vfto下变压器绕组多导体传输线模型时域研究

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1、VFTO下变压器绕组多导体传输线模型时域研究　　摘要：为了对特快速暂态过电压（VFTO）对电力变压器的影响进行分析和研究，提出了超高压电力变压器绕组的多导体传输线模型。本文通过建立电力变压器绕组的多导体传输线模型及其计算公式，来更好的研究特快速暂态过电压在电力变压器绕组中的电位分布。本文采用相关方法，对较简单的传输线系统进行了求解，对电力变压器绕组的多导体传输线模型进行了分析计算，并将计算结果与EMTP仿真结果进行比较，验证了本文的计算方法的有效性和可行性，本文方法还可用于实际特高压电力变压器绕组的时域仿真分析。关键词：电力变压器；多导体传输线模型；时域有限差分法；EMTP中图分类号：F40

2、7.61文献标识码：A文章编号：0引言8在电力变压器的运行过程中，其绕组中有时会有特快速暂态过电压（VFTO）传播。其基本原理是：气体绝缘变电站(GIS)中，切合隔离开关的触头运动速度相对缓慢，隔离开关触头在切合容性电流过程中，触头间将会形成冲击波，该冲击波上升时间很短。由于现在电力系统变电站结构的越来越小、气体绝缘变电站(GIS)中各部件的波阻抗不相同和SF6气体的特殊性质，在气体绝缘变电站(GIS)内部，该冲击波经过数次快速折射及反射，形成了所谓的特快速暂态过电压(VeryFastTransientOver—voltage，简称VFTO)的快速暂态信号。这种快速暂态信号会在电力变压器绕组

3、的匝间形成极不均匀电压，并最终可能导致谐振过电压[1,2]。当快速暂态信号在电力变压器的绕组中传播时，会严重危害电力变压器绕组绝缘及匝间绝缘，甚至会导致绕组的绝缘击穿，所以准确分析快速暂态过电压（VFTO）下电力变压器绕组的电位分布，对电力变压器的绕组绝缘的防护和监测具有非常重要的实际意义，同时也可为进一步研究改进电力变压器的绝缘设计提供理论依据。多导体传输线的可以采用时域和频域分析来进行分析求解。电力变压器绕组波过程情况研究的最根本前提是正确建立电力变压器绕组的仿真计算模型。由于特快速暂态过电压（VFTO）的频率较高且频率成分非常复杂，传统分析电力变压器的集中参数电路模型已经不再适用，为此

4、，多导体传输线模型采用分布参数能够非常有效解决问题[3,4]。8为了使电力变压器绕组形成以匝为单位的多根传输线，本文中将电力变压器的绕组模型在其换位位置处打开，这样，在特快速暂态过电压（VFTO）下，可以较易建立多导体传输线的数学模型，利用时域有限差分法（FDTD）并结合多导体传输线的数学模型和边界条件，对电力变压器绕组的暂态电位分布进行数值求解。初步验证时采用简单的两根首尾互联的导线来模拟电力变压器绕组多导体传输线模型，并在时域内对其进行计算，用电力系统电磁暂态仿真软件EMTP进行仿真，验证结果表明本文所述方法准确、有效、易行。本文所用算法也可用于实际电力变压器绕组的建模与仿真计算。1电力

5、变压器系统的多导体传输线数学模型分析、建立及求解1.1模型的建立为了能够阐述建立电力变压器绕组多导体传输线模型的基本思想和原理，本文采用连续式电力变压器绕组进行介绍。对于一个连续式电力变压器，令其匝数为N，把连续式电力变压器绕组的每匝换位位置都打开，这样，在空间范围内就构成多个导体平行排列，此即为电力变压器绕组的多导体传输线模型，结构如图1-1所示。图1-1多导体传输线等效简化模型1.2基于FDTD的多导体传输线模型的求解8传统的电力变压器绕组的多导体传输模型都采用频域方法进行分析求解，这主要是因为频域法可以更容易处理频变参数。但是在频域法中，由波形在时域和频域的相互转化过程中带来的频谱的混

6、叠或者泄漏误差很大，这样会令计算结果不准确，所以本文将在采用时域有限差分法（FDTD），在时域内直接对多导体传输线模型进行求解。多根首尾互相连接的有损频变传输线构成了电力变压器多导体传输线模型，为此，根据其边界条件处理时域有限差分法（FDTD）的边界迭代公式，来推导基于求解电力变压器绕组多导体传输线的模型的计算公式。根据多导体传输线边界处的电压迭代公式[5,6]有：（1-1）（1-2）上式中，为时刻第电压点第根导体的电压值，为时刻第电流点第根导体的电流值,和则分别为时刻第根导体首末端的电流值，若假设：(1-3)(1-4)那么，将（1-3）和（1-4）代入到(1-1)和(1-2)，可以得到：（

7、1-5）由于电力变压器绕组是多根首尾互连的传输线系统，分析多导体传输线系统的边界条件，并结合变压器的实际情况，可以得到如下N+1个方程：（1-6）8其中T为N+1阶方阵。假设在电力变压器的首末端的负载均为电阻性，则可得到多导体传输线首端和末端的边界条件如下：（1-7）其中，和分别是多导体传输线的首端以及末端的负载端部电阻，在多导体传输线的首端注入的一个值为脉冲信号，这样可以得到下列关系：（1-8）（1-9）将