冲击电压下空心电抗器电压分布特性分析

作者： 国自电气 时间：2024-09-30 09:27:59 阅读：30

针对目前空心电抗器雷击过电压下内部绕组电压分布无法定量计算的问题，建立一种适用于空心电抗器结构的高频阻抗网络等效分析模型。根据基尔霍夫基本定律，提出雷击电压下暂态、稳态电压分布的计算方法，能够计算电抗器内雷击电压下的电压分布。以实际并联空心电抗为例，对计算得到雷击电压下的电压分布与实际测试的电压分布进行分析。根据计算结果发现，内外包封中1-2匝线圈的承担电压及不均匀系数均较大，主要与内外侧对地电压引起的电压钳位有关。

关键词：空心电抗器；雷击过电压；暂态电压；阻抗分布网络

电抗器作为一种重要的电力设备，在电力系统中起补偿杂散容性电流、限制合闸涌流、限制短路电流以及对电路和设备进行滤波、平波、启动、防雷、阻波等作用。在空心电抗器的实际运行过程中，不但要遭受到工频过电压的冲击作用,同时也要承受来自雷电过电压的冲击作用。雷电冲击过电压可以在短时间内迅速上升到其电压峰值，从雷电压的电压波形可以看出,在波前时间内,电压波形十分陡峭，几乎呈直线升高。当雷电过电压作用在电抗器时，电抗器需要在短时间内承受幅值极高的电压,这不仅会对电力电抗器的绝缘结构造成损害，也严重危害电网的稳定运行。

空心电抗器在冲击过电压的作用下，线圈之间会产生电磁感应，线圈内部发生振荡过程，对该过程的分析不仅可以得到雷电压冲击下电抗器线圈绕组上的电压初始分布情况，还可以计算出各绕组匝间电压差，以此可在设计和制造过程中为选择绝缘厚度、气道厚度等参数提供参考数据，从而设计出满足绝缘裕度要求的最优电抗器绝缘结构。

由于不同电压等级的空心电抗器包封数量不同，且各包封内的线圈并联匝数较多，存在并绕情况，使用仿真软件对其建模后的计算结果与实际经验值相差巨大，无法有效获取电压分布参数。因此通过有效的数值计算手段，准确快速地获得电抗器在雷电压冲击下的电压分布特性,具有重要的工程意义。

通过对空心电抗器在高频电压作用下等值阻抗模型进行分析，分别建立了初始暂态电容分布模型及稳态阻抗分布模型,并提出了相应的节点电压的迭代计算方法，实现雷击电压作用下电抗器内部各层线圈的电压分布计算，主要结论如下。

1)电抗器线圈匝间电容计算时需考虑线匝间相邻角内绝缘对匝间电容的影响；对地杂散电容可通过计算电抗器外空气绝缘部分的对地杂散电容来表示。

2)受集肤效应的影响,交流电阻值增大,并且在高频情况下其增大现象更明显，交流电阻值远大于直流电阻值。

3)初始电压分布不均匀系数大于稳定时电压分布,且随着对地高度的增加电压分布不均现象更严重，最大电压差发生在电抗器包封首端匝间。

4)空心电抗器最内层和最外层的匝间压差和不均匀系数较大，其余部分相对较小。

采用提出的雷电压下电抗器内部电压分布计算方法，可有效计算不同容量、不同类型空心电抗器在雷击电压下出现的电压最大位置及冲击电压不均匀系数,并可根据其不均匀系数及雷电压可能出现的最大幅值,评估匝间绝缘的可靠性，为厂家对电抗器结构的优化设计及绝缘裕度的考量提供了一定的理论依据。