【摘 要】
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气体绝缘变电站（GIS）中隔离开关分合闸操作时会产生上升时间为ns级,暂态频率高达MHz的特快速暂态过电压（Very Fast Transient Over-voltage,简称VFTO）。当VFTO侵入大型电力变压器等电气设备时,极易破坏电气设备的绝缘,给电力系统造成严重的经济损失。因为受现场环境的制约,目前直接开展VFTO下大型电力变压器绕组的绝缘实验条件要求很高,所以研究VFTO作用下的大型
【基金项目】
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国家自然科学基金“特快速暂态过电压下特高压变压器绕组的建模算法研究”（51207042）； 河北省自然科学基金“特快速暂态过电压下特高压电力变压器绕组的建模算法研究”（E2013202133）；
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气体绝缘变电站（GIS）中隔离开关分合闸操作时会产生上升时间为ns级,暂态频率高达MHz的特快速暂态过电压（Very Fast Transient Over-voltage,简称VFTO）。当VFTO侵入大型电力变压器等电气设备时,极易破坏电气设备的绝缘,给电力系统造成严重的经济损失。因为受现场环境的制约,目前直接开展VFTO下大型电力变压器绕组的绝缘实验条件要求很高,所以研究VFTO作用下的大型电力变压器绕组过电压分布具有重要的理论意义和工程价值。针对VFTO下大型电力变压器绕组过电压分布的研究,本文建立了高压变压器绕组的多导体传输线模型,分别在时域、频域、分数阶领域提出了三种计算其作用下过电压分布的方法,通过仿真与实际测量结果对比,验证了方法的正确性,最后针对大型电力变压器绕组过电压的防护提出了一些控制策略。方法一提出了基于精细龙格库塔法计算电力变压器绕组过电压分布的方法。在时域内采用欧拉公式对传输线方程进行空间离散,使用精细积分法求解线性常态状态方程组,得到VFTO作用下计算绕组末端过电压的公式。为了避免大量的矩阵运算,减少计算量,使用龙格-库塔迭代求解过电压公式中的积分项,并采用矢量匹配法和递归卷积处理频变参数。结果表明,精细龙格库塔法相比较于精细积分法,误差低至1.2%,计算时间减少了50.2%。方法二提出了基于导纳参数计算电力变压器绕组过电压分布的方法。将高压变压器每匝绕组视为单根传输线,在频域内根据短路导纳参数推导出绕组各匝的电压传输函数,进而计算出高压变压器绕组在VFTO作用下的过电压分布。结果表明,VFTO的特性会使变压器内部线圈承受的电压处于不均匀分布,在生产设计变压器结构时,应着重考虑变压器首端的绝缘措施,防止事故的发生。方法三提出了基于同伦分析法计算电力变压器绕组过电压分布的方法。将多导体传输线方程转换为二阶偏微分方程,把Caputo分数阶导数当作线性算子,在分数阶领域内使用同伦分析法求得大型电力变压器绕组多导体传输线模型的近似解。结果表明,基于分数阶导数线性算子的同伦法可以有效分析大型电力变压器绕组中过电压分布,为其计算提供了一种新的方法。
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