雷电入侵波冲击下变压器绕组变形对绕组电压分布的影响

作者： 国自电气 时间：2024-09-26 09:30:08 阅读：64

雷电入侵波是造成变电站设备损毁的重要原因之一，针对入侵波作用下电力变压器的过电压特征进行分析，对于保障变压器的运行安全具有重要的工程意义。本文基于电磁暂态程序EMTP/ATP 建立了雷电入侵波与变压器集中参数等值电路模型，重点分析了绕组轴向变形与径向变形对绕组最大电压分布的影响。结果表明，高压绕组前段轴（径）向变形会增加（减小）变形侧高压绕组的最大电压，减小（增加）非变形侧绕组的最大电压；中压绕组径向变形会减小中压绕组变形位置与高压绕组正对位置的最大电压。

关键词：电力变压器；绕组变形；雷电入侵波；最大电压分布

电力变压器作为电力系统中最重要和最昂贵的设备之一，一旦发生故障容易造成巨大的经济损失和工业事故。工程实际中，避雷器非正常动作导致雷电入侵波直接作用于变压器的情况时有发生，在雷电波冲击下，变压器绕组内复杂的电磁振荡过程与绕组间的静电或电磁感应过程会使绕组的主绝缘与纵绝缘上出现过电压，容易导致绕组绝缘的损坏。为了减少此类事故，在变压器运行前，通过仿真研究雷电冲击下变压器绕组的电压分布规律，在绝缘薄弱部位采取一定的措施，及时改进加强变压器的绝缘防护是一种提高变压器耐冲击能力的有效手段。然而，在雷电过电压作用下运行中的变压器绕组通常不会立刻发生绝缘击穿，而是在雷电所产生的轴向力和径向力的作用下，发生扭曲、倾斜、塌陷、鼓包和位移等机械性永久变形。除雷电冲击外，这种变形也可能由变压器在设计制造及工艺材料使用上存在的缺陷、运输及安装过程中受到的冲撞或者运行过程中受到短路电流冲击等因素导致。运行经验表明，发生绕组变形的变压器在短时间内仍具备一定的功能性，倘若雷电过电压作用于发生绕组变形的变压器，势必会使变形程度进一步加剧，加速绕组的绝缘击穿过程。

近年来，国内外科研人员对变压器绕组电压分布与绕组变形进行了大量的研究。本文以某220kV变压器为例，基于电磁暂态程序EMTP/ATP建立了变压器集中参数等值电路模型，以实际情况下的雷电入侵波为电源，重点分析了绕组轴向变形与径向变形对绕组最大电压分布的影响，总结了绕组变形程度、变形位置等因素影响绕组最大电压分布的规律，为变压器绕组的绝缘设计和雷电冲击下绕组变形的诊断与检修提供理论参考。

结论

本文基于EMTP/ATP 建立了雷电入侵波电源与某220 kV变压器集中参数等值电路相结合的模型，重点分析了绕组轴向变形与径向变形对绕组最大电压分布的影响，主要结论如下。

（1）相较于轴向变形，绕组径向变形对绕组最大电压分布的影响更为明显。

（2）高压绕组的前段变形对绕组最大电压分布的影响最大，轴（径）向变形会增加（减小）变形侧高压绕组的最大电压，减小（增加）非变形侧绕组的最大电压。高压绕组轴（径）向变形对中压绕组的最大电压分布几乎不产生影响。

（3）中压绕组轴向变形对高（中）压绕组影响不大，径向变形会降低中压绕组变形位置与高压绕组正对位置的最大电压，提升高压绕组其他位置的最大电压。

综合以上结论，本文建议变压器生产单位重点加强高压绕组的径向绝缘防护，提高绕组的径向绝缘强度；建议运维单位对遭受过雷电冲击的在运变压器进行停电检查，如果变压器的高（中）压绕组存在径向变形，除需关注绕组变形部位的变形程度外，还要重点检查高压绕组非变形侧（非对应部位）的绝缘结构。