简易冲击电压分布计算软件的设计.pdf

第41卷第9期
Vol 41 No9
2004年9月
724MORI
September 2004
RM简易冲击电压分布计算软件的设计
陈尔奎,李强,刘文里2,崔建江
(1.江南大学通信与控制工程学院,江苏无锡214036:2.哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙
江哈尔滨150040;3.山东达驰三河)科技发展有限责任公司,河北三河065201)
摘要:介绍了变压器在冲击电压下的绕组波过程及绕组波过程的计算软件。
关键词:变压器:绕组;冲击电压分布;波过程:软件
中图分类号:TM402
文献标识码:B
文章编号:1001-8425(2004)09-0026-06
1前
计算也就没有意义,甚至还可能导致最终的变压器
的设计出现大问题。因此,于工.计算,无论在精度,还
目前根据国家标准,在变压器设计中,电压等级是在准确性方面,都有所欠缺。而进行简易雷电冲击
小于35kV的变压器在设计计算时可以不考虑过电计算软件的设计,不但可以达到减少设计的人力消
压下的绕组的波过程。但是,对于11kV及以上电耗,而且可以提高计算的准确度和运算速度。
压等级的大变压器,过电压下的绕组波过程就需要2.1波过程等效电路
进行计算,并且要根据计算结果选取合适的导线及
山于冲击过电压可视为频率很高的波,因此,在
绕组结构进行变压器绕组的绕制
冲击波过程作用下,变压器绕组可以被看作是一个
2绕组波过程简介
由电容、电感和电阻串并联组成的复杂网络。但在冲
击波开始作用瞬间,相当于极高频率的电压波作用
变压器绕组在冲击电压作用下产生的过电压主在绕组上,电感相当于开路,而出于绕组电阻十分
要是出绕组内部自出震荡过程和绕组之间的静电或小,可忽略,因此绕组波过程就相当于出电容构成的
电磁感应过程所引起的,我们将这两个过程称为变网络。虽然在冲击波作用的发展过程中,频率逐渐降
压器绕组的波过程。
低,电阻、电容、电感将同时起作用,但通过大量的冲
变压器实际运行情況表明,过电压中的雷击过击测量结果和计算表明,按电容等效电路(如图1)
电压使变压器绝缘损坏所占比例是很大的。也就是分析波过程还是可行的,进行变压器的计算和设计
雷电沿着输电线侵入变电所内的变压器,使变压器也是能够达到要求。
绕组上受到冲击电压作用,在变压器绕组上产生复
杂的电磁过程。这种过程将在绕组匝间、层间、饼间
及绕组与绕组之间和绕组对地部件间引起过电压
因此,通过研究变压器绕组在过电压下波过程,可搞
清楚不同绕组结构、不同排列方式及不同联结方式
下的电位梯度分布情况,从而找到绕组的薄弱点,进
图1绕组波过程等效电容电路
等效双饼等值电容C一等效对地电容
而为设计者提供合理的绝缘数据,这对提高变压器
人侵冲击波
的可靠性具有非常重要的意义。
2.2起始分布的推导
日前,计算绕组波过程除了用电子计算机以外
冲击波侵入变压器绕组最初瞬间,冲击波沿绕
常米用简化等效电路分析方法。实际证明,该方法在组分布称为起始分布。由上边的分析可以知道,绕组
工程上是适用的。但出于一股高电压等级的变压器电路可以出图2的等效电容网络来描述。由于绕组
的绕组匝数是比较多的,用手工计算,推导是一步
存在对地电容,流过各个绕组等值电容的电流就不
步循环进行的,如果人的精力稍不集中,或者因其他一样,因此沿绕组高度各点的电位差別很大。下面根
因素影肿方致一个地方计算错误,那么整个的据图1推导起始电压分布
第9期
陈尔杢、李强、刘文里、崔建江:简易冲击电压分布计算软件的设计
为双曲函数(如图3所示)。出公式和图3可以看出,
是決定起始电压分布梯度的系数,也就是决定冲
击性能好坏的系数。
U
=0
a-da
=1?
图2分析起始分布时的等效电路
=10
绕组首端坐标x=0,入波为直角波Uo,x=1为绕
a)中性点接地
(b)中性点绝缘
组末端。当x增大时,电压下降,dx为正,da为负。若
图3起始电压分布
P点处相应为x,此点电压为a,M点处为x+dz,相
应电压为-dh,PI单元上电压为dm。设K为单位3简易雷电沖击软件的设计
长度的纵向电容,则dx上的纵向电容为K/dx,C为
从上面的分析可以看出,雷电冲击的波过程对
单位场地对地电容,则dx上的对地电容为Cdx,所于电压等级较高的变压器绕组电位梯度的影响还是
以PM单元上的电荷为:
很大的。目前,最新颁布的国家标准GB1094.3-2003
K
已将110kV及以上电压等级的电力变压器的雷电
冲击作为指定的例行试验。由此可以看出,雷电冲击
从P点漏向接地点的电荷dQ为
波过程计算是变压器可靠性设计必须考虑的。
d@=ucd
(2)
根据上面波过程电容等效电路,采用VB6.0
对式(1)求导,得
编写出在不同连接形式下的绕组的电位梯度及油道
(3)间的电位差的计算软件。其流程图如图4所
本计算软件界面简单,操作方便。在设计此软件
将式(2)代入式(3),整理得到
时,考虑到变压器绕组的形式及其每一绕组中的连
(4)
接形式,将每一绕组计算分为儿个段(考虑普通计算
式中,c=VK
C称为空间因数
的需要,共分6段,其余备用,计算时可选择段数)
分別连接不同的绕组形式,包括连接式、内纠结式、
式(4)是常微分方程,其通解为
外纠结式、全纠结式、跨2饼内屏蔽式、跨4饼内屏
蔽式。而每一绕组形式的双饼数在界面上输入,如图
下边利用边界条件确定A、B
5所
(a)变压器中性点接地情况
在填入各绕组形式下的双饼数及雷电起始电
中性点接地满足:x=0,L=;x=1,=0,将边界条压,并选择好了分段数和各个绕组形式后便可进入
件代入式(5)得:
B
图6中cs1、cs2、cs3、cs4、cs5、cs6框图内各个参
数为计算每种形式下的等效双饼电容参数。cg框
所以,U(x
(6)内参数为计算绕组对地等效电容(各形式下绕组?
地等效电容相等)。点击“计算cscg“按钮就可以在
(b)中性点绝缘情况
中性点绝缘满足:x=0,1=ao:x=1,Kdln/dx=0,将
左上角的csl、cs2、ces3、cs4、cs5、cs6、cg处得到计算
边界条件代入式(5)得:
值,需要计算多少种和串联的绕组就相应地计算几个
等效双饼电容值,然后进入下一步。
A
在前面将需要的数据都计算得到后,在图7中
所以,U(x
ea(H)+eai- r cha(l
(7)点击“计算各点电位及电位差”按钮,即进行各点电
位及各油道间的电位差计算,得到如图所示的画面,
式(6)、(7)即为冲击起始电压分布公式。炳式表明,然后点击“保存到”后可将计算得到的数据保存为文
离首端万婢娦点对地比压,沿绕组长度分布规律本文件,方便查看(如图8和图9所示)