特快速暂态下变压器线圈的集中参数混合模型.PDF

2006年9月 重庆大学学报(自然科学版) Sep．2006 第29卷第9期 Journal of Chongqing University(Natural Science Edition) Vo1．29 No．9 文章编号：1000—582X(2OO6)09—0038-06 特快速暂态下变压器线圈的集中参数混合模型 陈伟根，胡金星，王有元 (重庆大学 电气工程学院 高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆 400030) 摘 要：由于GIS中开关的投切产生的特快速暂态过电压对变压器的绝缘危害极大，为了有效仿真 线圈中的快速暂态过程，提出了一种以单匝中并联导线为单元支路和以2段线匝为单元支路相结合的 集中参数混合线圈模型．基于准静态电磁场，拓扑网路的大小和参数与变压器的结构和特性有关，网络 中的电感和电容等参数是无源和线性的，但它们与传播电磁波的介质有内在的联系．给出了参数的计算 方法．通过对模型的仿真分析得到了线匝之间的电位梯度，为线圈的绝缘设计提供了依据． 关键词：特快速暂态；混合模型；准静态；线圈 中图分类号：TM861 文献标识码：A 气体绝缘组合电器(GIS，Gas Insulated Switch— 提到段间详尽模型迭加m个段内的黑匣子模型的混 gear)中隔离开关的分合闸过程中形成快速暂态过电 合线圈模型，很好地解决了同一线圈中采用不同结构 压(Very Fast Transient Over—voltage)．当变压器通过套 型式(如纠结和连续饼式)的问题，但是特高频的起始 管、架空线或电缆直接或间接地与GIS相连时，VFTO 电压是基于高频下的计算结果，黑匣子模型与段间模 将作用在变压器线圈上，对变压器绝缘形成危害．目 型没有电磁上的联系．日本学者 Yoshikazu Shibuya 前，一般认为vFro中的2种情形将有可能损害变压 等 ¨提出在传统的集中参数模型的基础上，提出以匝 器的绝缘： 对匝的集中参数为基础的匝间集合模型，其以单匝为 1)陡波前阶跃冲击电压(ns级)，将在线圈中形成 基础的参数计算非常准确，但为了减少计算时间的多 极不均匀的电压分布，大部分电压降落在人波端的3— 匝集合模型，没有考虑实际的线圈是有多导线并联绕 4段线饼上，电位梯度极大． 制的，而且多采用纠结式结构，单匝间的并联导线所处 2)由电容较大的外部装置引起的低频谐振(振频 的几何位置不同，则其电容和电感值不同． 0．1—10 MHz)，有可能引起线圈中局部电磁振荡，产 根据实际的变压器线圈结构特点，基于前人的研 生过电压 】． 究成果，笔者提出了一种以单匝中的并联导线为支路 要分析上述2种情形对变压器的影响，由于在如 和以2段线饼为支路的集中参数混合电路模型来近似 此高的频率下的空间波长已经远远小于传统线圈暂态 模拟线圈中的波过程，网路的大小和参数与变压器的 模型单元支路的线段的长度，所以传统的单饼或双饼 结构和特性有关，准静态条件，磁场相互独立，没有电 线匝的等效电路已经不够准确了．而且由于其假设的 磁波传播，但 和C等参数与传输电磁波的介质有内 前提条件是在1段或2段线匝内，电压是线性分布的， 在的联系．单线单匝模型可以准确识别导线在线圈中 故它们无法去计算匝间的过电压．必须应用波过程理 的几何位置，从而得到正确的参数计算值，结合2段模 论来分析其影响，关键参数是线匝的波阻抗、匝间的传 型可以减少仿真计算时间．对以2段线饼为基本支路 播时间和反射，显然这是非常困难的．对此，国内外做 的模型在截波冲击电压进行了仿真分析．所得的线圈 过大量工作，也得到很多不同的模型．清华大学王赞基 人波端的电压波形与实测的电压波形基本相近．