Analiza właściwości przekładników napięciowych wysokiego napięcia w nietypowych warunkach eksploatacyjnych ze szczególnym uwzględnieniem oscylacji ferrorezonansowych.

Abstract

W pracy przedstawiono istotne problemy z punktu widzenia aktualnych tendencji dotyczących wyposażania stacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia i rozdzielnic średniego napięcia w indukcyjne przekładniki napięciowe. Tematyka ta jest związana z ich pracą w nietypowych warunkach eksploatacyjnych. Szczególne znaczenie przypisano oscylacjom ferrorezonansowym wzbudzanym przy czynnym udziale przekładników napięciowych lub na przekładniki oddziałującym. Opisano przyjętą metodykę badania właściwości przekładników napięciowych pracujących w nietypowych warunkach, opartą na wykorzystaniu modeli fizycznych w postaci niskonapięciowych modeli równoważnych. Scharakteryzowano zastosowane w pracy modele matematyczne, wykorzystane do zastosowania metod obliczeniowych i symulacyjnych. Opracowane modele wykorzystano do badania przekładników napięciowych jednostopniowych i kaskadowych. Poddano analizie właściwości metrologiczne przekładników pracujących przy obciążeniu innym niż przewidzianym przez normy (obciążonych rezystancyjnie), przy uwzględnieniu rezystancji przewodów łączących w obwodzie wtórnym, w stanie przepięcia ustalonego i w stanach przejściowych. Zaproponowano wprowadzenie błędu całkowitego do określania granicznych wartości błędu napięciowego i kątowego w warunkach uniemożliwiających wykorzystywanie do tego celu komparatorów. Zbadano i przedyskutowano przypadki przekładników napięciowych pracujących w sieciach elektroenergetycznych średniego i wysokiego napięcia podczas oscylacji ferrorezonansowych. Zdefiniowano dwa kryteria wzbudzenia drgań nieliniowych. Pierwsze, oparte na analizie układu podatnego na tego rodzaju oscylacje (przy założeniu w pierwszym kroku pracy obwodu magnetycznego przekładnika na liniowej części charakterystyki magnesowania) oraz drugie – wykorzystujące tzw. metodę energetyczną. Wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych, wykonanych dla niskonapięciowych modeli równoważnych, pozwalają na ustalenie potencjalnej możliwości występowania swobodnych lub wymuszonych oscylacji ferrorezonansowych. Przeanalizowano narażenia elektryczne i cieplne spowodowane nietypowymi warunkami pracy przekładników napięciowych. Zaprezentowano symulacyjną metodę wyznaczania maksymalnych miejscowych przyrostów temperatury opartą na zastępczym schemacie cieplnym. Omówiono środki ochrony przed nietypowymi warunkami eksploatacyjnymi.The work presents important problems of inductive voltage transformers from the perspective of current trends to equip high-voltage power substations and medium voltage switchgears. This subject is related to their work in abnormal conditions. Particular importance was attached to ferroresonance oscillations excited with the active participation of voltage transformers or affecting those. The applied methodology was described, using physical models in the form of low-voltage equivalent physical models, to study of voltage transformers working in abnormal conditions. Mathematical models used to apply computational and simulation methods were presented. The developed models were employed to study of single-stage and cascaded voltage transformers. Metrological characteristics of voltage transformers operating under the burden other than standard (under resistive burden) were analyzed, taking into account the resistance of connecting leads in the secondary circuit, in the steadystate overvoltage condition and in transient state conditions. It has been proposed to introduce the total error to determine the limits of voltage error and phase displacement under conditions preventing the use of comparators for that purpose. The cases of voltage transformers operating in medium and high voltage power networks working during ferroresonance oscillations were examined and discussed. Two excitations criteria of nonlinear oscillations were defined. The first one based on the analysis of the system susceptible to this type of oscillation, (with the application in the first step of the magnetic circuit of the voltage transformer on the linear part) and the second – using the so-called energy method. The results of simulations and experimental studies carried out on the low voltage equivalent models, help to establish the potential for the occurrence of free and forced ferroresonance oscillations. The electrical and thermal exposure caused by atypical operating conditions of voltage transformers were analyzed. The dissertation presents a simulation method for determining the maximum local temperature rises based on the equivalent heat scheme. The protective measures against atypical operating conditions were discussed.