【正文】 31餅3132餅3233餅3334餅3435餅3536餅3637餅3738餅3839餅3940餅4041餅4142餅4243餅4344餅4445餅4546餅4647餅4748餅4849餅4950餅附錄11 電阻計(jì)算結(jié)果,Ω餅號(hào)電阻1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)沖擊波對(duì)電力變壓器的影響的研究Kaveri Bhuyan, Member, IEEE, and Saibal Chatterjee, Member, IEEE摘要這篇論文詣在反映電力變壓器的過電壓性能的觀察結(jié)果。在完成初稿后，老師認(rèn)真查看了我的論文，指出了存在的問題。致謝本文是在韓永森老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。得到了以下結(jié)論：1．中性點(diǎn)接地時(shí)，初始電位分布曲線平滑單調(diào)遞減；，未超過入波幅值，各節(jié)點(diǎn)電壓波形的峰值隨時(shí)間的推移呈遞減趨勢(shì)，逐漸接近該節(jié)點(diǎn)的最終分布值；從梯度電壓波形可以看出，最大梯度出現(xiàn)在梯度號(hào)為1的位置，即 1號(hào)油道,經(jīng)過驗(yàn)證滿足絕緣要求；最終電位分布呈單調(diào)線性遞減，而最終分布與起始分布之差越大，振蕩越劇烈，此變壓器的第15號(hào)節(jié)點(diǎn)振蕩較為劇烈，在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。主要得到了該變壓器繞組在中性點(diǎn)接地和中性點(diǎn)絕緣兩種方式下的初始、振蕩、最終、梯度電位波形和初始與最終電位分布之差的波形，同時(shí)分析了電位分布的變化趨勢(shì)，可以為該變壓器高壓繞組絕緣的設(shè)計(jì)提供參考。圖314 中性點(diǎn)接地的繞組的最終電壓分布波形圖315 中性點(diǎn)接地時(shí)的最終分布與起始分布之差由圖可知，在中性點(diǎn)接地時(shí)，變壓器受沖擊電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電位從線圈首端向末端線性遞減；而最終分布與起始分布之差越大，振蕩越劇烈，此變壓器的第15號(hào)節(jié)點(diǎn)振蕩較為劇烈，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮。圖312為振蕩電位分布，自由振蕩的電壓幅值主要取決于變壓器繞組的起始電壓分布與最終電壓分布之差。圖38 中性點(diǎn)接地時(shí)的振蕩電位分布的等值電路仿真的模型圖39中性點(diǎn)接地時(shí)的振蕩電位分布局部放大波形圖310 中性點(diǎn)接地時(shí)繞組在t1，t2時(shí)刻的電位分布從圖391中的波形可看出，.，未超過入波幅值，其值主要決定于起始電位分布與最終分布之差。其他油道電位梯度小，能夠滿足設(shè)計(jì)需要。上端母線引出的示波器測(cè)量節(jié)點(diǎn)電壓。從圖34可以看出，最大梯度出現(xiàn)在梯度號(hào)為 1的位置，即1號(hào)油道，%，對(duì)于此變壓器，降落電壓為 1050%=，允許沖擊電壓為107kV。初始分布時(shí)等值電路就可以簡(jiǎn)化為一個(gè)電容鏈。本文主要研究在標(biāo)準(zhǔn)沖擊波下額定分接的高壓繞組的模擬結(jié)果。然后針對(duì)一臺(tái)SFP180000/220三相無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器的高壓繞組的等值電感、等值電容和電阻參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。 電感的計(jì)算變壓器總空載電感：H變壓器總沖擊電感：H單元電感：H 電阻的計(jì)算所選取的雷電波的波峰時(shí)間為2μs，即，即T=，Hz又知，裸導(dǎo)線長(zhǎng)和寬分別為9mm，5mm，單位長(zhǎng)度電阻為線餅每匝周長(zhǎng)mmm各線餅的電阻計(jì)算結(jié)果見附錄11。 q：表示互感耦合緊密程度的系數(shù)，取值范圍一般為q=~。實(shí)踐表明在計(jì)算變壓器沖擊現(xiàn)象時(shí)，不需要考慮與頻率有關(guān)的電感。所以單餅的匝間分布電容的能量為：匝（單餅） (W)雙餅的匝間分布電容的能量為：匝（雙餅）=2匝（單餅）=(W)當(dāng)只考慮雙餅的匝間儲(chǔ)能時(shí)，則(W)所以 (pF) (215) 式中 Cw——匝間幾何電容，pF； CDs——雙餅等值縱向電容，pF。 插入屏蔽連續(xù)式線餅的電容是分布參數(shù)，有匝間分布電容，如圖28所示圖28 插入屏蔽連續(xù)式線餅的電容分布設(shè)N為單餅的工作匝數(shù)，N＇為單餅的屏蔽匝數(shù)，N＇ N。由于它的縱向電容隨著每一個(gè)餅內(nèi)插入屏線的多少及屏線所跨段數(shù)的改變而改變。設(shè)匝間電容為Cw，那么一個(gè)匝間電容的能量為：(W)在一個(gè)雙餅中，共有(N2)個(gè)匝間電容，因此，雙餅的匝間分布電容的總能量Ew為： (W) (212)用u(x)表示A餅線匝和對(duì)應(yīng)的B餅線匝之間的電壓差，則(V)因此，A、B餅間分布電容總能量為：(W)實(shí)際上一個(gè)線圈含有幾十只線餅，即B餅后面還有線餅C、D、E…，而B、C餅間分布電容總能量和上式相等（當(dāng)線餅和油道尺寸相同時(shí)）。如圖24是一個(gè)普通連續(xù)式線圈的一對(duì)線餅。變壓器等值電路中的電容和變壓器電磁模擬電容鏈上的電容都是集中電容，它們的作用和分布參數(shù)是等值的。對(duì)于大型變壓器，徑向幾何電容也可用平板電容公式計(jì)算，即，pF； (210)式中 dw——線圈間平均直徑，mm； εwe——線圈間等值介電常數(shù)； h——線圈平均高度，mm； awe——線圈間等值距離，mm。徑向幾何電容中，線圈對(duì)鐵芯的幾何電容Cwi，可按同軸圓柱公式計(jì)算：(pF) (27)式中 εwi——線圈與鐵芯之間的所有介質(zhì)的等值介電常數(shù)，按式(24)計(jì)算； h——線圈的軸向高度，mm； Rw——線圈的內(nèi)半徑，mm； Ri——鐵芯的外接圓半徑，mm。徑向幾何電容可以按照同軸圓柱電容公式計(jì)算，也可以近似按平板電容公式計(jì)算。εwe的計(jì)算按串聯(lián)電容公式進(jìn)行，結(jié)果為 (24)式中 aw=ap+a0+ apc+…為線圈之間的絕緣厚度；ap , a0, apc為匝絕緣，油隙和絕緣紙筒的平均直徑；dw為線圈之間絕緣的平均直徑，它等于內(nèi)線圈的外徑與aw之和。將S0e和S C的值代入式(21)得： (22)油道和匝絕緣是串聯(lián)的，由電容器串聯(lián)的計(jì)算公式得：且ad=a0+ap式中 εde、ad為餅間絕緣的等值介電常數(shù)和絕緣厚度；εp、ap為匝絕緣的介電常數(shù)和兩邊厚度；a0為油道高度。下面介紹等值介電常數(shù)的計(jì)算方法。在計(jì)算電容時(shí)，除了了解必要的線圈尺寸，截面積，半徑等參數(shù)外，計(jì)算介電常數(shù)也是必須的。本章將介紹變壓器的等值電容、等值電感參數(shù)和電阻參數(shù)的計(jì)算方法，并針對(duì)一臺(tái)SFP180000/220三相無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器進(jìn)行計(jì)算。在利用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算變壓器的波過程時(shí)，需要得到其等值電容和等值電感等參數(shù)。 課題研究?jī)?nèi)容本文將首先對(duì)一臺(tái)SFP180000/220三相無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器的高壓繞組的等值電感、等值電容和電阻等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后利用Matlab對(duì)確定參數(shù)的等值電路進(jìn)行仿真，從而得到各節(jié)點(diǎn)的起始電壓分布、最終電壓分布和振蕩電位分布等波形，以便為變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。從20世紀(jì)80年代初開始，國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)變壓器沖擊電壓波過程進(jìn)行了具體的研究，開始用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算變壓器的波過程的理論算法和波形擬合[15, 16]，實(shí)際上就是確定線圈上各點(diǎn)的電位分布和梯度分布[17]。變壓器繞組的沖擊特性，尤其是振蕩過程，用一般的數(shù)學(xué)方法和簡(jiǎn)單的計(jì)算工具對(duì)其求解很困難[13]。因此必須設(shè)法降低這種過電壓，同時(shí)在設(shè)計(jì)低壓線圈主絕緣和縱絕緣時(shí)，應(yīng)保證它能耐受這種過電壓。近些年來，對(duì)超高壓變壓器的高壓線圈進(jìn)行截波試驗(yàn)時(shí)，多次發(fā)生低壓線圈對(duì)地?fù)舸┑慕^緣事故，引起了人們的極大注意。研究沖擊電壓條件下變壓器線圈中的電磁暫態(tài)過程并利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)仿真，對(duì)于線圈絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。但以前采用的試驗(yàn)方法存在著設(shè)備笨重、調(diào)試費(fèi)工等缺點(diǎn)，甚至要停下運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)和變壓器作為試驗(yàn)設(shè)備。因此，我們必須研究不同變壓器繞組在雷電沖擊波作用下的波過程，即研究在沖擊波作用下，對(duì)于不同繞組結(jié)構(gòu)、繞組不同排列方式以及不同聯(lián)結(jié)方式下，電位及梯度分布情況，從而找到繞組的絕緣薄弱點(diǎn)，以便為設(shè)計(jì)者提供合理的絕緣數(shù)據(jù)。因此，在過電壓沖擊波的作用下，變壓器容抗很小，對(duì)變壓器內(nèi)部電壓的分布影響很大。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在變壓器設(shè)計(jì)中，電壓等級(jí)小于35kV的變壓器在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以不考慮過電壓下的繞組的波過程。電力變壓器在運(yùn)行中要經(jīng)受大氣過電壓、操作過電壓的作用。關(guān)鍵詞　過電壓；波過程；電位分布；縱絕緣The simulation analysis on the transient process of transformerAbstractPower transformer is one of the important equipments in the power grid, we must ensure its reliable operation. To achieve that goal, the insulation property of power transformer must be fine, for its breakdown mainly caused by the insulation damage. When the power transformer suffered from the lightning surges, the windings insulation was damaged easily, so we have to optimize and design on the power transformers windings insulation structure. Firstly, the putational methods of the inductance, capacitance and the resistance parameter were introduced in this paper, then an equivalent circuit of the transformer was established and the putational methods of the windings transient process were given. Furthermore, the inductance, capacitance and the resistance parameters of SFP180000/220 threephase no load power transformer were calculated. Based on the equivalent circuit of transformer, the circuit model in the Matlab/Simulink was established and simulated when the neutrals were grounded and isolated respectively. The relevant initial potential distribution, the oscillating potential distribution, and the final potential distribution and so on were gotten by the simulation. Finally, the characteristics of each potential distribution were analyzed, which could provide some references to the insulation structure design of this transformer.Keywords　 overvoltage；transient process；potential distribution；winding insulation不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 III 目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景及意義 1 變壓器繞組的波過程國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 課題研究?jī)?nèi)容 3第2章 變壓器的參數(shù)計(jì)算 4 變壓器的等值電容的計(jì)算 4 線餅間介質(zhì)的等值介電常數(shù)εde 4 線圈間介質(zhì)的等值介電常數(shù)εwe 6 變壓器線圈幾何電容的計(jì)算 7 等值縱向電容的計(jì)算 8 變壓器的電感參數(shù)的計(jì)算 13 變壓器的電阻參數(shù)的計(jì)算 14 具體變壓器的參數(shù)計(jì)算 14 電容的計(jì)算 15 電感的計(jì)算 15 電阻的計(jì)算 16 本章小結(jié) 16第3章 波過程的模擬 17 變壓器繞組的等值電路與波過程的求解方法 17 波過程的仿真分析 18 電源的選擇 18 中性點(diǎn)接地時(shí)繞組的初始電位分布 18 中性點(diǎn)絕緣時(shí)繞組的初始電位分布 19 中性點(diǎn)接地時(shí)繞組的振蕩電位分布 21 中性點(diǎn)絕緣時(shí)繞組的振蕩電位分布 23 中性點(diǎn)接地時(shí)的最終電位分布 24 中性點(diǎn)絕緣的最終電位分布 25 本章