Умный «сторож» для силовых трансформаторов создан в ТГУ
Группа учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработала уникальный способ защиты силовых трансформаторов от пагубного воздействия геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях. Его применение должно обеспечивать стабильную работу электросети во время геомагнитных возмущений, которых, как показывает практика, в последнее время становится всё больше.
На изобретение получен патент Федеральной службы по интеллектуальной собственности. ТГУ уже выделил средства на создание опытного образца устройства, сейчас идёт закупка необходимого оборудования для его создания. После сборки и испытаний устройство будет установлено на действующей подстанции для мониторинга геоиндуцированных токов.
Геоиндуцированные токи (ГИТ) – это токи низких частот, намного меньше номинальной частоты переменного тока 50 или 60 Гц, которые возникают в земле и в проводящих структурах (например, трубопроводах, линиях электропередач) из-за изменений в магнитном поле Земли. ГИТ могут представлять серьёзную угрозу для технологических систем, особенно для силовых трансформаторов в электросетях, протекая по их заземлённым обмоткам. Они вызывают насыщение магнитных систем силовых трансформаторов, что приводит к резкому росту потребления реактивной мощности, генерации высших гармоник во внешнюю сеть, а также к нагреву металлических конструктивных элементов силовых трансформаторов. Всё это создает угрозу аварий и перебоев в системах электроснабжения.
В России проблемой защиты силовых трансформаторов от воздействия геоиндуцированных токов сейчас занимается только кафедра «Электроснабжение и электротехника» ТГУ, поэтому аналогов изобретению тольяттинцев в стране нет. Установки для защиты силовых трансформаторов от воздействия ГИТ есть за рубежом, однако они имеют сложную конструкцию, большие габариты и стоимость более 300 000 долларов. Так что применение разработки учёных ТГУ предполагает тройной эффект: надёжность, оптимизация, импортозамещение.
– Отличительной особенностью разработанного нами устройства защиты является то, что одновременно с мониторингом геоиндуцированного тока ведётся мониторинг состояния магнитной системы силового трансформатора (ненасыщенное или насыщенное), – рассказывает один из авторов изобретения, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение и электротехника» ТГУ Олег Федяй. – Делается это путём фиксации гармоник нулевой последовательности тока намагничивания, которые являются индикатором насыщенного состояния силового трансформатора. Наше устройство ограничивает именно те ГИТ, которые являются опасными для силового трансформатора.
Технический результат – расширение функциональных возможностей за счёт обеспечения устойчивости режима резистивного заземления нейтрали (режим ограничения ГИТ) и инструментальной поддержки принятия обоснованных диспетчерских решений по корректировке режима работы силового трансформатора в условиях значительных вариаций интенсивности геомагнитных возмущений. В итоге изобретение работает как многоуровневая система защиты.
– Запатентованное изобретение является плодом труда всей кафедры «Электроснабжение и электротехника» ТГУ, – говорит Олег Федяй. – Помимо устройства, разработаны методика и алгоритм, по которым выбирается место установки устройства, написана программа для ЭВМ по данной методике, проведено численное моделирование для подтверждения эффективности устройства защиты на примере его использования в магистральной электрической сети «Северный транзит», так как именно на данную сеть ГИТ оказывают очень серьёзное влияние.
По сути, учёные ТГУ создали умного «сторожа» для силового трансформатора. Он следит за током в нейтрали силового трансформатора и автоматически меняет режим заземления силового трансформатора, когда появляется ГИТ, для его ограничения. Он передаёт сигнал в диспетчерский пункт, если появляется опасный ГИТ, чтобы диспетчер мог принять дополнительные меры по защите силового трансформатора. Причём передаются не только данные о режиме заземления, величине остаточного ГИТ, но и о мощности намагничивания, которую этот ГИТ создает в силовом трансформаторе.
Изобретение не просто измеряет ГИТ, а активно управляет режимом заземления и сразу же дает важную информацию диспетчеру, чтобы предотвратить повреждения силового трансформатора. Это позволяет более эффективно защищать оборудование, чем просто пассивный мониторинг, помогает силовым трансформаторам выдерживать любые геомагнитные бури и обеспечивать стабильное электроснабжение во время них.