三相繞組模型在波過程計算中的應用

李冬雪　紀忠軍　侯玉琤

摘要：目前企業波過程計算多采用單相繞組模型，計算精度不高導致制造成本增加。針對單相繞組模型的不足，文章提出了一種考慮相鄰相繞組影響的三相繞組模型，通過和單相繞組模型計算結果的比較驗證了模型的正確性，同時得到了不同進波方式下波過程計算的一些特點和規律，為企業設計提供了重要依據。

關鍵詞：變壓器；絕緣電場；波過程；三相繞組模型

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0035-02

以往的事故經驗告訴我們對變壓器絕緣危害最大的沖擊波來自于線路傳送過來的雷電行波。目前企業所用的軟件將三相繞組按照單相繞組的方法來計算，沒有考慮相鄰相繞組的影響，這樣的計算結果并不能真實反映繞組在雷電沖擊過程中的沖擊程度，計算精度不高。

本文提出了一種三相繞組模型，通過和單相繞組模型計算結果的比較驗證了模型的正確性，同時得到了不同進波方式下波過程計算的一些特點和規律。

1 三相繞組模型

考慮相鄰相繞組的三相繞組模型如圖1所示：

當A相進波時，B相和C相的出線端相當于接地。Cad表示內層繞組和鐵心之間的電容，Cax表示兩層之間的電容，Cab表示相鄰兩相繞組之間的電容，Ca表示繞組兩匝之間的電容，L表示同層兩匝之間的電感。

根據IEC標準中定義的雷電沖擊波形計算，全波的波前時間T1為1.2us，視在半波峰時間T2為50us，截波的截斷時間Tc取4us。電容電感參數計算可以查閱變壓器手冊。

2 A相進波

A相進全波情況下繞組線匝和氣道電位梯度如圖2和圖3所示。

從中可以看出匝間和氣道電位梯度的最大值均出現在繞組的首端，此處為絕緣的薄弱環節。

圖4和圖5是A相進波情況下各相繞組的沖擊電壓分布。

不難看出A相繞組的首端需要重點考核絕緣裕度。

層間絕緣由氣道和環氧樹脂兩種介質串聯而成，這種復合絕緣質的場強可以按照下面的公式計算：

式中U為電極間的電位差，di為電極間距離，εi為絕緣介質的介電常數。計算后繞組絕緣裕度最小值為1.1，滿足設計要求。

3 B相進波

B相進全波情況下，各相繞組的波過程結果如圖6和圖7所示：

通過和A相進波的比較得出：無論從哪一相進波，進波相繞組的波過程相同。B相進波時，由于A、C兩相結構對稱，所以計算結果相同。

4 模型驗證

針對A相進波情況，將本文提出的三相繞組模型的計算結果與企業采用的單相繞組模型進行了對比，結果如圖8和圖9所示：

按照單相繞組模型計算時，線匝的最大電位梯度是29.8%，氣道的最大電位梯度為77.6%，按照三相繞組模型計算的結果則為26.9%和75.8%，因此企業使用單相繞組模型計算的結果偏于嚴格，會造成成本浪費。

5 結語

本章針對單相繞組模型的不足，提出了三相繞組模型，通過波過程計算，驗證了三相繞組模型的正確性，并且得到結論：繞組的電位分布和梯度分布與進波相的選擇無關，進波相繞組的最大電位梯度遠遠大于其他的兩相

繞組。

參考文獻

[1] 謝毓誠.電力變壓器設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2] 路長柏.電力變壓器縱絕緣技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1990.

[3] 李道明，曲渝.變壓器沖擊電壓分布計算在縱絕緣設計中的應用[J].鄭州大學學報，2003.

[4] 順特電氣有限公司.樹脂澆注干式變壓器和電抗器[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5] 陳慧丹，劉曉玉，陳昊.納米硅/鋁氧化物雜化聚酰亞胺薄膜電性能研究[J].絕緣材料，2008.

[6] 林福昌.高電壓工程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[7] 劉建軍.500kV電力變壓器繞組波過程計算與分析

[J].沈陽工程學院學報，2008.