论文部分内容阅读
０．引言
变压器在正常运行中，要承受各种过电压的作用。实践证明，在导致变压器损坏的事故中雷击所占的比例是很大的。但雷电冲击波沿输电线侵入变电所后，尽管有避雷器等的保护，变压器绕组上仍将遭受到一定程度冲击波过电压的作用。由于这种外加冲击过电压波具有陡度大、时间短等特点，变压器绕组内部将产生复杂的电磁暂态过程，这个过程通常简称为波过程。在波过程中，将要在绕组的匝间、段间、饼间以及绕组对地部件之间引起振荡过电压，从而使局部场强大为升高并极易导致绝缘击穿［１］。因此，研究波过程的发生，计算出可能出现的过电压的幅值与发生部位，寻找合理的内部保护措施，设计出更加经济合理的绕组绝缘结构以确保变压器的安全运行。这就是研究变压器绕组波过程的主要任务。
1．雷电冲击波
雷电流的波形可以用一条双指数曲线来表示。
雷电波形用代数式表示为:
i=I0 （e-αt-e-βt） （2-1）
式中I0-雷电流强度参数，
α-波前衰减系数，
β-波尾衰减系数，
i-雷电流瞬时值。
α, β是雷电波形的两个重要的参数。但是由于其难于模拟，所以IEC规定雷电的波形用上升时间t1和半峰时间t2来表示，可以写为t1/t2 的形式。在峰值可比拟的情况下，对雷电波的模拟主要达到这两个指标［２］。不同的行业采用的标准雷电波的参数是不一样的。目前有10/350us、1.2/50us、8/20us、10/700us等标准波形。
2．设计软件
OrCAD/PSpice9.0是OrCAD公司和MicroSim公司合并后出的最新版本EDA软件系统。PSPICE A/D可执行的电路分析，大致上可以分为基本分析和高级分析两大类。
下面就用PSPICE仿真元件中的VPWL进行雷电波仿真试验。
3.标准雷电波冲击下变压器绕组的暂态响应
3．１首先对变压器的主绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
（1）变压器的中性点接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点接地时，变压器绕组暂态电压响应中的最大对地电压分布，出现在变压器绕组靠近中部处，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.4倍左右，最大电位电压的出现时间在2 s左右。
（２）变压器绕组的中性点不接地时，当雷电波侵入绕组首端时，绕组对地的暂态电压变化可以看出，当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中，线饼对地的最大电压，出现在变压器绕组末端，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.6倍左右，最大对地电位的出现时间在6us左右。
仿真结果分析
当冲击为标准雷电波全波时，总结以上情况下的变压器冲击响应的仿真结果，可以得出以下结论：
（1）变压器绕组中性点是否接地，绕组对地的最大暂态电压的出现位置及出现时间都受到很大影响。
（２）當绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的数值大于中性点接地时的对地暂态电压。
（３）绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的出现时间比中性点接地时的对地最大暂态电压的出现时间要晚的多。
3．２电容补偿后冲击暂态响应
增大纵向电容，观察仿真后与原来有何区别。
首先对变压器的主绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
（1）变压器的中性点接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点接地时，变压器绕组暂态电压响应中的最大对地电压分布，出现在变压器绕组靠近中部处，其数值接近雷电标准全波的最大电位值，最大电位电压的出现时间在5 s左右。
（２）变压器的中性点不接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中，线饼对地的最大电压，出现在变压器绕组末端，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.6倍左右，最大对地电位的出现时间在6us左右。
（３）对变压器绕组的纵绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
变压器绕组的中性点不接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组两端的电压降落变化可以看出，补偿后当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中的线饼间的最大电压，出现在变压器绕组首端，最大对地电压的出现时间在1.2us左右，即雷电波的幅值最高时刻。
3．3仿真结果分析
当冲击为标准雷电波全波时，总结以上两种情况下的变压器冲击响应的仿真结果，可以得出以下两点结论：
（1）当绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的数值大于中性点接地时的对地暂态电压。
（２）变压器绕组中性点是否接地，对绕组饼间的最大暂态电压的出现位置及出现时间有很大影响。中性点接地时绕组饼间电压远远高于中性点不接地时的电压。
4.仿真波形比较分析
将上述两组仿真结果进行比较，我们可以看出：
4．１补偿后的绕组暂态响应的对地电压分布，在中性点接地时，其电压波形与补偿前的相比，有了很大的改善；中性点不接地时，电压波形与补偿前相比，变化也很明显，达到了补偿效果。
4．２补偿后的绕组暂态响应的饼间电压分布，在中性点接地时，其电压波形与补偿前的相比，变化不是很大；而在中性点不接地时，饼间电压得到了极大的改善，补偿效果相当明显。
通过上述比较，我们可以看出，补偿后，绕组对地的暂态电压得到了很大的改善。对地的暂态电压的波形明显比补偿前的要缓和均匀得多，证明，当绕组的串联电容（纵向电容）增大后，对地电容（横向电容）的影响就相对减小了，从而使电压分布得到了改变，对绕组绝缘起到了保护作用。■
【参考文献】
［１］路长柏.电力变压器绝缘技术[M].哈尔冰工业大学出版社.1997.
［２］ChpothhckhhJI高电压工程 III（1），北京：中国轻工业出版社，1964.
变压器在正常运行中，要承受各种过电压的作用。实践证明，在导致变压器损坏的事故中雷击所占的比例是很大的。但雷电冲击波沿输电线侵入变电所后，尽管有避雷器等的保护，变压器绕组上仍将遭受到一定程度冲击波过电压的作用。由于这种外加冲击过电压波具有陡度大、时间短等特点，变压器绕组内部将产生复杂的电磁暂态过程，这个过程通常简称为波过程。在波过程中，将要在绕组的匝间、段间、饼间以及绕组对地部件之间引起振荡过电压，从而使局部场强大为升高并极易导致绝缘击穿［１］。因此，研究波过程的发生，计算出可能出现的过电压的幅值与发生部位，寻找合理的内部保护措施，设计出更加经济合理的绕组绝缘结构以确保变压器的安全运行。这就是研究变压器绕组波过程的主要任务。
1．雷电冲击波
雷电流的波形可以用一条双指数曲线来表示。
雷电波形用代数式表示为:
i=I0 （e-αt-e-βt） （2-1）
式中I0-雷电流强度参数，
α-波前衰减系数，
β-波尾衰减系数，
i-雷电流瞬时值。
α, β是雷电波形的两个重要的参数。但是由于其难于模拟，所以IEC规定雷电的波形用上升时间t1和半峰时间t2来表示，可以写为t1/t2 的形式。在峰值可比拟的情况下，对雷电波的模拟主要达到这两个指标［２］。不同的行业采用的标准雷电波的参数是不一样的。目前有10/350us、1.2/50us、8/20us、10/700us等标准波形。
2．设计软件
OrCAD/PSpice9.0是OrCAD公司和MicroSim公司合并后出的最新版本EDA软件系统。PSPICE A/D可执行的电路分析，大致上可以分为基本分析和高级分析两大类。
下面就用PSPICE仿真元件中的VPWL进行雷电波仿真试验。
3.标准雷电波冲击下变压器绕组的暂态响应
3．１首先对变压器的主绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
（1）变压器的中性点接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点接地时，变压器绕组暂态电压响应中的最大对地电压分布，出现在变压器绕组靠近中部处，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.4倍左右，最大电位电压的出现时间在2 s左右。
（２）变压器绕组的中性点不接地时，当雷电波侵入绕组首端时，绕组对地的暂态电压变化可以看出，当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中，线饼对地的最大电压，出现在变压器绕组末端，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.6倍左右，最大对地电位的出现时间在6us左右。
仿真结果分析
当冲击为标准雷电波全波时，总结以上情况下的变压器冲击响应的仿真结果，可以得出以下结论：
（1）变压器绕组中性点是否接地，绕组对地的最大暂态电压的出现位置及出现时间都受到很大影响。
（２）當绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的数值大于中性点接地时的对地暂态电压。
（３）绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的出现时间比中性点接地时的对地最大暂态电压的出现时间要晚的多。
3．２电容补偿后冲击暂态响应
增大纵向电容，观察仿真后与原来有何区别。
首先对变压器的主绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
（1）变压器的中性点接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点接地时，变压器绕组暂态电压响应中的最大对地电压分布，出现在变压器绕组靠近中部处，其数值接近雷电标准全波的最大电位值，最大电位电压的出现时间在5 s左右。
（２）变压器的中性点不接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组对地的暂态响应电压变化可以看出，当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中，线饼对地的最大电压，出现在变压器绕组末端，其数值接近雷电标准全波的最大电位值1.6倍左右，最大对地电位的出现时间在6us左右。
（３）对变压器绕组的纵绝缘特性进行仿真，部分暂态响应波形图如下：
变压器绕组的中性点不接地时，当雷电波入侵绕组首端时，绕组两端的电压降落变化可以看出，补偿后当变压器绕组中性点不接地时，变压器绕组暂态电压响应中的线饼间的最大电压，出现在变压器绕组首端，最大对地电压的出现时间在1.2us左右，即雷电波的幅值最高时刻。
3．3仿真结果分析
当冲击为标准雷电波全波时，总结以上两种情况下的变压器冲击响应的仿真结果，可以得出以下两点结论：
（1）当绕组中性点不接地时，绕组对地的最大暂态电压的数值大于中性点接地时的对地暂态电压。
（２）变压器绕组中性点是否接地，对绕组饼间的最大暂态电压的出现位置及出现时间有很大影响。中性点接地时绕组饼间电压远远高于中性点不接地时的电压。
4.仿真波形比较分析
将上述两组仿真结果进行比较，我们可以看出：
4．１补偿后的绕组暂态响应的对地电压分布，在中性点接地时，其电压波形与补偿前的相比，有了很大的改善；中性点不接地时，电压波形与补偿前相比，变化也很明显，达到了补偿效果。
4．２补偿后的绕组暂态响应的饼间电压分布，在中性点接地时，其电压波形与补偿前的相比，变化不是很大；而在中性点不接地时，饼间电压得到了极大的改善，补偿效果相当明显。
通过上述比较，我们可以看出，补偿后，绕组对地的暂态电压得到了很大的改善。对地的暂态电压的波形明显比补偿前的要缓和均匀得多，证明，当绕组的串联电容（纵向电容）增大后，对地电容（横向电容）的影响就相对减小了，从而使电压分布得到了改变，对绕组绝缘起到了保护作用。■
【参考文献】
［１］路长柏.电力变压器绝缘技术[M].哈尔冰工业大学出版社.1997.
［２］ChpothhckhhJI高电压工程 III（1），北京：中国轻工业出版社，1964.