【《特快速暂态过电压VFTO国内外探究现状文献综述》3700字】

特快速暂态过电压VFTO国内外研究现状文献综述1.1国内外VFTO的主要研究方法目前国内外研究VFTO的方法主要有产品测量法、模拟测量法、仿真技术等。产品测量法是指对现实中实际的变压器线圈加VFTO波形，测得变压器绕组的电压响应。这种方法虽然能够比较直观的得出变压器绕组端部的电压响应，但对于线圈内部各点的电压响应却无能无力，在设计变压器阶段也没有办法使用[10-12]。模拟测量法是指在生产一种类型变压器之前，就先制造出来一台与之相对应的电磁模型，对其加VFTO进行测量，但此方法有一个致命的缺点是每制造一台新类型的变压器，就要生产出一台实体模型，浪费时间和金钱，因此限制了这种方法的发展[13-14]。仿真技术是指对变压器绕组进行建模，运用计算机编程或者软件搭建模型仿真的方法完成试验，进而完成对真实变压器模型的研究。此方法不但灵活方便，并且可以把一些无法实测的场合和一些苛刻的条件模拟出来，已被越来越多的国家使用[15-17]。1.2变压器发展自从1884年匈牙利制造出第一台变压器以来，已经有100多年的历史，其在各种行业得到了大量的应用，得到了快速的发展，电压已经达到百万伏级。电力变压器主要是油浸式，产品结构有芯式和壳式两大类。变压器的线圈主要有连续式、纠结式、内屏蔽式等类型，本节给出了连续式线圈的结构示意图如图1.2所示。变压器的主要功能是用在电压变换、隔离稳压、阻抗变换等，其原理是利用电磁感应定律来达到改变电压的目的。对于所属于变压器行业的公司，其供货公司主要是原材料供应商，例如硅钢片、铜材、变压器油等生产公司；其购买公司主要是国家电网、电力公司等。21世纪以来，随着我国工业化的进程加快，制造业的蓬勃发展，国内的变压器行业也进入了快速发展期，截止2019年我国的变压器产量达到了17.56亿千伏安。目前随着电力需求的不断增加，作为输电系统的重要设备变压器也要不断的进行创新和改革。首先向大容量、高电压、高可靠性发展。目前的变压器大多为220-500kV变压器，趋势是向750kV、1000kV发展，这样才能满足长距离输电；其次是向环保型发展。由于变压器在运行中会产生噪声，以及损耗过大，以后的发展方向是降低噪声、减少不必要的损耗等；最后变压器保护技术更加智能化、技术化。随着我国科学技术的发展，各行各业都向着智能化、自动化发展，电力变压器的保护技术也不能落后，也要向着智能化、自动化发展，以达到更好地为人民服务。图1.2连续式线圈Figure1.2Continuouscoil1.3变压器绕组建模的主要方法研究VFTO对变压器绕组绝缘的影响，首先得对变压器绕组进行建模，经过科研工作者的研究，取得了一定的进展。目前针对变压器绕组建模大概分为三种：集中参数模型、集中-分布参数混合模型、分布参数模型[18-20]。集中参数模型：变压器线圈被划分为若干单元，把每单元用集中电感、电容、电阻来表示。但它的适用频率范围比较窄，在低频和中频情况下的建模效果还可以，但在高频情况下的效果就大大折扣。单元集总参数等值电路如图1.3所示。图1.3单元集总参数等值电路Figure1.3Equivalentcircuitofunitlumpedparameters图1.3中纵向电阻R和自感L串联组成电感性支路；电容C与电导G并联组成纵向电容性支路，图中的代表对地电容平均分成两半接在单元两端。集中-分布参数混合模型：把变压器绕组分为两部分，对其重点研究的部分采用分布参数模型进行建模，对其它线饼采用集中参数模型进行建模，这样虽然避免了大量的计算，但变压器绕组中的电磁场是紧密耦合的，这样建模的话破坏了电磁场的连续性，结果就容易产生偏差。分布参数模型：以变压器线匝为单元，每一匝看成一根传输线，根据线匝的电气连接顺序，求得变压器绕组上电压与时间和空间的关系。当需要考虑参数的频变效应时，可以在频域中计算电压的响应。这种模型更加准确，并且适应于高频情况下，更能反映出VFTO作用下变压器绕组内过电压分布的规律。1.4国内外VFTO的研究状况变压器线圈在VFTO作用下的过电压分布大致可以从波过程和电磁耦合两方面进行描述。当线圈的长度相比较于过电压波长不能忽略的时候，过电压在线圈中的分布是不均匀的，会产生明显的波传播过程，再加上线匝处的电磁参数不连续会导致过电压波的折反射，加剧波的传播过程。又由于变压器绕组间存在电磁耦合，线圈中的电压、电流相互感应，造成变压器的过电压分布更加复杂，而且还可能引发电磁振荡现象[21-26]。1996年，王赞基提出了一种将多导体传输线与集中参数电路相结合的模型，靠近入波处的前k匝采用多导体传输线模型，其余匝数采用集中参数电路模型[27]。1997年，S.fujita采用脉冲电压和正弦电压对500kV变压器绕组中由于VFTO引起的电压振荡现象进行了研究分析[28]。1998年，N.hosokawa等人对利用变压器电容来控制变压器VFTO的幅值，并且对初始突变电压和振荡电压的幅值进行了评估[29]。2001年，Y.Shibuya等人利用变压器绕组的几何形状得到绕组的电感矩阵，以此来评估变压器的谐振特性[30]。2003年，周程采用降阶算法去求解变压器绕组的多导体传输线模型，有效地提高了计算时间[31]。2004年，梁贵书等人利用4395A网络分析仪测得各饼的散射参数，计算得到电压的传输函数，以此来仿真变压器绕组末端的电压响应[32]。2007年，MarjanPopov等人对层式变压器绕组中特快速暂态过电压的测量、建模和仿真进行了研究，并应用多导体传输线理论对变压器层和匝进行了过电压的计算[33]。2010年，杨钰提出了一种频域分段算法。该算法以4MHz频率作为分界点，在4MHz以上的频率采用简化的MTL模型；在该频率以下，采用新型RLC电路模型建模[34]。2011年，张萍提出了利用模糊神经网络计算变压器绕组分布参数，仿真发现考虑频变参数的计算方法精度更高[35]。2012年，张萍又提出了基于Lax-Wendroff差分法计算VFTO作用下的变压器绕组的计算公式。该方法使用三阶精度的Lax-Wendroff差分法求解多导体传输线方程，采用矢量匹配法处理频变参数[36]。2013年，刘教民提出了一种基于时域有限元的特快速暂态过电压计算方法。该方法把集中参数元件当做一个有限元，在相关约束条件下求得传输线电压的关系式，该方法的特点是可以得到沿线所有点的电压离散值[37]。2014年，张广博对变压器绕组进行了分数阶建模，该方法考虑了参数随频率的依赖性，运用数学上的方法得到了绕组分数阶集中参数模型[38]。2015年，李文辉提出了采取改善铁芯、使用纠结式绕组、带并联电阻开关来控制过电压对变压器绕组绝缘的影响[39]。2016年，S.J.Raman提出了采用时域电场积分方程对变压器绕组的VFTO进行全波建模[40]。2017年，MehdiBabaei研究了当VFTO频率与电力变压器的固有频率重合时，变压器绕组内会发生谐振，并提出了用最大电容和最小电阻尺寸的一阶抑制器来控制VFTO对变压器绕组绝缘的影响[41]。同年，高世强提出了分数阶时域有限元法对变压器绕组过电压进行计算，该方法把变压器绕组的频变项用Caputo分数阶微分表示[42]。2018年，范心一提出了基于耦合系数的多导体分区策略。把波形松弛算法运用到过电压计算当中，通过与时域有限元法相结合，推导出变压器绕组多导体偏微分方程，进行时域求解[43]。2019年，伏传顺提出了基于ActiveX技术自动建模，求取变压器绕组电容参数的方法。该方法相比较于传统的电容求解方法，减少了计算时间[44]。2020年，柯学志利用EMTP软件搭建VFTO仿真模型，研究发现VFTO可以在变压器绕组内部以“沿线传输”和“电容耦合”两种方式同时传输，并通过绕组与铁芯之间、铁芯内部的电容耦合到铁芯接地线上，使变压器铁芯接地信号中出现VFTO脉冲[45]。参考文献文澄闵.特高压建设,电从远方来[J].产城,2021(01):70-71.H.Bian,M.Cao,Z.Kaietal.FilteringfortheInterferenceSignalCausedbyGroundingPotentialDifferenceinHigh-VoltageDisconnector[J].IEEESensorsJournal,2021,21(6):7768-7775.G.Hoogendorp,M.Popov,L.vanderSluis.ApplicationofHybridModelingforCalculatingInterturnVoltagesinTransformerWindings[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2009,24(3):1742-1744.Y.Yang,Z.J.Wang.BroadbandFrequencyResponseAnalysisofTransformerWindings[J].IEEEtrans.onDielectricsandElectricalInsulation,2012,19(5):1782-1790.

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