三相绕组模型在波过程计算中的应用

李冬雪　纪忠军　侯玉琤

摘要：目前企业波过程计算多采用单相绕组模型，计算精度不高导致制造成本增加。针对单相绕组模型的不足，文章提出了一种考虑相邻相绕组影响的三相绕组模型，通过和单相绕组模型计算结果的比较验证了模型的正确性，同时得到了不同进波方式下波过程计算的一些特点和规律，为企业设计提供了重要依据。

关键词：变压器；绝缘电场；波过程；三相绕组模型

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0035-02

以往的事故经验告诉我们对变压器绝缘危害最大的冲击波来自于线路传送过来的雷电行波。目前企业所用的软件将三相绕组按照单相绕组的方法来计算，没有考虑相邻相绕组的影响，这样的计算结果并不能真实反映绕组在雷电冲击过程中的冲击程度，计算精度不高。

本文提出了一种三相绕组模型，通过和单相绕组模型计算结果的比较验证了模型的正确性，同时得到了不同进波方式下波过程计算的一些特点和规律。

1 三相绕组模型

考虑相邻相绕组的三相绕组模型如图1所示：

当A相进波时，B相和C相的出线端相当于接地。Cad表示内层绕组和铁心之间的电容，Cax表示两层之间的电容，Cab表示相邻两相绕组之间的电容，Ca表示绕组两匝之间的电容，L表示同层两匝之间的电感。

根据IEC标准中定义的雷电冲击波形计算，全波的波前时间T1为1.2us，视在半波峰时间T2为50us，截波的截断时间Tc取4us。电容电感参数计算可以查阅变压器手册。

2 A相进波

A相进全波情况下绕组线匝和气道电位梯度如图2和图3所示。

从中可以看出匝间和气道电位梯度的最大值均出现在绕组的首端，此处为绝缘的薄弱环节。

图4和图5是A相进波情况下各相绕组的冲击电压分布。

不难看出A相绕组的首端需要重点考核绝缘裕度。

层间绝缘由气道和环氧树脂两种介质串联而成，这种复合绝缘质的场强可以按照下面的公式计算：

式中U为电极间的电位差，di为电极间距离，εi为绝缘介质的介电常数。计算后绕组绝缘裕度最小值为1.1，满足设计要求。

3 B相进波

B相进全波情况下，各相绕组的波过程结果如图6和图7所示：

通过和A相进波的比较得出：无论从哪一相进波，进波相绕组的波过程相同。B相进波时，由于A、C两相结构对称，所以计算结果相同。

4 模型验证

针对A相进波情况，将本文提出的三相绕组模型的计算结果与企业采用的单相绕组模型进行了对比，结果如图8和图9所示：

按照单相绕组模型计算时，线匝的最大电位梯度是29.8%，气道的最大电位梯度为77.6%，按照三相绕组模型计算的结果则为26.9%和75.8%，因此企业使用单相绕组模型计算的结果偏于严格，会造成成本浪费。

5 结语

本章针对单相绕组模型的不足，提出了三相绕组模型，通过波过程计算，验证了三相绕组模型的正确性，并且得到结论：绕组的电位分布和梯度分布与进波相的选择无关，进波相绕组的最大电位梯度远远大于其他的两相

绕组。

参考文献

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