Моделирование работы силового трансформатора при высоком уровне высших гармоник

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК

Важность проблемы повышения качества электрической энергии нарастала вместе с развитием и широким внедрением на производстве вентильных преобразователей и различных высокоэффективных технологических установок, таких как дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки и др.

Основными причинами потенциальных и существующих несоответствий по несинусоидальности напряжения может быть присоединение источников несинусоидальности и источников реактивной мощности, в том числе резонансных фильтров, к существующим электрическим сетям без учета их возможного влияния на искажение синусоидальности напряжения в сети [1].

Трансформаторы подвержены влиянию несинусоидальности форм кривых тока и напряжения. Влияние характеризуется тем, что гармоники тока и напряжения приводят к повышению температуры трансформатора по сравнению с чисто синусоидальным током и напряжением.

Целью работы является исследование влияния уровня высших гармоник на потери мощности силовых трансформаторов.

Экспериментальные исследования работы силовых трансформаторов проводились на разработанной модели трансформаторной подстанции. Эксперименты проводились при разных мощностях трансформаторов, которые варировались в пределах 250−1000 кВА. С помощью программируемого источника синусоидального напряжения формировалось напряжение, содержащее третью, пятую, шестую, седьмую, девятую и двенадцатую гармоники. Уровень гармоник изменялся в пределах 2−12%.

Рисунок 1 — Модель силового трансформатора при высоком уровне высших гармоник На рисунке 3 приведена зависимость дополнительных потерь трансформатора мощностью 400 кВА от уровня девятой гармоники.

Рисунок 3 — Зависимость дополнительных потерь трансформатора мощностью 400 кВА от уровня девятой гармоники.

На рисунке 4.1.12 приведена зависимость дополнительных потерь трансформатора от мощности трансформатора при коэффициенте несинусоидальности Ku=4%.

Рисунок 4.1.12 — Зависимость дополнительных потерь трансформатора от мощности трансформатора при коэффициенте несинусоидальности Ku=4%.

На рисунке 4.1.13 приведена зависимость дополнительных потерь трансформатора мощностью 1000 кВА от коэффициента несинусоидальности.

Рисунок 4.1.13 — Зависимость дополнительных потерь трансформатора мощностью 1000 кВА от коэффициента несинусоидальности Анализ результатов экспериментов показывает, что дополнительные потери мощности трансформаторов в условиях загрязненности высшими гармониками изменяются в пределах 1,5 — 10,43%, причем с ростом уровня гармоник дополнительные потери растут, а с ростом единичной мощности трансформатора относительные потери уменьшаются.

Дополнительные потери из-за гармоник повышаются пропорционально квадрату тока и частоты, приводя к уменьшению полезной нагрузки трансформатора. Кроме того, высокочастотные гармоники тока увеличивают потери в стали сердечника магнитопровода на перемагничивание и вихревые токи. В этих условиях повышается значение диагностики состояния трансформаторов. В филиале ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате разрабатываются датчики, приборы и методы определения технического состояния силовых трансформаторов [2−5].

Выводы

• 1 Разработана модель для исследования трехфазного трансформатора при высоком уровне высших гармоник.
• 2 Дополнительные потери мощности трансформаторов в условиях загрязненности высшими гармониками изменяются в пределах 2 — 10,5%, причем с ростом уровня гармоник дополнительные потери растут, а с ростом единичной мощности трансформатора относительные потери уменьшаются.
• 3 Показано, что высокочастотные гармоники тока увеличивают потери в стали сердечника магнитопровода на перемагничивание и вихревые токи. В этих условиях повышается значение средств и методов диагностики состояния трансформаторов, разрабатываемых в филиале ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате.

• 1. РД 153−34.0−15.502−2002. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 2. Анализ качества электрической энергии. — Москва, 2002. — 33 с.
• 2. Ibragimov I.G., Vildanov R.G. Measurement of stresses in metallic structures by method of reversal magnetization losses / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2005. — Т. 71. № 2. — С. 29−31.
• 3. Вильданов Р. Г., Шкарлет Ю. М., Абакумов А. А., Баширов М. Г. Магнитотелевизионный дефектоскоп для контроля качества крупногабаритных ферромагнитных изделий / Дефектоскопия. — 1988. — № 9. — С. 84.
• 4. Вильданов Р. Г. Исследование датчика потерь перемагничивания /Измерительная техника. — 2004. — № 3. — С. 31−33.
• 5. Вильданов Р. Г. Индикатор механических напряжении ИМН-1/ Приборы и техника эксперимента. — 2004. — № 6. — С. 140−141.