114
Экспериментальное сравнение
схем проверки антирезонансных
свойств трансформаторов
напряжения 110 кВ и выше
УДК
621.314.222
В
сентябре
2022
года
по
инициативе
ПАО
«
Россети
»
в
Испытательном
центре
ВЭИ
(
фи
-
лиал
ФГУП
«
РФЯЦ
–
ВНИИТФ
им
.
академ
.
Е
.
И
.
Забабахина
»)
прошли
сопоставительные
исследовательские
испытания
двух
схем
инициирования
феррорезонанса
,
предло
-
женных
к
включению
в
государственный
стандарт
«
Трансформаторы
измерительные
.
Часть
3.
Технические
условия
на
индуктивные
трансформаторы
напряжения
»
для
про
-
верки
антирезонансных
свойств
трансформаторов
напряжения
(
ТН
)
классов
напряжения
110–750
кВ
.
Первая
схема
в
точности
воспроизводит
условия
инициирования
феррорезо
-
нанса
при
отключении
ТН
высоковольтным
выключателем
.
Вторая
схема
более
проста
,
так
как
феррорезонансные
колебания
возбуждаются
при
отключении
короткого
замы
-
кания
во
вторичной
обмотке
ТН
,
и
высоковольтный
выключатель
в
составе
испытатель
-
ной
установки
не
применяется
.
В
статье
представлены
результаты
испытаний
и
даны
рекомендации
по
корректировке
некоторых
положений
проекта
стандарта
.
Ф
еррорезонансные
явления
в
рас
-
пределительных
устройствах
(
РУ
) 110
кВ
и
выше
возни
-
кают
преимущественно
при
отключениях
трансформаторов
на
-
пряжения
(
ТН
)
выключателями
с
не
-
сколькими
разрывами
,
шунтированны
-
ми
конденсаторами
для
выравнивания
напряжений
.
Возникший
феррорезонанс
приводит
как
к
квазистационарным
пе
-
ренапряжениям
на
оборудовании
РУ
,
так
и
к
токовому
перегреву
обмоток
ТН
.
Эта
проблема
актуальна
во
всем
мире
и
многократно
обсуждалась
на
международных
конференциях
и
сим
-
позиумах
.
В
2014
году
Международ
-
ной
электротехнической
комиссией
(
МЭК
)
был
опубликован
технический
отчет
[1],
посвященный
исследованию
опасных
феррорезонансных
явлений
и
рекомендующий
мероприятия
по
их
исключению
.
Мероприятия
можно
разделить
на
две
группы
—
схемно
-
технические
,
не
допускающие
возник
-
новения
схемных
конфигураций
,
в
ко
-
торых
инициируется
феррорезонанс
,
и
конструктивные
,
связанные
либо
с
изменением
конструкции
самого
ТН
,
либо
с
добавлением
во
вторичную
обмотку
демпфирующих
устройств
.
Как
показывает
отечественная
прак
-
тика
,
выполнить
мероприятия
первой
группы
оказывается
затруднительно
,
феррорезонанс
периодически
возни
-
кает
и
приводит
к
авариям
.
По
этой
причине
большую
актуальность
име
-
ет
применение
в
РУ
антирезонансных
ТН
,
которые
за
счет
особенностей
конструкции
демпфируют
колебания
,
не
позволяя
развиваться
опасному
устойчивому
феррорезонансному
про
-
цессу
.
Впервые
антирезонансные
ТН
на
классы
напряжения
220–500
кВ
на
-
чали
серийно
выпускаться
в
2004
году
,
и
их
эффективность
была
подтверж
-
дена
испытаниями
[2].
В
настоящее
время
появляются
антирезонансные
конструкции
и
других
производителей
.
Однако
их
повсеместное
применение
сдерживается
отсутствием
норматив
-
ных
документов
,
регламентирующих
процедуру
проверки
антирезонансных
свойств
ТН
,
что
не
позволяет
устано
-
вить
на
этапе
испытаний
диапазон
ус
-
ловий
,
при
которых
не
возникают
ре
-
зонансные
явления
.
По
указанной
выше
причине
в
2016
го
-
ду
в
техническом
комитете
по
стан
-
дартизации
ТК
016 «
Электроэнергети
-
ка
»
было
принято
решение
включить
в
разрабатываемый
национальный
стандарт
«
Трансформаторы
измери
-
тельные
.
Часть
3.
Технические
условия
на
индуктивные
трансформаторы
на
-
пряжения
»
методику
проверки
антире
-
зонансных
свойств
ТН
.
Этот
документ
ОБОРУДОВАНИЕ
Гилязов
М
.
З
.,
заместитель
начальника
отделения
312
ВЭИ
—
филиала
ФГУП
«
РФЯЦ
–
ВНИИТФ
им
.
академ
.
Е
.
И
.
Забабахина
»
Милкин
Е
.
А
.,
заместитель
директора
ВЭИ
—
начальник
отделения
312
ВЭИ
—
филиала
ФГУП
«
РФЯЦ
–
ВНИИТФ
им
.
академ
.
Е
.
И
.
Забабахина
»
Жуйков
А
.
В
.,
инженер
кафедры
ТЭВН
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Кубаткин
М
.
А
.,
инженер
кафедры
ТЭВН
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Матвеев
Д
.
А
.,
старший
преподаватель
,
научный
сотрудник
кафедры
ТЭВН
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Никулов
И
.
И
.,
технический
директор
АО
«
РЭТЗ
Энергия
»
Ключевые
слова
:
феррорезонанс
,
антирезонансный
трансформатор
напряжения
,
сопоставительные
испытания
,
стандартизация
115
был
разработан
и
в
2018
году
ут
-
вержден
в
статусе
предваритель
-
ного
национального
стандарта
[3].
В
нем
содержатся
требования
к
антирезонансным
ТН
и
методы
их
проверки
как
для
ТН
на
классы
напряжения
6–35
кВ
[4],
так
и
для
ТН
110
кВ
и
выше
.
Эквивалентная
схема
заме
-
щения
участка
РУ
110
кВ
и
выше
,
в
котором
возникает
ферроре
-
зонансный
процесс
,
показана
на
рисунке
1.
Эта
схема
справед
-
лива
для
феррорезонанса
как
с
шинным
ТН
,
так
и
с
линейным
,
отличаются
лишь
значения
ем
-
костей
.
В
первом
случае
шинный
ТН
отключен
и
от
подстанцион
-
ных
силовых
трансформаторов
,
и
от
воздушных
линий
.
Емкость
C
в
определяется
суммарным
вкладом
емкостей
всех
подклю
-
ченных
к
шинам
и
разомкнутых
выключателей
,
находящихся
под
напряжением
.
Для
линейного
ТН
емкость
C
в
равна
емкости
между
выводами
линейного
выключа
-
теля
.
Инициирование
феррорезонан
-
са
в
схеме
рисунка
1
в
соответ
-
ствии
с
методикой
,
приведенной
в
ПНСТ
-319 [3],
осуществляется
размыканием
ключа
K1,
который
моделируется
в
испытаниях
высо
-
ковольтным
выключателем
с
но
-
минальным
напряжением
,
рав
-
ным
или
больше
номинального
напряжения
ТН
.
В
[5, 6]
был
пред
-
ложен
более
простой
способ
,
не
требующий
применения
высоко
-
вольтного
выключателя
.
Ферроре
-
зонанс
инициируется
замыканием
и
размыканием
ключа
K2,
то
есть
отключением
короткого
замыка
-
ния
(K
З
)
во
вторичной
цепи
ТН
.
Отметим
,
что
оба
варианта
схемы
эквивалентны
друг
другу
после
размыкания
ключей
.
В
настоящее
время
в
ТК
016
«
Электроэнергетика
»
на
осно
-
ве
ПНСТ
-319 [3]
подготовле
-
на
новая
редакция
стандарта
для
ее
публичного
обсуждения
и
последующего
утверждения
в
статусе
ГОСТ
Р
.
На
этом
этапе
было
предложено
рекомендовать
в
стандарте
использовать
для
ис
-
пытаний
оба
способа
иницииро
-
вания
феррорезонанса
,
так
как
второй
способ
не
требует
приме
-
нения
в
испытательном
центре
дорогостоящего
высоковольтно
-
го
выключателя
.
По
инициативе
ПАО
«
Россети
»
для
проверки
Рис
. 1.
Эквивалентная
схема
заме
-
щения
участка
сети
с
ТН
,
в
которой
возможно
развитие
феррорезонанса
(
L
—
нелинейная
индуктивность
на
-
магничивания
ТН
;
C
в
—
эквивалент
-
ная
емкость
между
контактами
выключателя
;
C
з
—
эквивалентная
емкость
схемы
на
землю
;
K1
и
K2
—
идеальные
ключи
;
ИТ
—
идеальный
трансформатор
;
E
—
источник
ЭДС
синусоидальной
формы
)
K
1
K
2
E
C
в
C
з
L
ИТ
Рис
. 2.
Схема
установки
для
испытания
ТН
110
кВ
с
возбуждением
ферро
-
резонансных
процессов
(1 —
однофазный
источник
напряжения
; 2 —
вы
-
ключатель
автоматический
однополюсный
; 3 —
омический
или
емкостно
-
омический
делитель
напряжения
; 4 —
испытуемый
трансформатор
на
-
пряжения
; 5 —
измерительный
шунт
; 6 —
коаксиальные
кабели
; 7 —
циф
-
ровой
запоминающий
осциллограф
; 8 —
однофазный
трансформатор
на
-
пряжения
для
контроля
значения
напряжения
источника
по
стороне
ВН
;
9 —
вольтметр
для
контроля
значения
напряжения
источника
по
сто
-
роне
ВН
;
C
в
—
эквивалентная
емкость
группы
конденсаторов
между
контактами
выключателя
;
C
з
—
эквивалентная
емкость
группы
конден
-
саторов
между
полюсом
испытательной
установки
и
землей
):
а
)
отклю
-
чением
высоковольтного
выключателя
;
б
)
отключением
K
З
во
вторичной
обмотке
9
1
A
X
эквивалентности
двух
испыта
-
тельных
схем
было
решено
орга
-
низовать
сопоставительные
ис
-
следовательские
испытания
.
Та
-
кие
испытания
были
выполнены
в
Испытательном
центре
ВЭИ
в
сентябре
2022
года
.
Далее
в
статье
приводятся
результаты
этих
испытаний
.
ВАРИАНТЫ
СХЕМЫ
ПРОВЕРКИ
АНТИРЕЗОНАНСНЫХ
СВОЙСТВ
ТН
В
проекте
национального
стандар
-
та
регламентирован
следующий
метод
проверки
антирезонансных
свойств
ТН
110
кВ
и
выше
.
Испыта
-
ния
проводят
на
установке
,
схема
которой
приведена
на
рисунке
2
а
.
Источник
должен
обеспечивать
C
в
C
з
3
2
8
9
7
6
6
5
4
б
)
На
пульт
управления
A
V
X a
1
a
2
a
д
x
1
x
2
x
д
1
X
A
C
в
C
з
3
2
8
7
6
6
5
1
4
а
)
На
пульт
управления
A
A
V
X
X a
1
a
2
a
д
x
1
x
2
x
д
9
№
2 (77) 2023
116
ОБОРУДОВАНИЕ
длительное
протекание
тока
с
дей
-
ствующим
значением
1
А
.
Емкости
C
в
и
C
з
конденсаторов
,
включенных
между
контактами
выключателя
и
параллельно
ис
-
пытуемому
трансформатору
,
вы
-
бирают
в
зависимости
от
класса
антирезонансности
из
диапазо
-
нов
,
приведенных
в
таблице
1.
Со
-
седние
значения
рядов
емкостей
Табл
. 1.
Диапазоны
значений
емкостей
для
проверки
антирезонансных
свойств
ТН
110
кВ
и
выше
,
нФ
Обозначение
емкости
Класс
антирезонанс
-
ности
I
II
C
з
0,25–4,0
0,25–8,0
C
в
0,25–4,0
0,25–6,0
Табл
. 2.
Экспериментальные
сочетания
емкостей
C
в
,
нФ
C
з
,
нФ
0,25±0,025
1,0±0,1
2,0±0,1
3,0±0,2
4,0±0,2
0,25±0,025
+*
–
+
–
+
1,0±0,1
–
+
+
+
–
2,0±0,1
+
+
+
+
+
3,0±0,2
–
+
+
+
–
4,0±0,2
+
+
+
–
+
*
реальное
значение
емкости
C
з
в
опыте
0,55
нФ
не
должны
отличаться
более
,
чем
на
100%,
а
граничные
не
долж
-
ны
лежать
внутри
нормирован
-
ных
диапазонов
.
В
соответствии
с
этими
условиями
минимальное
число
сочетаний
емкостей
состав
-
ляет
25
для
класса
I (
не
менее
пяти
значений
C
в
и
не
менее
пяти
значений
C
з
)
и
36
для
класса
II (
не
менее
шести
различных
значений
каждой
емкости
).
При
замкнутых
контактах
вы
-
ключателя
на
источнике
устанав
-
ливают
напряжение
,
равное
наи
-
большему
рабочему
напряжению
объекта
испытаний
.
Выключатель
отключают
при
амплитудном
на
-
пряжении
источника
±1
мс
.
После
окончания
переходного
процесса
,
но
не
менее
чем
через
5
с
,
напря
-
жение
источника
уменьшают
до
нуля
.
Опыт
повторяют
не
менее
пяти
раз
для
каждого
сочетания
емкостей
C
в
и
C
з
.
В
опытах
осциллографируют
напряжение
и
ток
первичной
об
-
мотки
объекта
испытаний
и
вы
-
числяют
их
действующие
значе
-
ния
в
установившемся
режиме
после
отключения
выключателя
.
ТН
считается
выдержавшим
ис
-
пытания
и
подтвердившим
анти
-
резонансные
свойства
для
неко
-
торого
сочетания
емкостей
,
если
ни
в
одном
опыте
для
этого
соче
-
тания
действующее
значение
пер
-
вичного
тока
в
установившемся
режиме
не
превысило
допустимо
-
го
значения
,
определенного
при
термических
испытаниях
,
а
крат
-
ность
действующего
значения
напряжения
не
превысила
номи
-
нального
коэффициента
напряже
-
ния
K
U
(1,4
для
заземляемых
ТН
110
кВ
и
выше
).
Альтернативный
способ
про
-
верки
антирезонансных
свойств
ТН
реализуется
в
схеме
испыта
-
тельной
установки
,
показанной
на
рисунке
2
б
.
Феррорезонансный
Рис
. 3.
Испытательная
установка
,
собранная
в
ВЭИ
(1 —
однофазный
ис
-
точник
напряжения
; 2 —
выключатель
высоковольтный
ВГТ
-220; 3 —
дели
-
тель
напряжения
УДН
-4; 4 —
делитель
напряжения
ДН
-200
Е
; 5 —
токовый
пробник
Tektronix A621; 6 —
коаксиальные
кабели
; 7 —
объект
испытаний
НКФ
-110; 8 —
контактор
; 9 —
защитный
шаровой
разрядник
диаметром
2
м
с
расстоянием
между
контактами
90
мм
; 10 —
цифровой
запоминающий
ос
-
циллограф
—
анализатор
мощности
Keysight PA2203A):
а
)
принципиальная
схема
;
б
)
фотография
8
б
)
3
9
2
C
з
C
в
7
4
C
в
C
з
3
1
2
5
7
9
6
6
6
4
а
)
На
пульт
управления
На
пульт
управления
A
A
X
X
a
1
a
2
a
д
x
1
x
2
x
д
10
8
117
процесс
инициируется
отключе
-
нием
кратковременного
КЗ
во
вто
-
ричной
обмотке
объекта
испыта
-
ний
.
Коммутация
осуществляется
низковольтным
выключателем
,
что
упрощает
и
удешевляет
испы
-
тательную
установку
.
ПРОГРАММА
СОПОСТАВИТЕЛЬНЫХ
ИСПЫТАНИЙ
В
качестве
объекта
испытания
был
выбран
трансформатор
на
-
пряжения
НКФ
-110
без
антире
-
зонансных
свойств
,
что
гаранти
-
ровало
наличие
в
результатах
испытаний
случаев
возбуждения
устойчивого
феррорезонанса
.
Для
сокращения
объема
испы
-
таний
нормированные
сочетания
емкостей
для
класса
антирезо
-
нансности
I
были
прорежены
,
так
как
стояла
задача
не
проверить
антирезонансные
свойства
ТН
,
а
убедиться
в
эквивалентно
-
сти
двух
способов
инициирова
-
ния
феррорезонанса
.
В
табли
-
це
2
символом
«+»
отмечены
использованные
при
испытани
-
ях
сочетания
емкостей
C
в
и
C
з
.
Для
одного
сочетания
емкостей
(
C
з
= 0,25
нФ
и
C
в
= 0,25
нФ
)
в
силу
отсутствия
в
необходимом
коли
-
честве
соответствующих
конден
-
саторов
было
изменено
значе
-
ние
емкости
C
з
: 0,55
нФ
вместо
0,25
нФ
.
Для
всех
утвержденных
соче
-
таний
емкостей
были
проведены
опыты
в
схемах
с
отключением
высоковольтного
выключателя
и
с
отключением
КЗ
во
вторич
-
ной
обмотке
при
питании
уста
-
новки
источником
относительно
большой
номинальной
мощности
500
кВА
(
здесь
и
далее
указаны
значения
мощности
источников
,
приведенные
к
номинальному
напряжению
объекта
испыта
-
ний
).
С
целью
получения
экспе
-
риментально
подтвержденной
информации
о
принципиальной
возможности
выполнения
про
-
верки
антирезонансных
свойств
ТН
в
схеме
с
относительно
мало
-
мощным
источником
было
при
-
нято
решение
также
выполнить
для
нескольких
сочетаний
ем
-
костей
опыты
при
питании
уста
-
новки
источником
35
кВА
.
Во
всех
опытах
перед
коммутацией
на
выводах
источника
выстав
-
лялось
значение
напряжения
,
равное
наибольшему
рабочему
напряжению
объекта
испытаний
(73
кВ
).
В
программе
испытаний
опре
-
делены
следующие
критерии
эк
-
вивалентности
схем
:
–
в
схемах
инициируются
схожие
феррорезонансные
процессы
(
по
частоте
и
наличию
/
отсут
-
ствию
затухания
);
–
для
случаев
устойчивого
фер
-
рорезонанса
сопоставимы
дей
-
ствующие
значения
зарегистри
-
рованных
напряжения
и
тока
первичной
обмотки
.
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ
УСТАНОВКА
Испытательная
установка
была
собрана
в
Большом
высоковольт
-
ном
зале
(
Лаборатория
высоко
-
вольтных
испытаний
)
Испытатель
-
ного
центра
ВЭИ
.
Принципиальная
схема
испытательной
установки
приведена
на
рисунке
3
а
,
фото
-
графия
испытательного
поля
—
на
рисунке
3
б
.
РЕЗУЛЬТАТЫ
ИСПЫТАНИЙ
На
рисунке
4
представлена
свод
-
ная
диаграмма
результатов
всех
опытов
с
источником
мощностью
500
кВА
.
По
осям
абсцисс
и
ор
-
динат
отложены
значения
соот
-
ветственно
емкостей
установки
на
землю
C
з
и
между
контактами
выключателя
C
в
.
На
пересечении
этих
значений
расположены
кру
-
говые
диаграммы
,
разбитые
на
сектора
,
цвета
которых
иденти
-
фицируют
схему
установки
и
ре
-
зультат
опыта
,
а
занимаемая
доля
круга
—
суммарное
количество
соответствующих
опытов
,
кото
-
рое
также
указано
числом
рядом
с
сектором
.
Красные
оттенки
со
-
ответствуют
наличию
устойчивого
феррорезонанса
в
схеме
по
за
-
вершении
вызванного
коммутаци
-
ей
переходного
процесса
,
синие
оттенки
—
отсутствию
устойчивого
феррорезонанса
.
Светлые
оттен
-
ки
соответствует
схеме
установки
с
инициированием
феррорезонан
-
са
непосредственной
коммутаци
-
Рис
. 4.
Результаты
опытов
с
источником
500
кВА
C
в
,
нФ
C
з
,
нФ
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Феррорезонанс
Отсутствие
ФР
коммутация
по
ВН
коммутация
по
ВН
отключение
КЗ
в
НН
отключение
КЗ
в
НН
11
6
11
11
11
5
11
9
10
10
10
2)
9
3
3)
5
6
9
2
10
10
10
7
2
2
1
10
10
9
11
12
1
10
11
10
10
2
3)
10
7
8
8
8
10
10
10
13
1)
устойчивый
субгармонический
феррорезонанс
на
частоте
16,7
Гц
2)
устойчивый
субгармонический
феррорезонанс
на
частоте
10
Гц
(
один
опыт
)
3)
инициирование
феррорезонанса
при
плавном
подъеме
напряжения
источника
3
2
1)
№
2 (77) 2023
118
ОБОРУДОВАНИЕ
ей
высоковольтного
выключателя
,
темные
оттенки
—
схеме
с
размы
-
канием
K
З
в
обмотке
низшего
на
-
пряжения
(
НН
)
объекта
испытаний
.
В
подавляющем
большинстве
случаев
в
установке
инициировал
-
ся
гармонический
феррорезонанс
на
промышленной
частоте
50
Гц
.
Лишь
в
двух
опытах
для
сочетания
емкостей
C
з
= 2
нФ
и
C
в
= 0,25
нФ
зафиксирован
устойчивый
суб
-
гармонический
феррорезонанс
на
частоте
16,7
Гц
,
а
в
одном
—
для
сочетания
C
з
= 4
нФ
и
C
в
=
= 4
нФ
—
устойчивый
субгармони
-
ческий
феррорезонанс
на
частоте
10
Гц
.
В
случаях
значения
емко
-
сти
установки
на
землю
0,25
нФ
(
сочетания
C
з
= 0,25
нФ
,
C
в
= 2
нФ
и
C
з
= 0,25
нФ
,
C
в
= 4
нФ
)
в
опы
-
тах
с
отключением
K
З
в
обмотке
НН
наблюдалось
инициирование
устойчивого
феррорезонанса
уже
при
подъеме
уровня
напряжения
источника
(
при
этом
высоковольт
-
ный
выключатель
отключен
,
а
об
-
мотка
НН
еще
не
закорочена
)
до
для
8
сочетаний
емкостей
из
18,
имеют
высокую
степень
эквива
-
лентности
(
с
отличием
не
более
20%)
для
7
сочетаний
(
в
эту
ка
-
тегорию
включено
и
сочетание
C
з
= 4
нФ
и
C
в
= 4
нФ
,
при
кото
-
ром
в
одном
опыте
наблюдался
субгармонический
феррорезо
-
нанс
),
и
лишь
для
3
сочетаний
получены
существенные
расхож
-
дения
.
Для
сочетания
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 3
нФ
при
отключении
K
З
во
вторичной
обмотке
НКФ
все
опы
-
ты
завершились
устойчивым
фер
-
рорезонансом
,
при
отключении
высоковольтного
выключателя
—
лишь
чуть
больше
половины
(6
из
11
или
54,5%).
Для
сочетания
емкостей
C
з
= 2
нФ
,
C
в
= 1
нФ
ча
-
стость
инициирования
устойчиво
-
го
феррорезонанса
отключением
K
З
во
вторичной
обмотке
соста
-
вила
70% (7
опытов
из
10),
отклю
-
чением
высоковольтного
выклю
-
чателя
—
около
36% (5
опытов
из
14).
Самое
большое
отличие
получено
для
сочетания
емкостей
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 4
нФ
—
устойчивым
феррорезонансом
завершились
все
9
опытов
отключения
K
З
во
вторичной
обмотке
(
частость
—
100%)
и
ни
один
из
12
опытов
отключения
высоковольтного
вы
-
ключателя
(
частость
— 0%).
Отме
-
тим
,
что
для
всех
трех
сочетаний
емкостей
схема
с
отключением
K
З
во
вторичной
обмотке
объекта
ис
-
пытаний
показала
себя
как
более
консервативная
,
то
есть
характе
-
ризующаяся
большей
частостью
инициирования
феррорезонанса
.
Гармонический
феррорезо
-
нанс
в
обеих
схемах
характери
-
зуется
схожими
действующими
значениями
тока
и
напряжения
первичной
обмотки
объекта
ис
-
пытаний
.
Так
,
для
всех
сочетаний
емкостей
,
для
которых
устойчи
-
вый
гармонический
феррорезо
-
нанс
был
получен
в
обеих
схемах
,
отличия
усредненных
действу
-
ющих
значений
напряжения
не
превышают
0,2%.
При
этом
от
-
личие
усредненных
значений
то
-
ков
в
целом
выше
—
от
0,1%
до
12,5%.
Это
можно
объяснить
ярко
выраженным
нелинейным
харак
-
тером
тока
намагничивания
ТН
в
режиме
феррорезонанса
и
свя
-
занной
с
этим
его
повышенной
чувствительностью
к
температуре
трансформатора
,
меняющейся
Рис
. 5.
Частости
инициирования
устойчивого
феррорезонанса
в
опытах
с
источником
500
кВА
значения
около
69
кВ
,
что
выше
но
-
минального
,
но
ниже
наибольшего
рабочего
напряжения
НКФ
-110.
Каждая
серия
состояла
прибли
-
зительно
из
10
опытов
.
Для
8
соче
-
таний
емкостей
из
18
в
пределах
одной
серии
имели
место
как
слу
-
чаи
устойчивого
феррорезонанса
,
так
и
его
отсутствия
.
На
наш
взгляд
серии
из
пяти
опытов
(
минимально
допустимое
количество
согласно
проекту
Стандарта
)
недостаточно
для
подтверждения
антирезонанс
-
ных
свойств
объекта
испытаний
.
Из
-
за
разного
количества
опы
-
тов
в
сериях
удобнее
сопоставлять
результаты
,
выраженные
в
относи
-
тельных
единицах
.
На
рисунке
5
представлена
диаграмма
часто
-
стей
(
в
процентах
)
инициирования
устойчивого
феррорезонанса
,
то
есть
относительного
количества
опытов
с
устойчивым
феррорезо
-
нансом
в
каждой
серии
.
Согласно
диаграмме
рисун
-
ка
5,
исследуемые
схемы
испы
-
таний
абсолютно
эквивалентны
C
з
,
нФ
Схема
установки
коммутация
по
ВН
отключение
КЗ
в
НН
100
54,5
90,9
100
100
100
90
35,7
18,2
1)
0
0
0
100
100
68,4
100
3)
100
3)
100
100
100
100
100
100
70
0
0
0
0
80
80
80
100
100
2)
100
100
0
C
в
,
нФ
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
1)
устойчивый
субгармонический
феррорезонанс
на
частоте
16,7
Гц
2)
устойчивый
субгармонический
феррорезонанс
на
частоте
10
Гц
(
один
опыт
)
3)
инициирование
феррорезонанса
при
плавном
подъеме
напряжения
источника
119
в
течение
испытаний
в
широких
пределах
.
Характер
осциллограмм
тока
и
напряжения
в
установившемся
режиме
феррорезонанса
также
практически
иденти
-
чен
.
Нередко
схожими
оказывались
осциллограммы
сигналов
и
в
течение
переходного
процесса
после
коммутации
.
Для
примера
на
рисунке
6
представле
-
ны
фрагменты
осциллограмм
двух
опытов
для
соче
-
тания
емкостей
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 1
нФ
.
Для
сравнения
на
рисунке
7
приведены
осцил
-
лограммы
двух
опытов
для
сочетания
емкостей
Рис
. 6.
Экспериментальные
осциллограммы
опытов
в
установке
с
сочетанием
емкостей
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 1
нФ
и
источником
мощностью
500
кВА
Рис
. 7.
Экспериментальные
осциллограммы
опытов
в
установке
с
сочетанием
емкостей
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 3
нФ
и
источником
мощностью
500
кВА
Схема
с
отключением
высоковольтного
выключателя
Схема
с
отключением
КЗ
в
НН
i
НК
Ф
,
А
u
НК
Ф
,
кВ
u
ИС
Т
,
кВ
100
0
–100
100
0
–100
0,5
0
–0,5
100
0
–100
100
0
–100
0,5
0
–0,5
72,7
кВ
71,5
кВ
68,7
кВ
79,0
кВ
0,108
А
t
0
t
0
t
1
72,6
кВ
71,9
кВ
27,9
кВ
71,9
кВ
0,108
А
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0
0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
–0,05 0
0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
–0,05 0
0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
t
,
с
t
,
с
Схема
с
отключением
высоковольтного
выключателя
Схема
с
отключением
КЗ
в
НН
i
НК
Ф
,
А
u
НК
Ф
,
кВ
u
ИС
Т
,
кВ
200
100
0
–100
–200
200
100
0
–100
–200
1
0
–1
1
0
–1
200
100
0
–100
–200
200
100
0
–100
–200
71,9
кВ
71,6
кВ
68,0
кВ
88,7
кВ
0,276
А
t
0
t
0
t
1
72,1
кВ
72,0
кВ
47,0
кВ
88,4
кВ
0,273
А
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
–0,05 0
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
–0,05 0
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
–0,05 0
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
t
,
с
t
,
с
№
2 (77) 2023
120
ОБОРУДОВАНИЕ
диаграмма
частостей
инициирова
-
ния
устойчивого
феррорезонанса
в
схемах
с
источниками
мощно
-
стью
500
кВА
и
70
кВА
приведе
-
на
на
рисунке
8.
В
целом
,
резуль
-
таты
,
полученные
в
установках
,
мощность
которых
отличается
на
порядок
,
совпадают
за
неко
-
торыми
несущественными
отли
-
чиями
.
Так
,
отличаются
частости
инициирования
феррорезонан
-
са
отключением
высоковольтного
выключателя
при
значении
ем
-
кости
выключателя
3
нФ
.
Пере
-
напряжения
на
выводах
источ
-
ника
в
переходном
процессе
после
коммутации
высоковольт
-
ного
выключателя
,
приводящие
к
срабатыванию
защитного
раз
-
рядника
,
наблюдались
и
в
опы
-
тах
с
источником
мощностью
70
кВА
,
хотя
и
гораздо
реже
,
чем
в
случае
источника
мощностью
35
кВА
—
всего
в
2
опытах
из
43.
Также
для
обоих
этих
источников
имели
место
существенные
ис
-
кажения
выходного
напряжения
высшими
гармоническими
состав
-
ляющими
в
установившемся
ре
-
жиме
устойчивого
феррорезо
-
нанса
.
Отметим
,
что
в
схеме
с
размыканием
кратковременно
-
го
K
З
в
обмотке
НН
перенапря
-
жений
,
приводящих
к
срабаты
-
ванию
защитного
разрядника
,
не
наблюдалось
даже
при
исполь
-
зовании
источника
мощностью
35
кВА
.
В
соответствии
с
полученны
-
ми
результатами
представляет
-
ся
целесообразным
установить
в
стандарте
требования
к
пара
-
метрам
источника
испытатель
-
ной
установки
для
предотвраще
-
ния
опасных
перенапряжений
на
нем
и
более
точного
воспроиз
-
ведения
в
испытаниях
частостей
возникновения
феррорезонанса
.
Для
того
чтобы
строго
сформу
-
лировать
эти
требования
,
нужны
дополнительные
исследования
.
Предварительно
по
итогам
на
-
стоящей
работы
,
для
испытаний
ТН
класса
напряжения
110
кВ
необходим
источник
с
мощно
-
стью
,
приведенной
к
номиналь
-
ному
напряжению
ТН
,
не
менее
100
кВА
.
Результаты
экспериментов
свидетельствуют
об
отсутствии
однозначной
зависимости
между
Рис
. 8.
Частости
инициирования
устойчивого
феррорезонанса
в
опытах
с
источниками
500
кВА
и
70
кВА
100
100
100
0
0
100
100
100
0
0
0
0
C
в
,
нФ
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
C
з
,
нФ
Схема
установки
500
кВА
70
кВА
Мощность
источника
коммутация
по
ВН
отключение
КЗ
в
НН
33,3
90
1)
54,5
100
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 3
нФ
,
в
которых
пере
-
ходный
процесс
после
коммутации
развивался
различным
образом
,
однако
после
его
окончания
уста
-
навливался
устойчивый
ферроре
-
зонанс
с
идентичными
парамет
-
рами
.
На
рисунках
6
и
7
использо
-
ваны
следующие
обозначения
:
u
ист
—
выходное
напряжение
ис
-
точника
;
u
НКФ
и
i
НКФ
—
напряжение
и
ток
первичной
обмотки
НКФ
-110;
t
0
—
момент
отключения
высоко
-
вольтного
выключателя
или
мо
-
мент
K
З
в
обмотке
НН
объекта
испытаний
;
t
1
—
момент
отклю
-
чения
K
З
в
обмотке
НН
объекта
испытаний
.
Цифры
над
кривыми
в
левой
части
графиков
—
дей
-
ствующие
значения
сигналов
в
установившемся
режиме
до
коммутации
,
в
правой
части
—
в
установившемся
режиме
фер
-
рорезонанса
.
При
проведении
опытов
с
ис
-
точником
мощностью
35
кВА
была
обнаружена
проблема
су
-
щественного
повышения
напря
-
жения
на
его
выводах
в
переход
-
ном
процессе
после
коммутации
высоковольтного
выключателя
.
Происходит
это
вследствие
про
-
текания
тока
нагрузки
с
преиму
-
щественно
емкостным
характе
-
ром
по
относительно
большой
индуктивной
составляющей
вну
-
треннего
сопротивления
мало
-
мощного
источника
.
Особенно
ярко
этот
емкостный
эффект
про
-
являлся
на
высших
гармониках
в
переходном
процессе
после
коммутации
.
В
итоге
из
пяти
опы
-
тов
отключения
высоковольтного
выключателя
(
два
при
сочета
-
нии
емкостей
C
з
= 3
нФ
,
C
в
= 3
нФ
и
три
при
сочетании
C
з
= 1
нФ
,
C
в
= 3
нФ
)
четыре
завершились
срабатыванием
защитного
шаро
-
вого
разрядника
.
Серии
опытов
для
четырех
сочетаний
емкостей
установки
удалось
выполнить
с
источником
увеличенной
в
два
раза
мощно
-
стью
(70
кВА
).
Сопоставительная
1)
в
одном
из
опытов
получен
устойчивый
субгармонический
феррорезонанс
на
частоте
10
Гц
121
фазой
коммутации
высоковольт
-
ного
выключателя
и
исходом
опы
-
та
.
На
рисунке
9
приведена
гисто
-
грамма
распределения
частости
инициирования
устойчивого
фер
-
рорезонанса
по
углам
коммута
-
ции
высоковольтного
выключате
-
ля
0
.
Значения
углов
коммутации
определялись
по
эксперимен
-
тальным
осциллограммам
как
фазовый
угол
напряжения
на
ТН
в
момент
обрыва
тока
в
выключа
-
теле
.
Гистограммы
представлены
в
полярных
координатах
,
область
разбита
на
сектора
по
15°.
Для
всех
расчетных
секторов
имели
место
опыты
с
обоими
исхода
-
ми
.
Результаты
для
окрестностей
углов
коммутации
,
соответству
-
ющих
амплитудным
значениям
напряжения
(90°
и
270°),
принци
-
пиально
не
отличаются
от
резуль
-
татов
при
иных
углах
коммутации
.
Более
того
,
частость
инициирова
-
ния
устойчивого
феррорезонанса
в
этих
секторах
даже
несколь
-
ко
ниже
усредненной
по
всем
опытам
(44,4%
и
57,1%
против
64,5%).
В
соответствии
с
полученны
-
ми
результатами
,
содержащееся
в
проекте
национального
стан
-
дарта
требование
выполнения
коммутации
в
момент
макси
-
мального
напряжения
источника
Рис
. 9.
Распределение
частости
инициирования
устойчивого
феррорезонан
-
са
по
углам
коммутации
высоковольтного
выключателя
в
опытах
с
источ
-
ником
500
кВА
частость
, %
0
,
°
20 40 60 80 100
90
60
30
330
300
270
240
210
180
150
120
0
ɇɚɩɪɚɜ
ɚɯɪɟɤ
ɥɚɦɵ
ŠŹůŬŨŬŬŪūŹţŦūŦťŨŬŬŪūŹţŮţťŦůŰŬŮŹ
ƆűůŰŮŬŧůŰŠŞŮţťŦůŰŦŠūŬšŬťŞťţŪũţūŦŽūţŧŰŮŞũŦ
ůţŰţŧɱɱɱɱƈŠƏƃƎƆƆbŠŮbŦbŠŮŨ
ŬŬŬɭŻūţŮšŞūɮ
ƁůžƋƈƐŭƃƐƃƎſƑƎƁ
ũƆƍƌƀžƝžƉƉƃƝƂŞ
ŰƃƉɦɧɥ
LQIR#HQHUJDQUX
ZZZHQHUJDQUX
ůŢţũŞūŬŠŮŬů
ůŦŦ
№
2 (77) 2023
122
ОБОРУДОВАНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
1. IEC Technical Report 61869-102.
Instrument Transformers – Part 102:
Ferroresonance Oscillations in Sub-
stations with Inductive Voltage Trans-
formers, 2014. URL: https://docs.
cntd.ru/document/461904121.
2.
Дементьев
Ю
.
А
.,
Горюшин
Ю
.
А
.,
Да
-
рьян
Л
.
А
.
и
др
.
Экспериментальные
и
теоретические
исследования
усло
-
вий
возникновения
феррорезонанса
в
сети
500
кВ
с
трансформаторами
напряжения
типов
НКФ
и
НАМИ
//
Электро
, 2007,
№
4.
С
. 10–14.
3.
ПНСТ
319-2018.
Трансформа
-
торы
измерительные
.
Часть
3.
Технические
условия
на
индук
-
тивные
трансформаторы
напря
-
жения
. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200161449.
4.
Жуйков
А
.
В
.,
Кубаткин
М
.
А
.,
Мат
-
веев
Д
.
А
.,
Никулов
И
.
И
.,
Фро
-
лов
М
.
В
.
Проверка
антирезонанс
-
ных
свойств
трансформаторов
на
-
пряжения
на
экспериментально
-
испытательном
стенде
6–35
кВ
в
контексте
требований
нового
стандарта
//
Энергетик
, 2019,
№
10.
С
. 46–52.
5.
Дроздов
Н
.
В
.,
Зихерман
М
.
Х
.,
Фи
-
липпов
А
.
Е
.
Простой
метод
под
-
тверждения
антирезонансных
свойств
ТН
220–500
кВ
//
Энерго
-
эксперт
, 2013,
№
6.
С
. 16–18.
6.
Зихерман
М
.
Х
.
Антирезонансные
трансформаторы
напряжения
.
Тех
-
нические
требования
и
методы
ис
-
пытаний
//
Новости
Электротехни
-
ки
, 2011,
№
2(68). URL: http://news.
elteh.ru/arh/2011/68/12.php.
REFERENCES
1. IEC Technical Report 61869-102.
Instrument Transformers – Part 102:
Ferroresonance Oscillations in Sub-
stations with Inductive Voltage Trans-
formers, 2014. URL: https://docs.
cntd.ru/document/461904121.
2. Dementiev Yu.A., GoryushinYu.A.,
Daryan L.A. and others. Experimen-
tal and theoretical research of ferro-
resonance origination in a 500 kV
network equipped with voltage trans-
formers of types NKF and NAMI //
Elektro
[Electro], 2007, no. 4, pp. 10-14.
(In Russian)
3. Preliminary National Standard PNST
319-2018. Instrument transformers.
Part 3. Requirements for inductive
voltage transformers. URL: https://
docs.cntd.ru/document/1200161449.
4. Zhuylov A.V., Kubatkin M.A., Mat-
veev D.A., Nikulov I.I., Frolov M.V.
Testing of antiresonance charac-
teristics of voltage transformers at
a 6-35 kV test facility with regard to
new standard requirements //
Ener-
getik
[Power engineer], 2019, no. 10,
pp. 46-52. (In Russian)
5. Drozdov N.V., Zikherman M.Kh.,
Filippov A.E. An easy method of veri-
fying antiresonance characteristics
of 220-500 kV voltage transfor mers //
Energoekspert
[Power expert], 2013,
no. 6, pp. 16-18. (In Russian)
6. Zikherman M.Kh. Antiresonance volt-
age transformers. Technical require-
ments and testing methods //
Novos-
ti Elektrotekhniki
[News of Electrical
Engineering], 2011, no. 2(68). URL:
http://news.elteh.ru/arh/2011/68/
12.php.
±1
мс
представляется
необосно
-
ванным
и
усложняющим
испы
-
тательную
установку
.
Возможно
,
впрочем
,
что
для
более
анти
-
резонансных
ТН
рассмотренная
выше
корреляция
будет
просле
-
живаться
,
поэтому
вопрос
о
не
-
обходимости
управления
момен
-
том
коммутации
в
испытаниях
следует
решить
по
итогам
допол
-
нительных
исследований
.
По
результатам
испытаний
не
прослеживается
связь
между
углом
коммутации
и
исходом
опы
-
та
и
в
случае
инициирования
фер
-
рорезонанса
отключением
кратко
-
временного
K
З
во
вторичной
обмот
-
ке
.
Этот
вопрос
требует
уточне
-
ния
и
численного
исследования
,
поскольку
от
угла
замыкания
за
-
висит
уровень
остаточной
индук
-
ции
в
магнитопроводе
ТН
,
а
зна
-
чит
в
некоторой
степени
должен
зависеть
и
результирующий
ре
-
жим
.
Так
или
иначе
,
нормирова
-
ние
угла
коммутации
для
схемы
с
отключением
K
З
в
обмотке
НН
следует
признать
необязатель
-
ным
—
можно
выполнять
серию
из
большего
числа
опытов
со
случайным
углом
коммутации
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
В
ВЭИ
реализована
испыта
-
тельная
установка
,
с
помо
-
щью
которой
можно
проводить
испытания
на
подтверждение
антирезонансных
свойств
ТН
110
кВ
.
С
учетом
имеюще
-
гося
в
Испытательном
цен
-
тре
оборудования
возмож
-
но
проведение
испытаний
трансформаторов
более
вы
-
соких
номинальных
напряже
-
ний
,
в
том
числе
отдельных
ступеней
ТН
каскадной
кон
-
струкции
.
2.
По
результатам
сопостави
-
тельных
испытаний
можно
заключить
,
что
исследуемые
схемы
инициирования
ферро
-
резонансных
процессов
экви
-
валентны
друг
другу
для
боль
-
шинства
сочетаний
емкостей
испытательной
установки
как
по
частости
инициирования
устойчивого
феррорезонанса
,
так
и
по
параметрам
устано
-
вившегося
режима
устойчивого
феррорезонанса
.
В
немного
-
численных
случаях
существен
-
ных
отличий
частостей
ини
-
циирования
феррорезонанса
схема
с
отключением
K
З
во
вторичной
обмотке
показа
-
ла
себя
как
более
консерва
-
тивная
.
3.
Для
исключения
опасных
перенапряжений
на
выводах
испытательного
трансформа
-
тора
в
тексте
национального
стандарта
желательно
уста
-
новить
требования
к
мощно
-
сти
источника
питания
испы
-
тательной
установки
.
4.
Для
подтверждения
необходи
-
мости
осуществления
в
испыта
-
ниях
по
схеме
с
высоковольтным
выключателем
управляемой
коммутации
нужны
дополни
-
тельные
исследования
с
ТН
,
частично
обладающими
анти
-
резонансными
свойствами
.
5.
Авторы
считают
целесообраз
-
ным
схему
с
отключением
кратковременного
КЗ
во
вто
-
ричной
обмотке
нормировать
в
национальном
стандарте
«
Технические
условия
на
ин
-
дуктивные
трансформаторы
напряжения
»
как
допустимую
альтернативу
схеме
с
отклю
-
чением
высоковольтного
вы
-
ключателя
.
Оригинал статьи: Экспериментальное сравнение схем проверки антирезонансных свойств трансформаторов напряжения 110 кВ и выше
В сентябре 2022 года по инициативе ПАО «Россети» в Испытательном центре ВЭИ (филиал ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина») прошли сопоставительные исследовательские испытания двух схем инициирования феррорезонанса, предложенных к включению в государственный стандарт «Трансформаторы измерительные. Часть 3. Технические условия на индуктивные трансформаторы напряжения» для проверки антирезонансных свойств трансформаторов напряжения (ТН) классов напряжения 110–750 кВ. Первая схема в точности воспроизводит условия инициирования феррорезонанса при отключении ТН высоковольтным выключателем. Вторая схема более проста, так как феррорезонансные колебания возбуждаются при отключении короткого замыкания во вторичной обмотке ТН, и высоковольтный выключатель в составе испытательной установки не применяется. В статье представлены результаты испытаний и даны рекомендации по корректировке некоторых положений проекта стандарта.
