高温超导变压器在雷电冲击下的电压响应

作者： 国自电气 时间：2024-10-06 09:28:00 阅读：10

为研究6.6ＭＷ 高温超导变压器的高压磁体在雷电冲击过电压下的暂态电压响应，依据多导体传输线理论，建立了以单匝为一个单元的高频等效电路模型。利用有限元软件和编写程序求得分布参数，通过推导状态方程，并对状态变量求解，在时域内得到了各匝在雷电冲击全波电压和雷电冲击截波电压下的暂态响应。在三种雷电冲击波下高压磁体的绝缘满足安全运行的要求，首端匝间绝缘最为薄弱，雷电波发生截断可大幅降低绕组各匝最大对地电位、绕组末端的层间电压，其中在波前发生截断时可大幅降低磁体各匝间电压、层间电压，说明选用

动作快速的避雷器至关重要。

关键词：多导体传输线；雷电过电压；高温超导磁体；主绝缘；纵绝缘

当超导材料应用于变压器上时，可以大大地提高运行效率，减小能耗，减小设备的重量和体积。然而其应用面临很大的困难，目前超导材料

制造技术可使导带的厚度仅为0.1ｍｍ，由于尺寸太小，很容易产生尖端放电，所以做到良好的绝缘十分困难。常规导体采用连续式、插入屏蔽式以及纠结式技术工艺提高耐雷水平、改善波分布，对于高温超导变压器难以实现这些改善波分布的措施 。

尽管变电所周围布置了避雷线、避雷针等避雷装置，但雷电冲击波仍有可能绕过这些避雷设施入侵变压器。经统计发现，变压器绝缘损坏有

一半以上原因是遭受了雷击，一旦高温超导变压器遭受雷击，将有可能对变压器的绝缘造成不可逆的损伤。遭受雷电冲击时，作为核心设备的牵引变压器，其绕组内部任何一个位置的线匝都同其余线匝、接地体之间存在着非常复杂的电磁耦合关系，有可能会感应出非常高的电压。由于高温超导变压器和高温超导限流器、高温超导磁储能等超导电力设备的磁体具有类似的结构，因此研究高温超导变压器磁体遭受雷电冲击时的电压响应在高温超导电力设备方面具有一定的学术价值。2017年，华中科技大学周奥波、石晶等人对1MJ高温超导磁储能装置建立了高频等效电路模型，对其遭受的瞬态过电压进行了研究，给出了电磁设计和电气设计的设计流程，得到最优设计方案。2021年北京交通大学张静、戴少涛、马韬等人利用求解状态方程的方法对160kV超导故障限流器在雷电冲击过电压下的绝缘问题进行了研究，基于雷电冲击耐受电压测试、操作冲击耐受电压测试和功率切换测试下的纵向绝缘分析，优化了双线线圈的匝间距离，根据模拟和实验结果，最大电压降出现在双线线圈的第一圈。

目前关于高温超导变压器遭受雷电冲击时的暂态响应研究较少，本文针对6.6MW高温超导变压器的双饼式结构高压绕组，依据多导体传输线理论，以单匝超导带材为一个单元建立了暂态过电压下的等效电路模型，通过求解状态方程的方法得到了高压绕组各匝在不同雷电冲击电压下的响应，对仿真结果进行了分析，对绝缘防护提出了建议。