不同类型雷电冲击电压分布试验验证

作者： 国自电气 时间：2024-10-14 09:42:25 阅读：58

1，试验平台

为进一步研究不同类型冲击电压波形在实际变压器绕组中的分布特性，搭建了用于测量变压器绕组内部不同位置电压波形的试验平台，如图4所示。

图1

雷电冲击电压的产生是通过工频交流电源经过半波整流电路对主电容C0直流充电到一定电压值U，然后通过ICBT控制电路的快速导通与开断，使主电容C0上的电压经过波头电阻Rf、波尾电阻Rt、调波电感La。以及调波电容C1对绕组模型的首端放电，产生符合标准要求的雷电冲击电压波形。调节电阻、电感值的大小可以产生不同波形参数的振荡型雷电冲击电压，移除调波电感则可以产生标准雷电冲击电压波形。

绕组模型绕组模拟220kV变压器高压绕组实际结构，设计采用内屏连续式绕组，整体共计72线饼。其中，屏蔽段绕组共18段，前16段跨四段屏，2段跨两段屏，其余为连续式绕组。为测量每饼之间的振荡雷电冲击分布，线饼每双饼单元均引出端子，通过环氧树脂板至油箱外侧，编号为1~36。

由于绕组模型采用空气绝缘，等效人口电容小，因此采用并联补偿电容的方法，在绕组模型人口处并联电容(0.5nF)作为调波电容，增大了绕组模型入口电容，得到满足标准要求的振荡型雷电冲击电压。绕组首端施加雷电冲击电压，绕组末端经过1Ω示伤电阻接地，模拟绕组雷电冲击试验的实际情况。通过示波器（TEK4104，带宽1GHz，采样率可达5Gsamples/s)依次测量每个接线端子对地电压波形，即可得到不同类型冲击电压在绕组模型内部的电位分布。

2，冲击电压在绕组内部的时域、频域波形

通过改变调波电路中波头、波尾电阻和调波电感值，获得了标准雷电冲击和振荡型雷电冲击电压波形，为了便于比较波形的振荡对于绕组中电压分布的影响，两种波形的波前时间和波尾时间基本保持一致。

标准雷电冲击在变压器绕组内部电压时域、频域波形如图（略）。施加标准雷电冲击电压时，绕组内部电压出现畸变，表现持续的振荡，振荡频率主要为87kHz，中段绕组较两端绕组振荡剧烈，整体波形呈现振荡衰减趋势。绕组内部电压的振荡说明变压器绕组的固有频率在为87kHz，变压器绕组在此频率附近呈现阻性，低于此频率绕组呈现感性，高于此频率绕组呈现容性，并会在高频段出现一系列的谐振峰。绕组各饼电压的频谱呈现为单峰，峰值在固有频率附近，且绕组中段峰值的频率分量要大于绕组两端。

振荡型雷电冲击在变压器绕组内部电压的时域、频域如图（略）。施加280kHz振荡型雷电冲击电压时，绕组中电压波形同样出现不同程度的振荡。首端附近的绕组振荡频率开始主要为280kHz,与外施电压的振荡频率一致，随后外施电压进人非振荡阶段时中部绕组振荡频率接近固有频率(87kHz)；中部绕组的振荡频率除了最开始的两个波峰的频率与外施电压频率基本相同外，其余与标准雷电冲击作用下基本相同,主要为绕组的固有频率。绕组频谱出现两个峰值，一个是外施电压的振荡频率280kHz,另一个是变压器固有频率87kHz。绕组首端电压波形280kHz分量较大，而中部87kHz分量较大。

3，冲击电压在绕组内部的分布特性

将不同抽头处的电压波形的最大值进行统计可得到绕组不同位置电压峰值分布特性。不同类型雷电冲击电压在绕组中分布的电压幅值分布如图（略）所示，所有电压峰值均进行归一化处理。

随着绕组位置下移，标准雷电冲击由于绕组固有频率的振荡电压峰值下降较为缓慢，而振荡型雷电冲击的电压峰值则沿着绕组迅速下降。标准雷电冲击的电压峰值普遍大于振荡型雷电冲击的电压峰值，因此从主绝缘的角度考虑，在进行振荡型雷电冲击电压试验时，应适当提高外施电压幅值。

对于绕组匝间绝缘，相邻匝间的电压差是决定了其匝间绝缘所承受的电压。在振荡型雷电冲击电压下对绕组首端纵绝缘的危害更为严重，其所导致的波形畸变相比标准雷电冲击电压要大。而对于绕组末端的电压梯度，标准波的考核较为严格一些。这是由于振荡频率较高时，绕组末端的电压峰值和梯度均小于标准波下的测量结果，因此振荡波对于绕组末端匝、饼间绝缘的考核会相对宽松。