VFTO对电力变压器影响的时域仿真计算及实验研究

论文摘要

由于气体绝缘变电站(GIS)中断路器、隔离开关以及接地开关操作或带电线路对地闪络产生的特快速暂态过电压(VFTO)会对GIS相连的设备造成危害,因此,研究VFTO对电力变压器的影响问题具有极为重要的理论意义和实用价值。本文结合河北省自然科学基金项目“特快速暂态过电压对变压器的影响”(项目编号503624)和保定天威集团有限公司开发GIS电站用750kV和1000kV电力变压器的需要,重点研究了VFTO下电力变压器高压绕组电压分布时域快速计算和谐振分析以及实验研究方法等问题。论文主要包括以下工作:1.为了获得VFTO进入变压器高压绕组后的电压分布规律,设计制作了两种变压器绕组实验模型,制定了实验方案,并分别进行了电压测量和电压分布特性分析,研究了上升时间对变压器绕组电压分布影响的变化规律。研究结果表明:施加电压的上升时间越长,变压器绕组中的电压分布越均匀,反之电压分布越不均匀;变压器绕组在暂态电压作用下,绕组首端区域和两种绕组结构不同的交界部位电压分布最不均匀,且相邻线饼电压梯度最大,这一特点随施加电压上升时间的缩短表现得愈加明显;内屏蔽式结构变压器绕组不仅可以改善雷电冲击电压下绕组的电压分布,而且也可以改善VFTO下绕组的电压分布。2.针对VFTO下变压器高压线圈的频变参数多导体传输线模型,通过将参数频变部分用无源矢量匹配逼近,转化为时域卷积描述,并用递归卷积技术进行处理,提出了一种基于紧凑有限差分法计算VFTO下变压器高压绕组电压分布的时域快速方法。并通过对变压器绕组模型和实际变压器的陡波测量和仿真计算,验证了所提方法的快速性和正确性。3.为了进一步提高计算速度,针对VFTO作用下变压器绕组内部绝缘事故一般发生在首端位置的事实,提出了变压器绕组的一种改进传输线电报方程与状态方程相结合的时域综合简化模型。4.将变压器绕组视为单输入多输出端口模型,推导了该模型中传递函数的求解公式。通过对变压器绕组的幅频特性分析,研究了绕组中的谐振情况,并对谐振可能发生的位置进行了定位。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 实验研究
• 1.2.2 计算机仿真分析
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 模型实验研究
• 2.1 实验内容
• 2.2 实验仪器
• 2.3 变压器绕组模型
• 2.4 实验条件及实验方法
• 2.5 实验结果及分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 时域仿真计算方法
• 3.1 概述
• 3.2 基于多导体传输线模型的时域仿真计算
• 3.2.1 时域快速算法的方法原理
• 3.2.2 紧凑有限差分法
• 3.2.3 反向差分法
• 3.2.4 频变参数的处理
• 3.2.5 边界条件的处理
• 3.3 变压器绕组综合简化模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 变压器绕组电压分布仿真计算分析
• 4.1 概述
• 4.2 变压器绕组分布参数的计算
• 4.3 绕组模型Ⅰ的电压分布
• 4.4 绕组模型Ⅱ的电压分布
• 4.5 变压器绕组简化模型的验证
• 4.6 VFTO 下800kV 主变高压线圈的电压分布计算
• 4.7 本章小结
• 第五章 变压器绕组的谐振计算
• 5.1 概述
• 5.2 变压器绕组频域中的多导体传输线模型
• 5.3 变压器绕组的谐振分析
• 5.4 仿真计算及测量结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表