考虑端部效应的电抗器绕组波过程研究

考虑端部效应的电抗器绕组波过程研究

1.引 言

近年来,超高压及特高压电网在我国电网的发展建设中起到越来越重要的作用。为了保证系统稳定运行和供电质量,电网中装设了大量的电抗器组[1]。电抗器在运行操作过程中,由于其工作状态发生变化,可能产生数倍于电源电压的操作过电压。电抗器在冲击电压作用下产生的过电压,主要是由线圈内部的自由振荡过程和线圈之间的静电或电磁感应过程所引起的[2]。

这两个过程,统称为变压器线圈中的波过程[2]。在波过程中,电抗器内部将产生振荡过电压,这种过电压可能超过线圈上的电气设备的绝缘水平,造成绝缘击穿事故。当输入电压的波形和幅值一定时,振荡过电压幅值决定于线圈的最终电压分布和起始电压分[2]。国内的学者对线圈的波过程进行过系统的研究[3],但都没有研究电抗器绕组的端部效应。电压沿线圈的起始分布主要由线圈的电容来决定[4]。绕组电容分布不均匀,端口电容小于内侧电容。当雷电波或操作波入侵电抗器时,电压沿绕组的分布是不均匀的,电抗器外圈匝间过电压值大于内圈,电抗器首匝承受的匝间过电压最大。

本文对电抗器绕组的端部效应进行了分析计算,得到了完整的电抗器传输模型公式。

2.建立绕组半分布传输模型

合适的电抗器绕组模型应符合电抗器绕组的物理构造,能将电抗器绕组特性通过模型参数的改变反应出来。电抗器绕组的等效电路如图1 所示。绕组可以看作一个由电感、电容等组成的无源分布参数网络。按照每匝或者每饼线圈为单位建立n 级分布参数网络,其中每级电路都是由一个电感、一个纵向电容、一个对地电容组成。纵向电容是指匝间电容或饼间电容。该模型中,考虑边缘效应的影响,认为上下边缘绕组的参数和其他匝是有区别的。

图1中,L -每匝或每饼绕组电感;K-每匝或每饼绕组纵向电容;C -每匝或每饼绕组对地电容。模型参数总体大小应等于实际电抗器绕组总的电感、电容值。

3.计算绕组传输模型

绕组可看成一个无源二端口网络,分别由首端、末端、中部三个二端口网络串接而成。不考虑绕组的电阻和线圈各部分之间的互感。同时假定绕组的电感、纵向电容都是均匀的分布参数。首端和末端的对地电容分布与中部不同。(1)首端第一匝线圈由于电抗器外圈匝数较少,绕组端部线圈对地电容小于内侧电容。取端部绕组对地电容值为中部绕组的1/2,如图2。

综上所得,由完整的电抗器绕组传输模型可以更准确计算电抗器绕组波过程中各点电位分布。

4.结 论

为了能更准确地分析冲击波作用下电抗器绕组电位分布,就得考虑端部效应对波过程的影响。本文通过对考虑电抗器端部效应的波过程计算,得出了完整的绕组传输模型的公式。该公式用手算的方法来计算是困难的,但通过计算机进行定量计算是现实可行的。

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