Методы исследования электромагнитных процессов в обмотках трансформаторов при действии на них перенапряжений со стороны сети

Abstract

Актуальность работы. На данном этапе развития сетей стран СНГ приоритетной является проблема повышения надежности работы трансформаторов, основная часть парка которых давно выработала свой ресурс. Цель работы: сформулировать причины несоответствия используемых наукой методов исследования существу исследуемой проблемы и обосновать возможные направления по усовершенствованию методов исследования. Методы исследования: частотные методы натурного эксперимента и анализа электрических цепей. Результаты. Причиной несоответствия используемых наукой методов исследования существу проблемы является допущение о возможности раздельного рассмотрения электрического и магнитного полей единого электромагнитного поля. Совместное рассмотрение единого электромагнитного поля показывает, что линия с распределенными параметрами (в качестве которой выступают обмотки и их части) является неоднородной. Выводы. Адекватное отображение реальных физических процессов в обмотках трансформатора в математических моделях невозможно без моделирования как собственных сопротивлений рассеяния обмоток и их частей, так и сопротивлений взаимоиндукции между ними с учетом нарушения в реальных трансформаторах принципа взаимности взаимоиндукции. Разработан метод реализации функций частотных характеристик комплексных сопротивлений, в котором предложено перейти от реализации функции двух независимых переменных Z(p)=Z(jw)=R(w)+jX(w) к реализации двух независимых функций одной переменной ZR(w)=R(w) и ZX(w)=X(w). Метод исключает необходимость аппроксимации Z(p) как отношения двух полиномов, не имеющих общих корней. Корректное использование методов теории расчета цепей с сосредоточенными параметрами позволяет проводить анализ параметров электромагнитных процессов в конкретных точках объекта с распределенными параметрами при наличии взаимоиндукции между его продольными элементами. Имеющиеся в мировой технической литературе публикации об электромагнитных процессах в крупных трансформаторах при внутренних резонансах не могут быть признаны как достоверные, если их результаты получены с использованием теории расчета электрических цепей с сосредоточенными параметрами без внесения необходимых корректив.

The relevance of the study. At the present stage of development of CIS countries network the first-priority problem is increase of operation reliability of transformers, the main part of which has been out of date long ago. The main aim of the study is to state the main reasons of discrepancy between the research methods and the essence of the problem, which is under study, and to establish possible areas of improvement. The methods used in the study: frequency methods of natural experiment and electrical circuit analysis. The results. The reason of discrepancy between the used research methods and the essence of the problem is the assumption of possibility to consider electrical and magnetic fields of the single electromagnetic field separately. The combined consideration of the single electromagnetic field shows the distributed parameter line (which is represented by the windings and their parts) is heterogeneous. Conclusions. Adequate representation of real physical processes in transformer windings by mathematical models is impossible without modeling both intrinsic leakage resistance of windings and their parts and mutual induction resistance between these parts, taking into consideration the failure of reciprocity principle of mutual induction in real transformers. The authors have developed the method of implementing the functions of complex impedance frequency characteristic. The method proposes to move from implementation of function of two independent variables Z(p) = Z(jw) = R(w) + jX(w) to implementation of two independent functions of one variable ZR(w) = R(w) и ZX(w) = X(w). The method also eliminates the need for Z(p) approximation as a ratio of two polynomes, which do not have common roots. The correct usage of the methods of the calculation theory for electric circuit with lumped parameters allows analyzing the parameters of electromagnetic processes in specific points of the object with distributed parameters involving the interaction between its longitudinal elements. The existing world technical publications about electromagnetic processes in large transformers at internal resonances, cannot be called trustworthy, if the results described were obtained using the calculation theory of electric circuit with lumped parameters without adding the necessary corrections.