Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Защита силового трансформатора от токов геомагнитной индукции: резистивно-тиристорное заземление нейтрали1

А. Ю. Хренников, А. А. Кувшинов, В. В. Вахнина

Аннотация


Показано, что геомагнитные бури представляют реальную угрозу для электроэнергетических систем не только Арктической зоны России, но и территорий средних широт в связи с многолетним природным трендом смещения магнитного полюса с территории Канады в направлении российского сектора Арктики. Определены основные недостатки известных систем резистивного заземления нейтрали силового трансформатора для защиты от воздействия геоиндуцированных токов, заключающиеся в необходимости использования дополнительного разнородного электрооборудования для защиты заземляющего резистора от токов однофазных коротких замыканий и изоляции нейтрали от перенапряжений. Предложены количественные критерии, позволяющие выбирать сопротивление заземляющего резистора, обеспечивающее ограничение геоиндуцированных токов до безопасного для силового трансформатора уровня, не вызывающее насыщение магнитной системы. Сформулированы требования к системе резистивно-тиристорного заземления нейтрали силового трансформатора с учётом ограничений, накладываемых нормативными документами на заземляющие устройства. Разработана система резистивно-тиристорного заземления нейтрали с автоматическим переходом в режим резистивного заземления при насыщении магнитной системы под воздействием геоиндуцированных токов и возвратом в режим глухозаземлённой нейтрали после прекращения геомагнитной бури. Показано, что фототиристоры с интегрированной в кремниевую структуру внутренней самозащитой от пробоя при прямых перенапряжениях и силовые кремниевые резисторы в качестве силовых компонентов позволяют реализовать систему резистивно-тиристорного заземления без дополнительного электрооборудования. Определены электрические воздействия на силовые компоненты системы резистивно-тиристорного заземления с учётом номинальной мощности и напряжения силового трансформатора и степени несимметрии фазных напряжений. Представлены результаты полевых испытаний канала мониторинга геоиндуцированных токов в нейтрали силового трансформатора ОРЦ-135000/500/13,8 пятой трансформаторной группы Жигулёвской ГЭС в период геомагнитной бури 29 июня 2013 г.

DOI: 10.71527/EP.EN.2025.07.006

EDN: IQVGYC


Ключевые слова


электроэнергетическая система, геоиндуцированный ток, силовой трансформатор, резистивно-тиристорное заземление нейтрали

Полный текст:

PDF

Литература


Селиванов В. Н. Результаты длительных регистраций токов нейтралях силовых трансформаторов / В. Н. Селиванов, А. Н. Данилин, В. В. Колобов, Я. А. Сахаров, М. Б. Баранник // Труды Кольского научного центра РАН. Сер. «Энергетика». 2010(1). № 1. Вып. 1. С. 84 – 90.

Boteler D. H. Effects of geomagnetically induced currents in the BC Hydro 500 kV system / D. H. Boteler, R. M. Shier, T. Watanabe, R. E. Horita // IEEE Transactions on Power Delivery. 1989. Vol. 4. Iss. 1. P. 818 – 823.

Kappenman J. G., Albertson V. D. Bracing for the Geomagnetic Storm // IEEE Spectrum. 1990. Vol. 28. No. 3. P. 27 – 33.

Makinen T. Geomagnetically induced currents in the Finnish power transmission system // Geophysical Publications 32. Finnish Meteorological Institute, Helsinki, 1993. — 101 p.

Overbye T. J. Integration of geomagnetic disturbance modeling into the power flow: a methogology for large-scale system studies / T. J. Overbye, T. R. Hutchins, K. Shetye, J. Weber, S. Dahman // Submitted to 2012 North America Power Symposium (NAPS), September 2012, Champaign, IL.

Kappenman J. G. Geomagnetic storms and their impact on power systems. IEEE Power Engineering Review. 1996. P. 5 – 8.

Messerotti M. The NOAA Space Weather Scale tables // COST Action 724, Athens, 11 October, 2005. P. 1 – 4.

Кувшинов А. А. Особенности воздействия квазипостоянных токов на силовые трансформаторы систем электроснабжения / А. А. Кувшинов, В. В. Вахнина, О. В. Самолина, М. В. Дубинин // Промышленная энергетика. 2015. № 9. С. 2 – 8.

Kappenman J. G., Albertson V. D., Mohan N. Current transformer and relay performance in the presence of geomagnetically induced currents // IEEE Transactions on Power Systems. 1981. Vol. PAS-100. Iss. 3. P. 1078 – 1088.

Prijola R. Effect of interactions between stations on the calculation of geomagnetically induced currents in an electric power transmission systems // Earth Planet Space. 2008. Vol. 60. P. 743 – 751.

Prijola R. Study of effects of changes of earthing resistances on geomagnetically induced currents in an electric power transmission systems // Radio Science. 2008. Vol. 43. RS1004.

Мозгалев К. В., Неклепаев Б. Н., Шунтов А. В. Об эффективности заземления нейтралей автотрансформаторов через реактор или резистор // Электричество. 2004. № 1. С. 32 – 39.

СТО 56947007-29.240.01.221–2016. Руководство по защите электрических сетей напряжением 110 – 750 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. — M.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2016.

Правила устройства электроустановок. — СПб.: Энергоатомиздат, 2003.

ГОСТ Р 58882–2020. Заземляющие устройства. Системы выравнивания потенциалов. Заземлители. Заземляющие проводники. Технические требования. — М.: Стандартинформ, 2020.

Патент РФ 2660481 МКИ Н02Н 9/08. Способ управления режимом заземления нейтрали силового трансформатора // А. А. Кувшинов, В. В. Вахнина, А. Н. Черненко. — Заявл. 26.07.2017. Опубл. 06.07.2018. Бюл. № 19.

Крючков И. П. Короткие замыкания и несимметричные режимы электроустановок: учебное пособие для студентов вузов / И. П. Крючков, В. А. Старшинов, Ю. П. Гусев, М. В. Пираторов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 472 с.

ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — М.: Стандартинформ, 2014.

Конюхов А. В. Отечественные высоковольтные мощные фототиристоры с интегрированной самозащитой от пробоя / А. В. Конюхов, И. М. Веселова, В. А. Мартыненко, А. А. Халугин, А. В. Гришанин // Электричество. 2011. № 10. С. 5 – 11.

Куландин Р., Новотный С. Электронные компоненты для силовой электроники от ХКОАО «НЭВЗ-Союз» // Силовая электроника. 2009. № 2. С. 20 – 21.

Сабешкин А. Силовые блоки на основе тиристоров и фототиристоров для промышленных применений / А. Сабешкин, В. Мускатиньев, А. Гришанин, В. Елисеев, С. Иванова, С. Потапов, Р. Аширов., Д. Немаев // Силовая электроника. 2020. № 1. С. 32 – 36.

Хренников А. Ю. Применение тиристоров для защиты силовых трансформаторов во время геомагнитных возмущений / А. Ю. Хренников, В. В. Вахнина, А. А. Кувшинов, А. Н. Черненко, Д. А. Кретов // Энергия единой сети. 2018. № 6 (42). С. 66 – 70.

Хренников А. Ю., Вахнина В. В., Кувшинов А. А. Моделирование блока генератор-трансформатор при возникновении радиальных вибраций ротора от ГИТ // Энергия единой сети. 2019. № 2. С. 58 – 62.

Хренников А. Ю. Влияние квазипостоянных токов на электродинамическую стойкость силовых трансформаторов: элементы теории и методы испытаний. Часть 1. Броски тока намагничивания при геомагнитных возмущениях. Часть 2. Методы электродинамических испытаний / А. Ю. Хренников, А. А. Кувшинов, В. В. Вахнина, В. Д. Селемир, В. И. Карелин // Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 4 и 5 (244 и 245). — M.: НТФ «Энергопрогресс», 2019. — 72 с. и 80 с.

Хренников А. Ю., Кувшинов А. А., Вахнина В. В. Power Transformer Protection against Geomagnetic Induced Currents: Thyristor Neutral Earthing // Session 2024 Papers & Proceedings. Ref A2-10784-2024. Paper ID: 10784 A2 POWER TRANSFORMERS AND REACTORS - Full Papers Topics: A2 PS1 — Design of Resilient Transformers. URL: https://www.e-cigre.org/publications/detail/session2024-papers-session-2024- papers.html.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


  998 – 2025 НТФ «Энергопрогресс»

Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru

 

Наши партнеры

          

Выставки: