500kV電力變壓器繞組波過程計算與分析

張漢思

摘 要：隨著社會的不斷發展和進步，人們對于電力變壓器繞組波過程的計算與分析的關注度越來越高。一般情況下，對于500kV電力變壓器繞組波在縱絕緣中的計算，最主要的就是對其波過程進行計算。在計算此時波過程時，還要分析其在高低壓繞組和分別在全波或是截波下的梯度分布以及電位分布，這樣就可以了解到油道的最大梯度。其次，還要計算相應油道分別在截波或是全波下的絕緣裕度。文章就變壓器線圈的參數、雷電波波形參數以及波過程進行討論和分析。

關鍵詞：500kV；電力變壓器；繞組波過程；計算與分析

變壓器縱絕緣就是指線圈匝間和線圈兩端的絕緣。對于其計算就是受到沖擊電壓的變壓器線圈的絕緣強度，同時這也是對變壓器性能檢驗的重要標準。變壓器在多種沖擊過電壓中，危害最大的就是雷電沖擊過電壓。雷電沖擊過電壓危害最大的原因是受到沖擊后，過電壓的線圈不能夠均勻的分布，以及它的主要原因就是由于線圈內的線圈之間的靜電、自由振蕩過程或是電磁感應過程所造成的。

1 變壓器的參數計算

波過程的計算中，有必要設立變壓器線圈的等效電路，所以就要對電感、電容等效參數進行計算。輻向電容和縱向電容均屬于變壓器線圈的等效電容。就縱向電容來說，其包括餅間電容以及匝間電容。因此想要對縱向等值電容進行計算，就要知道餅間電容以及匝間電容。在計算縱向等值電容時，可以采用推導線餅內所有積累的所有電容的總和的方式，因為所有電容的總和就相當于餅式線圈的總能量。在進行餅間電容和匝間電容計算時，可采用平板式電容計算公式：

C=ε×ε0×S/d；

就輻向電容來說，其包括高壓繞組和低壓繞組之間的電容。高壓繞組屬于繞組端部對上鐵驪和繞組端部對下鐵驪以及油箱著三個部分電容的并聯，也可以稱之其為繞組對地電容。因為油箱和高壓繞組間的距離遠遠大于繞組間的距離，因此繞組對地電容中主要就是繞組間的電容。在對繞組間的電容進行計算時，可以參照同軸圓筒的計算。但是由于高壓繞組中有四分之一的部分需要對著其他繞組，因此就需要乘系數。

2 雷電波的參數計算

若想了解過電壓的線圈在雷電沖擊后的分布情況，那么就必須要了解電壓的線圈在雷電沖擊后的波形參數。但是，由于雷電沖擊電壓的波形是不能夠確定的，所以需要依據實際情況對雷電波進行測量，以此來得出雷電波參數和波形的標準。對于雷電波波形的標準我國在制定中是依據在實際情況中對由于雷電所造成的電壓波進行統計和測量，而且其與國際的標準是一致的。在標準波形中可分為截波和全波，其中全波的標準波形為1.2/50μs，在其波前時間為：T1=1.2μs；

在半峰值時間為：T2=50μs；

繞組的梯度電壓會影響到沖擊波的波前時間，而繞組的對地電壓會受到波長的影響，若是波前的時間越短，那么繞組的起始分布就會越不均勻，而線圈首端的縱絕緣就會影響梯度電壓的程度越大；若是其波長越大，那么諧波震蕩就會越充分，而其對地電壓也就會越高。在加入波形系數時，全波的表達式就表示為：

U（t）=1.03725Um[exp（-0.01469t）-exp（--2.4689t）]；

3 500kV的波過程計算分析

在對500kv的變壓器繞組波過程計算進行分析時，L1，L2，···Ln為繞組間的每個計算單元的自感；M1J，M2J，···M（n-1）n為繞組間的每個計算單元的互感；CG1，CG2，···CGn為繞組間的每個計算單元的對地電容；J=1～n，其中J與下標中的另一個量不相等；CK1，CK2，···CKn為繞組間的每個計算單元的串聯電容；其中，V（t）為外施電壓，n是繞組計算單元的總和。單繞組的等效電路圖，如圖1所示。

如圖1所示，圖中的上、下兩組的網孔是要分別建立方程組的，在計算后會得到線餅間的電位梯度和各節點電位。就其上部網孔來說，方程組為：

ΦJ=iJdt；

ΦJ=IJdt；

P=；

在計算波過程時，需要注意額定分接、最大分接以及最小分接，因為它們的計算極為相像。在上半柱和下半柱之間是有一定的對稱性，高壓繞組上半柱電位分布、高壓繞組上半柱梯度電壓峰值如表1、表2所示。

表1 高壓繞組上半柱電位分布表

表2 高壓繞組上半柱梯度電壓峰值

在高壓繞組上半柱在額定分接下的曲線中的全波以及截波的電位分布圖顯示出來，在繞組上其分布屬于非線性，在起始電位的變化較大，而且其梯度比較大，而且從兩組圖中截波的電位分布圖上可以看出來，其從起始到尾端的梯度是由由高到低，全波中的電位分布圖上顯示出，線餅在1-12期間內一直呈下滑趨勢，到了12-24期間內呈平穩走向，在24-48期間內有呈現下滑趨勢，但是在48-50期間內卻又上升的趨勢，而50至尾端都是呈直線下滑趨勢，由此可以看出全波的波動較截波的來說，全波的波動較大。

綜合高壓繞組上半柱電位分布、高壓繞組上半柱梯度電壓峰值表的數據以及全波油道的電位梯度來看。首先從全波油道的電位梯度來分析，當油道在19時其全波電位梯度最大，梯度值為8.1%，那么此油道的降落電壓可計算為1550×8.1%=125.55kV。然后依據高壓繞組上半柱電位分布、高壓繞組上半柱梯度電壓峰值表中的數據可以知道，此油道的允許沖擊電壓為143kV，而其全波的裕度可計算為143/125.55=1.14。由于油道在19時在全波電位中梯度是最大的，因此其它裕度都應該大于1.14，而油道電位梯度均會小于8.1%。對于此油道的軸向電場強度可計算為125.55/6=20.9kV/mm。

4 結束語

隨著科技的不斷發展和進步，人們對于500kV電力變壓器繞組波過程的計算與分析的關注度越來越高，因此對于此項目的研究有了進一步的發展。在此項目研究過程中深入的研究了500kV電力變壓器線圈等值電路的參數計算，還發現了在對繞組間的電容進行計算時，可以參照同軸圓筒的計算方法。其次，還對雷電波波形參數進行了研究，在研究中發現梯度電壓會影響到沖擊波的波前時間，而對地電壓會受到波長的影響；若是波前的時間越短，那么其起始分布就會越不均勻，而在首端的縱絕緣就會影響梯度電壓的程度越大。最后還對500kV的波過程計算分析進行了有效分析。在分析過程中發現，額定分接、最大分接以及最小分接的計算方式非常相近而且在上半柱和下半柱之間還有一定的對稱性。希望通過文章的論述，可以為今后對此項目研究的學者提供借鑒。

參考文獻

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