雷电冲击下变压器绕组电压分布算法优化

作者： 国自电气 时间：2024-08-03 09:19:29 阅读：58

    目前,35kV干式变压器在风电场内得到广泛应用,风电场条件下真空断路器的频繁操作会产生特快速暂态过电压,在少数极端情况下会造成绝缘击穿故障,虽然35kV干式变压器价格较低、故障率小,但出现故障后,停运和更换运输更换成本高,严重影响经济效益。因此对绕组结构优化设计很有必要,某厂家在对改进后的变压器进行截波冲击试验时仍出现了绝缘故障。为此,对于时间短,陡度大的冲击信号,需要进行仿真运算,得到更精确的变压器绕组电压分布结果,在该过程中出现两个问题:一是在输入雷电冲击截波信号时,产生了较大计算误差;二是在对绕组结构进行优化设计时,需要进行多次计算,使用MTL模型计算时存在耗时长,模型工作效率低的问题。目前电压分布仿真研究中对于频谱复杂的雷电截波研究较少,且提升模型效率的方法缺乏针对性,因此实现误差控制和提升模型效率具有非常重要的实际意义。

    MTL模型是仿真分析变压器绕组波过程的有效工具,基于该模型的变压器线圈首、末端电压分布的求解,通常可分为下列3个步骤: 

1)计算MTL的分布参数矩阵;

2)利用FFT将输入信号分解为一系列单一频率的简谐波，并结合MTL边界条件,求解频域下的电报方程;

3)将频域计算结果转换到时域,并叠加得到各匝线圈的电压时域分布波形。其中FFT的设置会影响模型运算速度和精度,且会导致频域解的计算循环增加,尤其是面对大型变压器时,匝数增加，且需要一定的计算精度时,会导致模型收敛速度慢,程序运行时间长等问题出现。根据实际要求,在选择有效计算精度的过程中,需要不断地调整计算参数设置,而模型本身计算时间较长,工作效率不高。

    为此,以一实际变压器为例,输入雷电冲击信号,对雷电截波计算过程中误差产生的原因进行分析,提出了一种计算思路,对计算过程中产生的误差实现了有效控制。在此基础上对模型运算中参数计算过程分析,利用拟合曲线的方式,避开参数矩阵参与的复杂运算,直接获得高频部分的幅值和相位,使模型在保持一定计算精度的同时,提升了运算效率,缩短了运行时间,为风电场中35kV干式变压器绕组结构优化设计提供便利。

结论

    对于匝数很多的变压器,使用多导体传输线( MTL)模型进行电压分布计算时,存在计算精度不足、运算量大和运算效率差等问题,通过对模型本身计算原理进行分析,得到以下结论:

1)输入雷电冲击截波计算电压分布时,通过对输入信号进行分步计算的处理方式,可以有效地控制计算过程中产生的误差。

2)通过拟合曲线的方式,可以避开繁复的参数矩阵循环积分求解,将5000点频率点的计算降低至l200点,在提升运算效率的同时不影响其计算精度,使程序运行速度缩短74.85% ,提升了该模型的工作效率。