500kV電力變壓器繞組波過程計(jì)算與分析

張漢思

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)于電力變壓器繞組波過程的計(jì)算與分析的關(guān)注度越來越高。一般情況下，對(duì)于500kV電力變壓器繞組波在縱絕緣中的計(jì)算，最主要的就是對(duì)其波過程進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算此時(shí)波過程時(shí)，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(jì)算相應(yīng)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(shù)、雷電波波形參數(shù)以及波過程進(jìn)行討論和分析。

關(guān)鍵詞：500kV；電力變壓器；繞組波過程；計(jì)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(duì)于其計(jì)算就是受到?jīng)_擊電壓的變壓器線圈的絕緣強(qiáng)度，同時(shí)這也是對(duì)變壓器性能檢驗(yàn)的重要標(biāo)準(zhǔn)。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?jīng)_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(nèi)的線圈之間的靜電、自由振蕩過程或是電磁感應(yīng)過程所造成的。

1 變壓器的參數(shù)計(jì)算

波過程的計(jì)算中，有必要設(shè)立變壓器線圈的等效電路，所以就要對(duì)電感、電容等效參數(shù)進(jìn)行計(jì)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(duì)縱向等值電容進(jìn)行計(jì)算，就要知道餅間電容以及匝間電容。在計(jì)算縱向等值電容時(shí)，可以采用推導(dǎo)線餅內(nèi)所有積累的所有電容的總和的方式，因?yàn)樗须娙莸目偤途拖喈?dāng)于餅式線圈的總能量。在進(jìn)行餅間電容和匝間電容計(jì)算時(shí)，可采用平板式電容計(jì)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(duì)上鐵驪和繞組端部對(duì)下鐵驪以及油箱著三個(gè)部分電容的并聯(lián)，也可以稱之其為繞組對(duì)地電容。因?yàn)橛拖浜透邏豪@組間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于繞組間的距離，因此繞組對(duì)地電容中主要就是繞組間的電容。在對(duì)繞組間的電容進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以參照同軸圓筒的計(jì)算。但是由于高壓繞組中有四分之一的部分需要對(duì)著其他繞組，因此就需要乘系數(shù)。

2 雷電波的參數(shù)計(jì)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(shù)。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(jù)實(shí)際情況對(duì)雷電波進(jìn)行測量，以此來得出雷電波參數(shù)和波形的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于雷電波波形的標(biāo)準(zhǔn)我國在制定中是依據(jù)在實(shí)際情況中對(duì)由于雷電所造成的電壓波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和測量，而且其與國際的標(biāo)準(zhǔn)是一致的。在標(biāo)準(zhǔn)波形中可分為截波和全波，其中全波的標(biāo)準(zhǔn)波形為1.2/50μs，在其波前時(shí)間為：T1=1.2μs；

在半峰值時(shí)間為：T2=50μs；

繞組的梯度電壓會(huì)影響到?jīng)_擊波的波前時(shí)間，而繞組的對(duì)地電壓會(huì)受到波長的影響，若是波前的時(shí)間越短，那么繞組的起始分布就會(huì)越不均勻，而線圈首端的縱絕緣就會(huì)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(huì)越充分，而其對(duì)地電壓也就會(huì)越高。在加入波形系數(shù)時(shí)，全波的表達(dá)式就表示為：

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

3 500kV的波過程計(jì)算分析

在對(duì)500kv的變壓器繞組波過程計(jì)算進(jìn)行分析時(shí)，L1，L2，···Ln為繞組間的每個(gè)計(jì)算單元的自感；M1J，M2J，···M（n-1）n為繞組間的每個(gè)計(jì)算單元的互感；CG1，CG2，···CGn為繞組間的每個(gè)計(jì)算單元的對(duì)地電容；J=1～n，其中J與下標(biāo)中的另一個(gè)量不相等；CK1，CK2，···CKn為繞組間的每個(gè)計(jì)算單元的串聯(lián)電容；其中，V（t）為外施電壓，n是繞組計(jì)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(wǎng)孔是要分別建立方程組的，在計(jì)算后會(huì)得到線餅間的電位梯度和各節(jié)點(diǎn)電位。就其上部網(wǎng)孔來說，方程組為：

ΦJ=iJdt；

ΦJ=IJdt；

P=；

在計(jì)算波過程時(shí)，需要注意額定分接、最大分接以及最小分接，因?yàn)樗鼈兊挠?jì)算極為相像。在上半柱和下半柱之間是有一定的對(duì)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(nèi)一直呈下滑趨勢，到了12-24期間內(nèi)呈平穩(wěn)走向，在24-48期間內(nèi)有呈現(xiàn)下滑趨勢，但是在48-50期間內(nèi)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(dòng)較截波的來說，全波的波動(dòng)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(shù)據(jù)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(dāng)油道在19時(shí)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(jì)算為1550×8.1%=125.55kV。然后依據(jù)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(shù)據(jù)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(jì)算為143/125.55=1.14。由于油道在19時(shí)在全波電位中梯度是最大的，因此其它裕度都應(yīng)該大于1.14，而油道電位梯度均會(huì)小于8.1%。對(duì)于此油道的軸向電場強(qiáng)度可計(jì)算為125.55/6=20.9kV/mm。

4 結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)于500kV電力變壓器繞組波過程的計(jì)算與分析的關(guān)注度越來越高，因此對(duì)于此項(xiàng)目的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展。在此項(xiàng)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(shù)計(jì)算，還發(fā)現(xiàn)了在對(duì)繞組間的電容進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以參照同軸圓筒的計(jì)算方法。其次，還對(duì)雷電波波形參數(shù)進(jìn)行了研究，在研究中發(fā)現(xiàn)梯度電壓會(huì)影響到?jīng)_擊波的波前時(shí)間，而對(duì)地電壓會(huì)受到波長的影響；若是波前的時(shí)間越短，那么其起始分布就會(huì)越不均勻，而在首端的縱絕緣就會(huì)影響梯度電壓的程度越大。最后還對(duì)500kV的波過程計(jì)算分析進(jìn)行了有效分析。在分析過程中發(fā)現(xiàn)，額定分接、最大分接以及最小分接的計(jì)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(duì)稱性。希望通過文章的論述，可以為今后對(duì)此項(xiàng)目研究的學(xué)者提供借鑒。

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