特高压变压器典型分区绝缘结构线圈内匝间电压振荡特性分析

陈修建（哈尔滨变压器有限责任公司，黑龙江　哈尔滨　150078）

特高压变压器典型分区绝缘结构线圈内匝间电压振荡特性分析

陈修建
（哈尔滨变压器有限责任公司，黑龙江哈尔滨150078）

本文以内屏连续式和纠结连续式这2种典型结构为主的高压线圈为研究对象，研究有稳定频率的响应因子、振荡的模式、正弦电压、快速暂态过电压即VFTO刺激下的线圈内匝间所产生电压的分布规律，对暂态电压突然侵入后产生的电压振荡起着良好防范的作用。研究表明，较大的响应因子所产生的频率要分散一些，由于变压器在圈内展现的电压振荡频率大概在＜10MHz左右，因此，纠结连续式线圈要小于内屏连续式线圈。但是，在稳定的电压刺激下，低频振荡对大范围的节点电压做出的贡献要多一些；反之，高频的模式对首部的少数节点要有明显贡献。因此，纠结连续式激起的匝间电压的范围要小于内屏连续式。

变压器；匝间电压；振荡模式

电力系统中，大型的电力设备，尤其是当各种的暂态电压流过时，有可能会对电力变压器造成损害。随着科学技术的不断发展，电力系统中的快速暂态电压变得越来越复杂难懂，这不仅对变压器绝缘的设计结构提出了新的要求，同样的，这也对绝缘的材料有了新的规划。

一、震荡特性分析的必要性

为了了解变压线圈的设计，研究震荡的特性是很有必要的。目前需要了解的有以下3个难点：（1）是否存在一种办法或者是运用某种手段，来避免或减少暂态震荡所激起的匝间过电压对绝缘结构带来的损害。（2）对于震荡电压沿着线圈展开来的空间分布状况，我们不可知，同样也不了解在线圈中的什么位置阶段比较容易产生过电压。（3）是否存在这一种情况：当流经过的暂态电压主要震荡所产生的频率与变压器自身稳定的频率相接近甚至达到吻合状态的时候，能否导致过电压。基于以上三点，对含有稳定的、自然的频率下产生的震荡特性的研究很有必要。目前，有的文献已经对震荡模式电压的空间分布图、对震荡电压的数值进行估算、变压器中含有稳定的、自然地、固有的频率的分布规律等做出了研究报告。为了提高在范围内的变压器稳定频率的精确度，研究出了一种新型的参数电路模型；为了研究变压器的谐振特性及定位震荡最严重的部位，建立了单输出或多输出端口模型；为了避免变压器绝缘的较大危害，通过研究结合变压器线匝和匝间电压之间不同频率下产生的反应，表明了谐振所产生的匝间电压最高峰值有可能高达数倍。

二、典型高压线圈结构的内容概述

众所周知，高压线圈有2种非常典型的绝缘线圈结构，在这里暂且称为一号线圈和二号线圈。相同点的是，这两个线圈都有72个线饼，并都含有铁芯。不同的是，一号线圈是由24饼跨4 饼插入内屏蔽式的线圈、8 饼跨 4 饼插入内屏蔽式线圈、40饼连续式线圈串联组合而成的内屏连续式线圈；而二号线圈是由12 饼普通纠结式线圈、16 饼跨 4 饼插入内屏蔽式线圈、12 饼 2 根插花纠结式线圈、24 饼连续式线圈、8 饼跨 2 饼插入内屏蔽式线圈串联组合而成的纠结连续式线圈。

图1

三、震荡电压的分布特性

根据研究显示，震荡电压的分布有以下几个特性：（1）在低频震荡和高频震荡的模式中，就线圈首部而言，低频震荡模式相较于高频震荡模式而言，可能不会产生较大的匝间电压，没有较大的电压梯度。对于高频震荡模式来说，低频的震荡模式中位置相近的节点电压较小，尤其是在线圈首部的那几个线圈中表现的特别明显。虽然低频和高频震荡模式的节点电压的分布曲线都呈现出波动的形式，但是，高频震荡模式中空间分布曲线波动的最高峰之间的间距要小于低频模式的锋线间距。由于低频和高频的稳定频率形成的不同，简单来说，低频震荡模式中的稳定频率是由分布电容和整个线圈的分布共同决定的，而高频震荡模式是由分布电容和局部线圈所决定的。换句话说，低频是整体，高频是局部，此为不同点。因此，低频的震荡模式将会出现较大范围的区域性。（2）响应因子的数值越小，相应的自然稳定频率的实体部分就越大。一般来说，稳定频率的响应因子＜5MHz，而具有明显特征的响应因子的稳定频率在＜10MHz左右。因此，伴随着频率的升高和线圈损耗率的快速增加，稳定频率的实体部分也越大。（3）纠结连续式和内屏连续式线圈的匝线安排方式区别较大，线匝之间的电磁融合也差别较大，这有可能会导致两组线圈在转移函数中产生的零极点的分布空间不同。具体的来说，绕组变压器是一个庞大复杂的系统，有可能在某种线圈的某个部分或者某几个频率范围会出现一个或多个大数值的响应因子，这些响应因子数值不会随着频率的变化而变化。根据线性系统理论所得出结论来看，自然稳定频率的极点所对应的数值会伴随着零极点空间分布的情况发生变化而做出相应的改变，转移函数零极点可能会因为很相近的关系而互相抵消（如图1所示）。

结语

（1）纠结连续式线圈中较大的响应因子所对应的频率分布空间要集中些，而内屏连续式线圈中较大的响应因子所对应的频率分布空间要分散一些，且纠结连续式线圈中最大响应因子要较小于内屏连续式线圈。（2）纠结连续式线圈与内屏连续式线圈的震荡模式存在差异的原因，主要是因为在线圈的首部，其设计结构决定了高频震荡模式及在高频下的稳定频率的空间分布。（3）在线圈首部，高频震荡模式可能产生较大的匝间电压；但是，在稳定频率的正弦电压冲击下，低频震荡模式所产生的震荡量值会对大多数节点的电压有着较大贡献。

结语

总而言之，随着任何事物越来越科学化、机械化，当今社会无时无刻不面临着多种安全隐患，无论是从事业的发展，还是人身的安全，更是社会的稳定来看，安全远远排在第一位。在内屏连续式线圈中产生的最大匝间电压大于纠结连续式线圈，并且所产生的最大匝间电压的范围大于纠结连续式线圈的情况下，要加强线饼的绝缘性，比如绝缘材料的采用等，预防在强大的冲击下，匝间电压带来的过度损害。

[1]韩波.电力变压器绕组波过程分析及部分纵绝缘优化[D].哈尔滨理工大学，2011.

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