Повелитель бури. Ученые создали «сторожа» для силового трансформатора

Примерно 30 раз в год на Земле происходят геомагнитные бури. Это временное нарушение магнитного поля Земли, вызванное взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой планеты. Подавляющее большинство людей их не ощущают, но для технологических систем космическая непогода может представлять серьезную опасность. Решением этой проблемы занимаются ученые Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Они разработали и запатентовали уникальный способ защиты силовых трансформаторов от негативного воздействия геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях.

Опасный ток

Геоиндуцированные токи (ГИТ) — это токи низких частот, которые возникают в земле и в протяжённых электрических сетях во время геомагнитных возмущений. Эти токи могут вызывать 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. Все это создает угрозу аварий и перебоев в системах электроснабжения.

По словам одного из разработчиков, старшего преподавателя кафедры «Электроснабжение и электротехника» ТГУ Олега Федяя, отечественных установок для защиты силовых трансформаторов от воздействия ГИТ в России до сих пор не было, а зарубежные аналоги имеют сложную конструкцию, большие габариты и высокую цену.

«Отличительной особенностью нашего устройства защиты — одновременный мониторинг геоиндуцированного тока и состояния магнитной системы силового трансформатора. Делается это путем фиксации гармоник нулевой последовательности тока намагничивания, которые являются индикатором насыщенного состояния силового трансформатора. Наше устройство ограничивает именно те ГИТ, которые является опасными для силового трансформатора», — рассказал Олег Федяй

Многоуровневая защита

В основе решения, предложенного тольяттинскими учеными, — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения устойчивости режима резистивного заземления нейтрали 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.

По сути, устройство представляет собой умного «сторожа» для силового трансформатора. Он следит за током в нейтрали, а при обнаружении ГИТ автоматически меняет режим заземления силового трансформатора для его ограничения. Если появляется опасный ГИТ, «сторож» передает сигнал в диспетчерский пункт, чтобы диспетчер мог принять дополнительные меры по защите силового трансформатора. Причем передаются не только данные о режиме заземления, величине остаточного ГИТ, но и о мощности намагничивания, которую этот ГИТ создает в силовом трансформаторе. Это позволяет более эффективно защищать оборудование, чем просто пассивный мониторинг, помогает силовым трансформаторам выдерживать любые геомагнитные бури и обеспечивать стабильное электроснабжение во время них.

Научная группа ТГУ также разработала методику и алгоритм, в соответствии с которым выбирается место установки устройства, создали программное обеспечение и провели численное моделирование для подтверждения эффективности устройства защиты на примере его использования в магистральной электрической сети «Северный транзит».