Труды КНЦ вып.8 (ЭНЕРГЕТИКА вып.4 1/2012(8)

V.N.Selivanov, M.B.Barannik, A.N.Danilin, V.V.Kolobov, Ya.A.Sakharov A STUDY OF AUTOTRANSFORMER NEUTRAL HARMONIC CURRENTS UNDER GEOMAGNETIC DISTURBANCE CONDITIONS Abstract The monitoring results to show the effects of GIC on neutral harmonic currents in the Northwest of Russia power system autotransformers are presented. The analysis of the neutral current waveforms in some types of autotransformers shows a significant increase in the harmonic levels when quasi-DC current flows in the windings. Keywords: geomagnetic storms, geomagnetically induced currents, three phase multi-legged autotransformer, neutral harmonic currents. Мировой опыт показывает, что геомагнитные бури (ГМБ) являются причиной тяжелых аварий, функциональных нарушений и ускоренного старения и накопления дефектов электрооборудования магистральных электроэнергосистем [1]. Основным негативным фактором воздействия ГМБ является генерирование геоиндуктированных токов (ГИТ), протекающих в нулевой последовательности протяженных линий через заземленные нейтрали трансформаторов и вызывающих насыщение стали сердечников. Это приводит к многократному возрастанию токов намагничивания, что, в свою очередь, приводит к нарушениям симметрии передачи энергии по фазам, появлению высших гармоник, перегреву стали сердечников, резкому росту вибраций и, в конечном итоге, к ускоренному старению изоляции силовых трансформаторов и нарушениям электроснабжения. Аналогично воздействуют ГМБ на трансформаторы тока. Геоиндуктированные токи возникают в результате появления разности потенциалов в удаленных точках на поверхности Земли во время геомагнитных бурь. При характерной частоте от 0.001 до 0.1 Гц амплитуда ГИТ может достигать 200 А. В случае протекания такого квазипостоянного тока в протяженной электрической сети с трансформаторами или автотрансформаторами с глухозаземленной нейтралью, кривая намагничивания трансформаторов может сместиться, что приведет к полупериодному насыщению сердечника. В результате этого явления происходит увеличение тока намагничивания и рост содержания гармоник в сети. Увеличение тока намагничивания может вызвать увеличение реактивной нагрузки трансформатора и значительное падение напряжения в сети. Генерирование высших гармоник насыщенным трансформатором приводит к перегрузке емкостных элементов энергооборудования и может вызвать ложные срабатывания систем релейной защиты и автоматики. В итоге, при наиболее опасных геомагнитных возмущениях в некоторых энергосистемах возможно возникновение серьезных аварий, подобных тем, что произошли в конце прошлого века в пик геомагнитной активности в северных районах США и Канады. Кроме того, из-за увеличения потоков рассеяния и добавочных потерь в трансформаторе возможен локальный перегрев обмоток и элементов конструкции, приводящий к повышению газовыделения и деградации изоляции. Таким образом, геомагнитное воздействие носит кумулятивный эффект, снижая срок службы трансформатора. Для оценки вероятного ущерба в конкретной электрической сети важно знать, каков уровень гармоник, генерируемых установленным в сети трансформатором при насыщении ГИТ. Система мониторинга, развиваемая в энергосистеме Северо-Запада России сотрудниками ЦФТПЭС КНЦ РАН в течение 8 лет [2], позволяет проводить регистрацию квазипостоянных токов в нейтралях автотрансформаторов, а также контролировать содержание гармоник в сети. Записываются следующие составляющие 61