500kV电力变压器绕组波过程计算与分析

张汉思

摘 要：随着社会的不断发展和进步，人们对于电力变压器绕组波过程的计算与分析的关注度越来越高。一般情况下，对于500kV电力变压器绕组波在纵绝缘中的计算，最主要的就是对其波过程进行计算。在计算此时波过程时，还要分析其在高低压绕组和分别在全波或是截波下的梯度分布以及电位分布，这样就可以了解到油道的最大梯度。其次，还要计算相应油道分别在截波或是全波下的绝缘裕度。文章就变压器线圈的参数、雷电波波形参数以及波过程进行讨论和分析。

关键词：500kV；电力变压器；绕组波过程；计算与分析

变压器纵绝缘就是指线圈匝间和线圈两端的绝缘。对于其计算就是受到冲击电压的变压器线圈的绝缘强度，同时这也是对变压器性能检验的重要标准。变压器在多种冲击过电压中，危害最大的就是雷电冲击過电压。雷电冲击过电压危害最大的原因是受到冲击后，过电压的线圈不能够均匀的分布，以及它的主要原因就是由于线圈内的线圈之间的静电、自由振荡过程或是电磁感应过程所造成的。

1 变压器的参数计算

波过程的计算中，有必要设立变压器线圈的等效电路，所以就要对电感、电容等效参数进行计算。辐向电容和纵向电容均属于变压器线圈的等效电容。就纵向电容来说，其包括饼间电容以及匝间电容。因此想要对纵向等值电容进行计算，就要知道饼间电容以及匝间电容。在计算纵向等值电容时，可以采用推导线饼内所有积累的所有电容的总和的方式，因为所有电容的总和就相当于饼式线圈的总能量。在进行饼间电容和匝间电容计算时，可采用平板式电容计算公式：

C=ε×ε0×S/d；

就辐向电容来说，其包括高压绕组和低压绕组之间的电容。高压绕组属于绕组端部对上铁骊和绕组端部对下铁骊以及油箱着三个部分电容的并联，也可以称之其为绕组对地电容。因为油箱和高压绕组间的距离远远大于绕组间的距离，因此绕组对地电容中主要就是绕组间的电容。在对绕组间的电容进行计算时，可以参照同轴圆筒的计算。但是由于高压绕组中有四分之一的部分需要对着其他绕组，因此就需要乘系数。

2 雷电波的参数计算

若想了解过电压的线圈在雷电冲击后的分布情况，那么就必须要了解电压的线圈在雷电冲击后的波形参数。但是，由于雷电冲击电压的波形是不能够确定的，所以需要依据实际情况对雷电波进行测量，以此来得出雷电波参数和波形的标准。对于雷电波波形的标准我国在制定中是依据在实际情况中对由于雷电所造成的电压波进行统计和测量，而且其与国际的标准是一致的。在标准波形中可分为截波和全波，其中全波的标准波形为1.2/50μs，在其波前时间为：T1=1.2μs；

在半峰值时间为：T2=50μs；

绕组的梯度电压会影响到冲击波的波前时间，而绕组的对地电压会受到波长的影响，若是波前的时间越短，那么绕组的起始分布就会越不均匀，而线圈首端的纵绝缘就会影响梯度电压的程度越大；若是其波长越大，那么谐波震荡就会越充分，而其对地电压也就会越高。在加入波形系数时，全波的表达式就表示为：

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

3 500kV的波过程计算分析

在对500kv的变压器绕组波过程计算进行分析时，L1，L2，···Ln为绕组间的每个计算单元的自感；M1J，M2J，···M（n-1）n为绕组间的每个计算单元的互感；CG1，CG2，···CGn为绕组间的每个计算单元的对地电容；J=1～n，其中J与下标中的另一个量不相等；CK1，CK2，···CKn为绕组间的每个计算单元的串联电容；其中，V（t）为外施电压，n是绕组计算单元的总和。单绕组的等效电路图，如图1所示。

如图1所示，图中的上、下两组的网孔是要分别建立方程组的，在计算后会得到线饼间的电位梯度和各节点电位。就其上部网孔来说，方程组为：

ΦJ=iJdt；

ΦJ=IJdt；

P=；

在计算波过程时，需要注意额定分接、最大分接以及最小分接，因为它们的计算极为相像。在上半柱和下半柱之间是有一定的对称性，高压绕组上半柱电位分布、高压绕组上半柱梯度电压峰值如表1、表2所示。

表1 高压绕组上半柱电位分布表

表2 高压绕组上半柱梯度电压峰值

在高压绕组上半柱在额定分接下的曲线中的全波以及截波的电位分布图显示出来，在绕组上其分布属于非线性，在起始电位的变化较大，而且其梯度比较大，而且从两组图中截波的电位分布图上可以看出来，其从起始到尾端的梯度是由由高到低，全波中的电位分布图上显示出，线饼在1-12期间内一直呈下滑趋势，到了12-24期间内呈平稳走向，在24-48期间内有呈现下滑趋势，但是在48-50期间内却又上升的趋势，而50至尾端都是呈直线下滑趋势，由此可以看出全波的波动较截波的来说，全波的波动较大。

综合高压绕组上半柱电位分布、高压绕组上半柱梯度电压峰值表的数据以及全波油道的电位梯度来看。首先从全波油道的电位梯度来分析，当油道在19时其全波电位梯度最大，梯度值为8.1%，那么此油道的降落电压可计算为1550×8.1%=125.55kV。然后依据高压绕组上半柱电位分布、高压绕组上半柱梯度电压峰值表中的数据可以知道，此油道的允许冲击电压为143kV，而其全波的裕度可计算为143/125.55=1.14。由于油道在19时在全波电位中梯度是最大的，因此其它裕度都应该大于1.14，而油道电位梯度均会小于8.1%。对于此油道的轴向电场强度可计算为125.55/6=20.9kV/mm。

4 结束语

随着科技的不断发展和进步，人们对于500kV电力变压器绕组波过程的计算与分析的关注度越来越高，因此对于此项目的研究有了进一步的发展。在此项目研究过程中深入的研究了500kV电力变压器线圈等值电路的参数计算，还发现了在对绕组间的电容进行计算时，可以参照同轴圆筒的计算方法。其次，还对雷电波波形参数进行了研究，在研究中发现梯度电压会影响到冲击波的波前时间，而对地电压会受到波长的影响；若是波前的时间越短，那么其起始分布就会越不均匀，而在首端的纵绝缘就会影响梯度电压的程度越大。最后还对500kV的波过程计算分析进行了有效分析。在分析过程中发现，额定分接、最大分接以及最小分接的计算方式非常相近而且在上半柱和下半柱之间还有一定的对称性。希望通过文章的论述，可以为今后对此项目研究的学者提供借鉴。

参考文献

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