哈工大高电压技术 6 变压器绕组的波过程-16教材

1、第五节第五节 绕组中的波过程绕组中的波过程 单相绕组中的波过程单相绕组中的波过程 变压器对过电压的内部保护变压器对过电压的内部保护 三相绕组中的波过程三相绕组中的波过程 波在变压器绕组间的传递波在变压器绕组间的传递变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程1) 1) 绕组的接法绕组的接法 星形星形(Y)(Y)或三角形或三角形( ()； 2) 2) 中性点接地方式中性点接地方式( (接地还是不接地接地还是不接地) )； 3) 3) 进波情况进波情况( (一相、两相或三相进波一相、两相或三相进波) )。分析变压器绕组的主绝缘和纵绝缘上出现的过电压可能达分析变压器绕组的主绝缘和纵绝缘上出现的过电压可能

2、达到的幅值和波形是变压器绝缘结构设计的基础到的幅值和波形是变压器绝缘结构设计的基础 变压器绕组中的波过程与下列三个因素有很大的关系：变压器绕组中的波过程与下列三个因素有很大的关系：只需研究单相绕组中波过程的两种情况：只需研究单相绕组中波过程的两种情况： 1)1)采用采用Y Y接法的高压绕组的中性点直接接地（任何一相接法的高压绕组的中性点直接接地（任何一相进来的过电压都在中性点入地，对其他几相没有影响）进来的过电压都在中性点入地，对其他几相没有影响） 2)2)中性点不接地，但三相同时进波（各相完全对称）。中性点不接地，但三相同时进波（各相完全对称）。一、单相绕组中的波过程一、单相绕组中的波过程为

3、了便于分析，通常作如下简化：为了便于分析，通常作如下简化： 1)1)假定电气参数在绕组各处均相同（即绕组均匀）；假定电气参数在绕组各处均相同（即绕组均匀）；2)2)忽略电阻和电导；忽略电阻和电导； 3)3)不单独计如各种互感，而把它们的作用归并到自感中不单独计如各种互感，而把它们的作用归并到自感中 得如图所示的单相绕组波过程简化等值电路：得如图所示的单相绕组波过程简化等值电路：单绕组波过程等值电路单绕组波过程等值电路,KCL 分 别 是 绕分 别 是 绕组长度组长度 的等值纵的等值纵向（匝间）电容，对向（匝间）电容，对地电容和电感地电容和电感x其波方程可表示如下其波方程可表示如下2220220

4、0Cd ud uuudxKdx00CK对于末端接地的绕组，对于末端接地的绕组，x x=0, =0, u u= =U U0 0； x x= =l l, ,u u=0,=0,有有根据绕组末端（中性点）接地方式的边界条件，可以得到电压起始分布表达式。根据绕组末端（中性点）接地方式的边界条件，可以得到电压起始分布表达式。0()( )shlxu xUsh l对于末端不接地的绕组，对于末端不接地的绕组，x x=0, =0, u u= =U U0 0； x x= =l l,d,du u/d/dx x( (x x= =l l)=0,)=0,有有0()( )chlxu xUch l初始电压分布初始电压分布)(|

5、000llUUdxdux无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕组首端，其值为组首端，其值为 是代表变压器冲击波特性的一个很重要的指标，是代表变压器冲击波特性的一个很重要的指标， 越大，越大，初始分布越不均匀，故初始分布越不均匀，故 越小越好。越小越好。稳态电压分布稳态电压分布对于末端接地的绕组对于末端接地的绕组0( )(1)xuxUl对于末端不接地的绕组对于末端不接地的绕组0( )uxU在由电感、电容构成的复杂回路中，从电压的初始分布到在由电感、电容构成的复杂回路中，从电压的初始分布到达最终稳态分布，必然经过一个过渡过程，会出现一系

6、列达最终稳态分布，必然经过一个过渡过程，会出现一系列电磁振荡，这个振荡有一定的阻尼制约。电磁振荡，这个振荡有一定的阻尼制约。过渡过程过渡过程在无阻尼状态下，绕组各点在振荡中所能达到的最大电压在无阻尼状态下，绕组各点在振荡中所能达到的最大电压将遵循下式的规律将遵循下式的规律 。将各点最大电压值。将各点最大电压值用曲线连起来，即可得到一条用曲线连起来，即可得到一条 的包络线。的包络线。初始稳态最大UUU2maxu下图中分别画出了中性点接地和不接地的变压器绕组中的电压初始分布、下图中分别画出了中性点接地和不接地的变压器绕组中的电压初始分布、稳态分布和各点的稳态分布和各点的 包络线。包络线。maxu振

7、荡过程中绕组的电压分布振荡过程中绕组的电压分布（a a）绕组末端接地；（）绕组末端接地；（b b）绕组末端不接地）绕组末端不接地将振荡过程中绕组各点出将振荡过程中绕组各点出现的最大电压连成曲线，现的最大电压连成曲线，得到最大电压得到最大电压 包络包络线线3 3maxu实际定性分析时，将电压实际定性分析时，将电压稳态分布曲线稳态分布曲线2 2与起始分与起始分布曲线布曲线1 1的差值叠加到稳的差值叠加到稳态分布曲线态分布曲线2 2上得到曲线上得到曲线4 4，即无损耗时的即无损耗时的 包包络线，近似描述绕组中各络线，近似描述绕组中各点的最大电压值点的最大电压值maxu末端接地，最大电压出现在绕组首端

8、约末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3l/3处，值达处，值达1.41.4U U0 0；末端不接地，最大电压出现在绕组末端约末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3l/3处处, ,值达值达1.91.9U U0 0振荡过程中绕组的电压分布振荡过程中绕组的电压分布（a a）绕组末端接地；（）绕组末端接地；（b b）绕组末端不接地）绕组末端不接地绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波形有关。绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波形有关。过电压波的波前时间越长、则振荡过程的发展就比较和缓，绕组过电压波的波前时间越长、则振荡过程的发展就比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电

9、位梯度都将较小，所以设法降低入各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将较小，所以设法降低入侵过电压波的幅值和陡度对于变压器绕组的主绝缘和纵绝缘都有侵过电压波的幅值和陡度对于变压器绕组的主绝缘和纵绝缘都有很大的好处，这是变压器外部保护所应承担的任务，通常通过变很大的好处，这是变压器外部保护所应承担的任务，通常通过变电所进线段保护来实现。电所进线段保护来实现。对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。这就是为什么变压器类电对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。这就是为什么变压器类电力设备在高压试验中要进行力设备在高压试验中要进行截波试验截波试验的理由，的理由，冲击截波冲击截波就是实际就是实际运行中可能出现的最接近

10、于直角短波的严重波形。运行中可能出现的最接近于直角短波的严重波形。变压器的过电压保护变压器的过电压保护变压器内部结构上进行过电压保护的思路包括两个方面：变压器内部结构上进行过电压保护的思路包括两个方面：1)1)减弱振荡减弱振荡2)2)使绕组的绝缘结构与过电压的分布状况相适应使绕组的绝缘结构与过电压的分布状况相适应“非共振变压器非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能接的基本原理是使电压的初始分布尽可能接近稳态分布，因而从根本上消除或削弱振荡的根源，其措近稳态分布，因而从根本上消除或削弱振荡的根源，其措施包括：施包括：( (一一) )补偿对地电容电流（横向补偿）补偿对地电容电流（横向补偿

11、）( (二二) )增大纵向电容（纵向补偿）增大纵向电容（纵向补偿）三相绕组中性点接地方式、绕组的连接方式和进波过程不同，则波的三相绕组中性点接地方式、绕组的连接方式和进波过程不同，则波的振荡过程不同振荡过程不同( (一一) Y) Y0 0接线方式，三相间影响小，可看作三个单相绕组的进波过程接线方式，三相间影响小，可看作三个单相绕组的进波过程( (二二) Y) Y接线方式接线方式如果三相同时进波，中性点处的最大电压可达首端电压的两倍左右如果三相同时进波，中性点处的最大电压可达首端电压的两倍左右仅有一相进波，中性点稳态电压为仅有一相进波，中性点稳态电压为U U0 0/3, /3, 最大电压最大电压

12、2/3 2/3 U U0 0( (三三) ) 接线方式接线方式振荡中最大电压在绕组中部，数值接近振荡中最大电压在绕组中部，数值接近2 2U U0 0 三、三相绕组中的波过程三、三相绕组中的波过程( (一一) )静电感应（电容传递）静电感应（电容传递）通过绕组之间的电容耦合而传递过来。通过绕组之间的电容耦合而传递过来。只要用一只阀式避雷器只要用一只阀式避雷器FVFV接在任一相出线端上，就能为整个三相绕接在任一相出线端上，就能为整个三相绕组提供保护。组提供保护。( (二二) )电磁感应（磁传递）电磁感应（磁传递） 因磁耦合产生。低压绕组的耐冲击强度相对较高，高压绕组进波不因磁耦合产生。低压绕组的耐

13、冲击强度相对较高，高压绕组进波不会对低压绕组产生影响，而当低压绕组进波时，则可能在高压绕组会对低压绕组产生影响，而当低压绕组进波时，则可能在高压绕组中引起危险。依靠紧贴每相高压绕组出线端安装的三相避雷器对过中引起危险。依靠紧贴每相高压绕组出线端安装的三相避雷器对过电压进行保护。电压进行保护。四、波在变压器绕组间的传递四、波在变压器绕组间的传递小小 结结变压器变压器绕组中的波过程与输电线路中的波过程有很大的差绕组中的波过程与输电线路中的波过程有很大的差别，应以一系列振荡形成的驻波的方法来探讨。别，应以一系列振荡形成的驻波的方法来探讨。 无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕无论中性点

14、接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕组首端，其值为组首端，其值为 末端接地，最大电压出现在绕组首端约末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3l/3处，值达处，值达1.41.4U U0 0；末端不接地，最大电压出现在绕组末端约末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3l/3处处, ,值达值达1.91.9U U0 0 绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波形有关；对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。形有关；对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。 )(|000llUUdxdux“非共振变压器非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能的基本原理是使电压的初始分布尽可能接近稳态分布，因而从根本上消除或削弱了振荡的根源。接近稳态分布，因而从根本上消除或削弱了振荡的根源。 随着三相绕组的接法、中性点接地方式和进波情况的不同，随着三相绕组的接法、中性点接地方式和进波情况的