин" г.
Кали, Колумбия, 1988 г.;
- Научный семинар по проблеме "Электротехника и энергетика" г.
Пуита Лренас, Чили, 1990 г.;
XII Панамериканский конгресс инженеров-электриков (COPIMERA) г. Картахена, Колумбия, 1991 г.;
- Научная конференция "Современное состояние, проблемы и
перспективы высоковольтного оборудования" г. Медельин, 18-20 марта
1993 г.;
I Латиноамериканский конгресс по выработке и распределению электроэнергии г. Виньа дсль Map, Чили, 25-29 окт. 1993 г.;
Научно-техническая конференция "Трансформаторостросние в Колумбии", г. Кали, 6-9 сентября 1994г.;
Центральноамериканский конгресс IEEE по проблеме потребления и распределения электроэнергии, Сальвадор, ноябрь 1994 г.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
