高电压技术_西南交通大学9 10 1--课件7 5_W

1、7.5变压器绕组中的波过程本节内容7.5.1变压器绕组中的波过程7.5.2旋转电机绕组中的波过程7.5.1变压器绕组中的波过程在雷电或操作冲击电压作用下，变压器绕组的主绝缘和纵绝缘可能受到很高的过电压而损坏。这种在冲击电压作用下产生的过电压，主要由绕组内部的电磁振荡过程和绕组之间的静电感应、电磁感应过程所引起。这两个过 程统称为变压器绕组的波过程。主要内容包括:单相变压器绕组中的波过程三相变压器绕组中的波过程变压器绕组之间的波过程37.5.1变压器绕组中的波过程1、单相变压器绕组中的波过程为简化计算，便于定性分析，略去绕组损耗和互感；并假定绕组的电感、纵向电容、对地电容都是均匀的分布参数，可得

2、变压器绕组的简化等效电路， 图7-25所示。图7-25 变压器绕组的等效电路47.5.1变压器绕组中的波过程当幅值为U0的无穷长直角波作用于图7-25 的等效电路时，由于电感作用t=0的初始瞬间支路中无电流，相当于电感支路开路。图7-26 t=0瞬间变压器等效电路此时等值电路可以进一步简化为仅由电容链组成，如图7-26。5由图7-26可列出微分方程du 2- a 2u = 0（7-46）dx2绕组末端接地时u = U0sha (l - x) sha (l)（7-47）a=C0绕组末端不接地时K 0为变压器绕组的空间系数。u = U0cha(l - x) cha(l)（7-48）7.5.1变压器

3、绕组中的波过程（7-46）的解为u = Aeax+ Be-ax其中al =C0 l =CK 0KC、K 分别为绕组的对地总电容、纵向总电容。6图7-27 表示了变压器绕组末端接地时的起始电位分布曲线。由图可见值越大，曲线下降越快，起始电位分布越不均匀；大部分电压降落在绕组首端附近；且在x=0处电位梯度du/dx最大。最大电位梯度 du du = -aU=alU0dx = dx0 l7.5.1变压器绕组中的波过程maxx=0U0/l 绕组的平均电位梯度。图7-27 绕组末端接地时的起始电位分布7变压器绕组在t=0时的特性由其纵向电容和对地电容组成的电容链决定。将式（7-48）代入式（7-49）得

4、C= K0 aU= K a=（7-50）入口电容是等值于整个电容链的，考虑到 K0，C0的关系，因T00U0C0 K0C K此它在U0 直角波作用下所吸收的电荷几乎等于绕组首端线饼纵向电容所吸收的电荷，即可见，变压器的入口电容即是绕组单位长度或全部的对地电容与纵向电容的几 均值，随其电压等级CU Qx=0= K du （7-49和容量而增大。）T00 dx x=07.5.1变压器绕组中的波过程87.5.1变压器绕组中的波过程(a)绕组末端接地时绕组电位分布(b)绕组末端不接地时绕组电位分布图7-28 绕组不同时刻电位分布97.5.1变压器绕组中的波过程图7-28表明绕组各点的电位由起始分布，经

5、过振荡达到稳态分布的过程。绕组各点的电位并非同时达到最大值。绕组末端接地时，最高电位出现在绕组首端附近，其值可达1.4U0。末端不接地时，最高电位出现在绕组末端，其值可达1.9U0。由于存在损耗， 实际最高电位低于上述数值。振荡过程中，绕组各点的电位梯度也会变化。2. 三相变压器绕组中的波过程三相变压器绕组波过程的规律同单相变压器绕组基本相同，只是随三相绕组的接线方式和单相、两相或三相进波的不同有所差异，分以下三种情况说明。107.5.1变压器绕组中的波过程（1）中性点接地星形联结（Y0）三相变压器的高压绕组为星形接线且中性点接地时，相间的互相影响不大，可以看作三个互相独立的末端接地的绕组。无

6、论是单相、两相或三相进波，其波过程没有什么差别，都可按照单相绕组末端接地的波过程处理。图7-29 Y接线变压器单相进波时的电位分布117.5.1变压器绕组中的波过程（2）中性点不接地星形联结（Y）三相变压器的高压绕组星形联结中性点不接地时，单相、两相、三相的波过程各不相同。当雷电波从A相单相侵入变压器时， 因为变压器绕组对冲击波的阻抗远大于线路的波阻抗， 在冲击波作用下， 其他两相绕组与线路连接处的电位接近于零，故可认为B、C两相绕组端点接地；起始电位分布受B、C 两相绕组并联的影响不大， 其中性点N的电位接近于零； 而稳态电位则按绕组电阻 大小分布，由于受B、C两相绕组并联的影响，成为一条折

7、线。设进波为幅值等于U0 的无穷长直角波， 且三相绕组的参数完全相同，则 中性点的稳态电位为1/3U0， 其起始电位与稳态电位之 差约为1/3U0，故在振荡过 程中，中性点N的最大对地 电位将不超过2/3U0 。127.5.1变压器绕组中的波过程（3）三角形联结（）当雷电波从A相单相侵入时，如图7-30所示， B、C两相端点相当于接地，因此AB、AC两相绕组中的波过程与末端接地时单相绕组波过程相同。当两相或三相进波时可用叠加法进行分析。3. 变压器绕组之间的波过程图7-30 三角形接线单相进波当冲击电压波侵入变压器某一绕组时，可在变压器的其他绕组上出现很高的感应过电压，这就是变压器绕组之间的波

8、过程。在某些条件下，变压器绕组之间的感应过电压可能超过低压绕组和连接在低压绕组上的电气设备的绝缘水平，造成绝缘击穿事故。13本节内容7.5.1变压器绕组中的波过程7.5.2旋转电机绕组中的波过程7.5.2 旋转电机绕组中的波过程旋转电机包括发电机、同步调相 机和大型电动机等,其与电网的连接方式有通过变压器与电网相连和直接与 电网相连两种。电机绕组就可以用波 阻抗和波速的概念来表征波过程规律。图7-31所示为某汽轮发电机绕组的波1单相进波；2三相进波阻抗随容量和额定电压的变化规律。图7-31 波阻抗随容量和额定电压的变化157.5.2 旋转电机绕组中的波过程波在电机绕组中将较快地衰减 和变形。波

9、到达中性点并再返回时， 其幅值已衰减很小了，其陡度也已 极大地变缓，因此，在估计绕组中 最大纵向电位差时，可认为主要是 侵入绕组的前行电压波造成的，并 且将出现在绕组首端。图7-32 波速随容量变化1单相入侵；2三相入侵图7-32所示为某汽轮发电机绕组的平均波速与容量关系，其平均波速随容量增大而减小。16若入侵波的陡度为，绕组匝长度为ltn， 平均波速为v，则作用在匝间绝缘上电压utn 分布如图7-33所示，由此可写出：ltn图7-33 匝间电压变化趋势utn= av（7-51）7.5.2 旋转电机绕组中的波过程从上式可知，匝间电压与入侵波陡度 成正比，当 很大时，匝间电压将超过匝间绝缘的冲击耐压值而发生击穿事故，试验表明，为了保护匝间绝缘，必须将入侵电压波陡度限制在5kV