Введение к работе
Актуальность темы. В энергосистемах России в эксплуатации находится несколько миллионов штук трансформаторов тока (ТТ), используемых для релейной защиты и измерений. Принято, что защитные ТТ могут работать с погрешностью 10%, а измерительные - доли процента или проценты. Эти погрешности определяюіся приближенным расчетом и уточняются экспериментально. В последнее время применение ЭВМ повысило точность расчета процессов в трансформаторах тока.
Приводимые оценки удовлетворяли практику, пока в качестве релейных органов защиты использовались электромеханические устройства, а нагрузочные токи были близки к номинальным. Разработанные новые микроэлектронные и особенно микропроцессорные средства защиты требуют более точного знания о подводимых к ним токах. Кроме того, в связи со снижением электропотребления, первичные токи ТТ зачастую меньше 0,05 н- 0,11ном. Последнее приводит к измерению электрической энергии в условиях, когда погрешности ТТ не оговорены, а при высоких тарифах это перерастает в экономическую проблему. Сказанного, по-видимому, достаточно чтобы признать поднятую в диссертации тему актуальной.
Учету гистерезиса при динамическом перемагничивании магнитопроводов ТТ, расчету полей в магнитопроводе ТТ, расчету погрешностей ТТ были посвящены работы Г.И. Атабекова, А.В. Богдана, А.Д. Дроздова, Э.В. Колесникова, И.Д. Майергоза, Г.В. Пуйло, И.М. Сироты, Б.С. Стоптал и их учеников К.М. Добродеева, Н.А. Золотарева, А.Г. Кирсанова, Г.М. Либерзона, С.Д. Хлебникова и др. Однако всестороннего, имеющего повышенную точность, решения задачи расчета вторичного тока для реальных конструкций ТТ нет.
Целью диссертационной работы является разработка методик расчета вторичного тока ТТ с учетом неравномерности магнитного поля в магнитопроводе трансформатора и неоднозначности перемапіичивания, а также физическое моделирование токов ТТ и предложение мероприятий по снижению погрешности трансформаторов. Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Разработка методики расчета трехмерного магнитного поля ТТ в тороидальном магнитопроводе ТТ различных конструкций.
-
Разработка методик расчета вторичного тока ТТ с учетом неравномерности магнитного поля в его магнитопроводе и явления гистерезиса.
-
Разработка способов воспроизведения первичного тока ТТ при переходных процессах для испытания релейной защиты.
-
Предложение способа снижения погрешностей ТТ при измерении электрической энергии.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы матемагического и физического моделирования, теории интегральных уравнений и методы вычислительной математики.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: 1. Разработана методика расчета трехмерного магнитного поля применительно к ТТ с тороидальными машитопроводами при различных несимметриях первичной и
вторичной обмоток. Она основана на использовании интегро-дифференциального уравнения относительно намагниченности и реализована методами интегральных уравнений в виде двухэтапного алгоритма. На первом этапе этого алгоритма используется итерационный процесс, на втором осуществляется однократное решение линеаризованной системы алгебраических уравнений. В методике учтена нелинейность кривой намагничивания, возможен учет анизотропии.
-
Разработан итерационный алгоритм расчета вторичного тока ТТ с учетом неравномерности магнитного поля и динамического перемагничивания мапштопровода.
-
Разработаны способы воспроизведения переходного первичного тока ТТ с повышенным временем затухания апериодической составляющей и с заменой короткого замыкания линии с распределенными параметрами током ее включения на холостой ход для проведения испытаний релейных защит.
Обоснованность и достоверность результатов работы вытекает из корректности принятых допущений и строгости формальных преобразований. Все расчеты по разработанным программам подтверждены данными физического эксперимента в лабораторных условиях. Модели переходных токов КЗ проверены путем численного моделирования на ЭВМ. Способ размагничивания проверен опытным путем. Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны программы расчета вторичного тока ТТ, позволяющие учитывать неравномерность магнитного поля в магнитопроводе для ТТ звеньевой, U-образной конструкции, встроенных ТТ с секторными обмотками, шинных ТТ и наличия гистерезиса в горячекатаных и холоднокатаных сталях;
разработан способ замены переходного тока короткого замыкания (КЗ) линии с распределенными параметрами током включения линии на холостой ход, снижающий опасность повреждения оборудования при натурном эксперименте;
предложен способ но снижению остаточных индукций в магнитопроводах ТТ без отключения их от первичной цепи при малых первичных токах, что позволяет снизить погрешность измерения электрической энергии.
Апробация работы. По основным результатам работы сделаны доклады на
семинарах АН России "Кибернетика электрических систем" по тематикам
"Электроснабжение промышленных предприятий'7 и "Диагностика
электрооборудования" (г. Новочеркасск 1992,1993, 1995-1997 гг.), на всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Теория цепей и сигналов" (г. Таганрог - 1994г.), на научных сессиях профессорско -преподавательского состава НГТУ 1992 -1997 г.г.
Публикации. По результатам работы опубликовано 5 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, содержит 48 рисунков, 7 таблиц, список литературы включает 128 наименований. Общий объем работы составляет 136 страниц.
