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超高压系统中变压器绕组的起始暂态过电压的震荡特性

摘要

接入超高压网络的电力变压器在运行中经受着接入点各种各样的扰

动。现在的任务是探讨在各种扰动下或许会在变压器绝缘上发展的电压应

力。大量的标准和非标准波形，像雷电波，截断雷电波，前沿抖波尾长的

操作过电压波，以及震荡的暂态过电压等，模拟显示了运行在印度电网的

400千伏超高压电力变压器的情况，确定这些干扰怎样使绕组绝缘的电压

升高。印度电网的某些部分和变压器已经使用替代瞬态程序(ATP)建模。它

已经建立了瞬变振动系统，能触发变压器高压绝缘应力的自然共振频率。

绕组的暂态电压响应短时傅立叶变换(特性)分析证实强迫共振的共振频率

的存在。已经提出了一些补救措施包括绕组设计变更克服这个问题。关键

字震荡变压器绝缘非标准激励共振

1引言

运行在高电压网络的变压器常常会遇到来自连接点的各种波形复杂多

变的干扰，这会引起变压器内部电压远远高于正常运行电压。在对1968

年和1971年之间，美国电力公司对几个大型的超高压变压器介电失败的

一系列报道后重新注意到电力变压器绕组的暂态过电压响应。电力系统暂

态电压的波形通常是不确定的，且常常是震荡的。变压器的介电检测标准

[5]传统规定为基于脉冲式电压波形的形状,这被认为足够在实际应用中进

行变压器绕组的过电压模拟计算。因此，变压器的设计者绕组在标准脉冲

电压波形冲击下的响应。然而本文关注的是变压器绕组在各种标准及非标

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准的终端励磁电压，如雷电冲击电压，截断雷电波，前沿陡且波尾长的操

作过电压和系统起始暂态震荡过电压的响应，通过实验研究印度电网

400/200/132千伏超高压电力变压器发展的高频运行的ATP模型揭示了变

压器绕组在这些励磁电压下可能发生的过电压的比较评估。研究旨在分析

内部电压放大的性质和前面提到的这些各种各样的终端干扰下变压器一

次和二次绕组的绝缘特性,并评估,是否标准测试冲击波形[8]能充分代表最

糟糕的条件变压器所可能承受的最大过电压,或者是其他非标准形状的电

压波包括震荡的暂态过电压是否会对绕组绝缘产生更严重的过电压情

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况。

2400kv变压器的高频EMTP模型的发展

对于电压器内部暂态现象的调查研究，作者基于变压器的几何位臵和

配臵提出了一个有关400/220/132kV变压器的集总参数的高频电路模型。

线圈用线圈集中参数表示，目前看来也确实达到了目的。图1表示了一个

很完整的高频模型。

图1400/220/132kv变压器的先进的EMTP模型

在该模型中，仔细考虑后确定了下面的参数：

线圈绕组的自阻抗和互阻抗—磁导率是由运行条件决定的常量，这种

假设在变

压器不运行在饱和范围的附件成立。

阻抗计算中考虑了线圈的高频等值阻抗。

所有绕组之间的容抗根据静电守恒定律计算。

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线圈对地电容基于线圈，铁心柱，金属帽组成了圆柱形的静电系统。

然而，线圈与不跟它直接相连的线圈之间的小电容，变压器的悬浮电

容并没考虑进去，因为不能精确地确定它们的值，但它们对系统也有小的

影响。

附录A中给出了建模时所用变压器的出厂值。

通过比较变压器实际频率响应和仿真模拟的频率响应特性，证实了本

文提出建

模方式是有效的。在高压测试中记录的小的冲击脉冲电压和响应高压

绕组中性点电流波形，可以得到变压器冲击试验的绕组（中性点电流/实际

冲击电压）的低频响应。这种方法得到的结果和建模得到的频率响应非常

相近，有相同的震荡峰值和震荡时间，如图2所示。由于准确度对测得结

果的有效性要求非常严格，附录中展示了另一种模型响应和实际测得值的

比较。

3变压器绕组的频率响应

在确定绕组的频率响应时，变压器每相端子加400/3kv，频率范围为0

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