雷电冲击对变压器过电压特性的影响作用分析

作者： 国自电气 时间：2024-09-20 09:29:45 阅读：68

变压器是供电系统中主要的输变电设备，在受到雷电的冲击作用时，产生的过电压变化，是引起变压器损坏的重要原因。采用EMTP（电磁暂态程序）模拟的方式建立变压器的集中参数等值电路模型，对雷电冲击作用造成的变压器绕组变形时过电压特性的变化进行分析，从而对变压器的安全稳定使用提供参考，以提高供电系统的稳定性。

关键词：变压器；绕组；雷电冲击电压发生器；过电压；仿真分析；

变压器是电力系统供应中重要的输变电设备，对供电系统的稳定性具有重要的影响，且变压器的生产成本较高,具有较高的经济及使用价值。在变压器的使用过程中，由于避雷器的故障或者失效引起雷电对变压器的冲击作用，会造成变压器内部的电磁振荡，进而引起变压器过电压，甚至造成变压器绝缘系统的损坏。在使用过程中,应增强对变压器绝缘系统的防护，同时雷电的冲击作用还会引起变压器绕组的变形,产生扭曲、塌陷等缺陷,影响变压器的正常使用。针对雷电冲击作用引起的变压器绕组变形造成过电压特性的变化，采用电磁暂态程序仿真分析的形式对变压器的变形及电压变化进行分析,从而为变压器的使用维护提供参考，减少变压器的损坏。

变压器过电压特性仿真分析模型的建立

以220kV变压器高压侧在雷电冲击作用下的表现进行分析，在电磁暂态程序中建立模型文件模拟雷电的波形作冲击，雷电的人侵波形如图1所示。从图1可以看出，波峰电压值为9470kV，波头的时间为3.4μs，雷电的波形呈振荡衰减的分布形式。采用220kV三绕组变压器进行分析，变压器的高压绕组采用中部出线的连接形式,中压绕组采用端部出线的形式，变压器为连续式分布结构。

图1

针对所分析的变压器依据梯形电路建立单饼分布的多绕组变压器集中参数，在分析过程中仅对变压器高、中压绕组的电压分布进行分析，忽略其他电压变化的影响。在中压绕组端部介入110kV的电缆作为负载，电缆的接地电容值为0.5μF,从而完成对系统的加载设置。变压器受到雷电冲击作用时,绕组的变形主要发生在轴向及径向上，由于绕组结构的变形，内部的电容、电感等参数发生变化，造成绕组的扩张或扭曲，使得变压器的过电压特性发生变化。由于所分析的模型高压绕组采用中部进行的方式，变压器绕组的变形分布如图2所示，以52饼为轴，将下部分绕组作为变形侧，对称的上半部分为非变形侧,绕组的前、中、后段分布如图2中所示,对变压器的过电压特性进行分析。

图2

对变压器的绕组进行分析中,采用EMTP构建雷电冲击作用的变压器模型，并改变绕组集中参数模拟绕组在雷电冲击下产生的变形,其中绕组的集中分布参数分别选取15%、55%、95%及100%，分别代表绕组不同变形程度9，对各个绕组上的过电压特性波形进行采集，通过MATLAB对绕组线饼上的最大电压值进行分析，绘制绕组电压的分布曲线，从而得到变压器的过电压特性。