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气体绝缘变电站中隔离开关的分合作用形成的特快速暂态过电压(Very Fast TransientOver-voltage,简称VFTO)波头时间达ns 级,振荡频率高达MHz 级,若侵入变压器等电力设备,引起电压分布得极不均匀会破坏匝间绝缘,而且可能激起其内部的电磁振荡从而破坏匝间绝缘和主绝缘。目前对大型电力变压器直接进行VFTO 试验条件尚未具备,且在设计阶段无法得到VFTO 作用下的过电压分布。因此,研究变压器绕组在VFTO 作用下的过电压分布具有十分重要的意义。
本文主要根据国内外电力变压器绕组暂态建模中存在的问题,提出了四种建模方法。
方法一为基于时域有限差分法(Finite Different Time Domain,简称FDTD)的暂态建模方法。先假设传输线中不存在频变效应,对容易损坏的前几匝线圈每匝为一单元,其余以两匝为一单元建立多导体传输线模型,推导了基于FDTD 暂态电压分布的计算公式;若频变效应较明显时,则运用矢量匹配法实现频变阻抗的有理逼近,并将上述公式推广到含频变参数的传输线建模中。
方法二、三分别为基于导纳/散射参数的暂态建模方法。首先根据短路导纳参数或散射参数计算各匝的电压传输函数,利用矢量匹配法对其进行有理逼近,然后采用最优Pade算法实现降阶,最后运用网络综合技术得到高频模型。
方法四为暂态混合模型。该方法将变压器绕组饼间电压、匝间电压的计算分为两步:
一、借助单导体传输线模型计算每饼线匝末端的电压、电流值;二、根据第一步所得值,依据多导体传输线模型计算每匝的电压、电流值,并在此基础上采用小波分解进行频率特性分析。
最后以实际的500kV 变压器模型为基础编写程序实现四种建模方法,并使用电磁暂态程序(Electromagnetic Transient Program,简称EMTP)软件验证建模方法的可行性和有效性,从而得出以下结论。方法一二分别是时域/频域建模中较易于实现的方法,为保证精度需将二者结合起来;方法三中散射参数的获得直接推导计算量大,如能测量将会提高精度;方法四对计算量缩减作用较大。仿真结果分析将为防止VFTO 对变压器绝缘造成损害和改进特快速暂态过电压下变压器绕组的建模研究变压器绝缘设计提供充足的理论依据。