Сalculation of the geomagnetic induced currents impact on the HIGH-power transformer

Abstract

EN: Purpose. Determination of resistance of a powerful power transformer to the action of geomagnetic induced currents (GIC) and structural measures for its increase, if necessary. Methodology. An analytical calculation of the magnetization current (MC) is applied, which under the action of geomagnetic induced currents is excited in addition to the rated current in the higher voltage winding. Analytical and numerical calculations of the magnetic field and the losses, and computational-empirical methods for estimation of the temperature rises are used. Findings. For a five-core transformer with a power of 630 MVA under the GIC effect, the increased losses and heating of structural elements on the cores of the magnetic system, the tank, and the increased sound level are determined. Originality. For the case of orthogonal property of the vectors of winding rated currents and the vectors of harmonic components of the peak unbalanced MC, the Joule losses are represented by the sum of the losses due to these currents using the increase factors for ohmic losses in non-magnetic and ferromagnetic structural parts, which depend on MC harmonic spectrum. Practical value. The stability of the transformer under test to the given level of GIS was confirmed, and structural measures for its increase were recommended. The tested methods can be used in the computational design, in the study of real cases of equipment operation. UK: Метою роботи є визначення стійкості потужного силового трансформатора до дій геомагнітних індукованих струмів та конструктивних заходів для її підвищення, при необхідності. Методи дослідження. Застосовано аналітичний розрахунок струму намагнічування, який під дією геомагнітних індукованих струмів збуджується додатково до номінального струму в обмотці вищої напруги. Використано аналітичні та чисельні методи розрахунку магнітного поля, втрат, розрахунково-емпіричні методи визначення нагрівів. Отримані результати. Для пятистрижневого трансформатора потужністю 630 МВА при дії геомагнітних індукованих струмів визначені підвищені втрати і нагріви елементів конструкції на стрижнях магнітної системи, бака, підвищений рівень звуку. Наукова новизна. Для випадку ортогональності векторів номінальних струмів обмоток і векторів гармонічних складових пікоподібного незбалансованого струму намагнічування джоулеві втрати представлені сумою втрат від зазначених струмів з використанням коефіцієнтів підвищення втрат омічних, в немагнітних і феромагнітних частинах конструкції, які залежать від гармонійного спектру струму намагнічування. Практична цінність. Підтверджено стійкість досліджуваного трансформатора до заданого рівня геомагнітних індукованих струмів, рекомендовані конструктивні заходи для її підвищення. Апробовані методи можуть бути використані при розрахунковому проектуванні, при дослідженні реальних випадків експлуатації обладнання.