用于特快速暂态分析的大型电力变压器线圈的宽频建模.pdf

中国科学 E 辑 : 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 10 期 : 1655 ~ 1662 SCIENCE IN CHINA PRESS 用于特快速暂态分析的大型电力变压器线圈的 宽频建模 杨钰, 王赞基* 清华大学电机系电力系统国家重点实验室, 北京 100084 * E-mail: wzj-dea@ 收稿日期: 2008-12-08; 接受日期: 2009-05-24 摘要 针对将多导体传输线(MTL)模型用于大型变压器整个绕组宽频带建模存在着的困 关键词 难, 本文首先推导了多导体传输线长度归一化的模型, 解决了由于实际线匝长度不一致带来 特快速暂态 传输线上模量计算上的困难, 并且可以将多导体传输线模型扩展应用到多绕组线圈的建模; 电力变压器 其次, 分析了以线匝为单元的集总参数电路模型相对于多导体传输线模型的误差, 指出前者 宽频建模 集总参数模型 用于大型超高压和特高压变压器建模的适用频率大致在 2.5 MHz 以内; 然后, 从多导体传 多传输线模型 输线二端口模型出发, 推导了一种以线匝为单元的新型集总参数等值电路模型, 该模型用 于大型超高压和特高压变压器线圈的建模, 其适用频率范围比原有的集总参数电路模型提 高近2 MHz. 多导体传输线(MTL)模型已经大量地用于大型 线饼中线匝长度之差可达20%左右. 这个问题不但在 电力变压器线圈的高频或宽频建模, 以便分析线圈 建立MTL 方程并计算方程系数矩阵时难以处理, 而 中的特快速暂态过电压(VFTO)[1~5]、局部电磁振荡[6] 且在求解MTL 方程时, 比如采用模量法解方程时存 [7] 和局部放电 等. 但是, 将MTL应用于大型变压器线 在很大困难. 多传输线模型用于 2 个或 2 个以上绕组 圈以线匝为单元的建模时存在一些还没有被充分注 建模存在更大困难, 这是因为不同绕组的线匝长度 意到的问题或者难以解决的问题. 差别更大. 第 1 个问题由变压器绕组线匝长度不等引起. 在 第 2 个问题是变压器绕组有很多线匝, 而求解大 MTL 模型中, 所有传输线是平行直线且等长度的. 但 规模MTL方程的复杂度甚高. 虽然有人提出将绕组 是变压器线圈的线匝是圆形的或近似矩形的且匝长 的一部分用MTL建模, 剩余的部分用一个终端集总 [8] [3] 不相等. 虽然平行传输线与大型同轴圆回路传输线 参数阻抗建模 或用一个黑匣子建模 , 但是困难在 的电磁场可以假设为相似的, 但是线圈中线匝长度 于如何在2 种不同的模型之间引入电耦合和磁耦合. 不相等却是不能忽略的. 大型变压器的线圈, 无论是 一个覆盖从数kHz 到数MHz 频率范围的宽频模型必 心式变压器还是壳式变压器, 多数是饼式线圈. 在现 须考虑所有线匝间存在的电磁耦合. 因此,