考慮端部效應(yīng)的電抗器繞組波過程研究

      摘 要：通過對(duì)電抗器繞組波過程的分析和介紹，闡述了傳統(tǒng)模型的不足，提出了考慮端部效應(yīng)的電抗器波過程傳輸模型，根據(jù)電抗器繞組結(jié)構(gòu)，給出相應(yīng)電路模型的計(jì)算，得出了考慮端部效應(yīng)的完整的電抗器繞組傳輸模型。

      關(guān)鍵詞：電抗器 端部效應(yīng) 波過程 傳輸模型

      1.引 言
　　近年來,超高壓及特高壓電網(wǎng)在我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)中起到越來越重要的作用。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和供電質(zhì)量，電網(wǎng)中裝設(shè)了大量的電抗器組[1]。電抗器在運(yùn)行操作過程中，由于其工作狀態(tài)發(fā)生變化，可能產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的操作過電壓。電抗器在沖擊電壓作用下產(chǎn)生的過電壓，主要是由線圈內(nèi)部的自由振蕩過程和線圈之間的靜電或電磁感應(yīng)過程所引起的[2]。
　　　
　　這兩個(gè)過程，統(tǒng)稱為變壓器線圈中的波過程[2]。在波過程中，電抗器內(nèi)部將產(chǎn)生振蕩過電壓，這種過電壓可能超過線圈上的電氣設(shè)備的絕緣水平，造成絕緣擊穿事故。當(dāng)輸入電壓的波形和幅值一定時(shí)，振蕩過電壓幅值決定于線圈的最終電壓分布和起始電壓分[2]。國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)線圈的波過程進(jìn)行過系統(tǒng)的研究[3]，但都沒有研究電抗器繞組的端部效應(yīng)。電壓沿線圈的起始分布主要由線圈的電容來決定[4]。繞組電容分布不均勻，端口電容小于內(nèi)側(cè)電容。當(dāng)雷電波或操作波入侵電抗器時(shí)，電壓沿繞組的分布是不均勻的，電抗器外圈匝間過電壓值大于內(nèi)圈，電抗器首匝承受的匝間過電壓最大。

      本文對(duì)電抗器繞組的端部效應(yīng)進(jìn)行了分析計(jì)算，得到了完整的電抗器傳輸模型公式。

      2.建立繞組半分布傳輸模型
　　合適的電抗器繞組模型應(yīng)符合電抗器繞組的物理構(gòu)造，能將電抗器繞組特性通過模型參數(shù)的改變反應(yīng)出來。電抗器繞組的等效電路如圖1 所示。繞組可以看作一個(gè)由電感、電容等組成的無源分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。按照每匝或者每餅線圈為單位建立n 級(jí)分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，其中每級(jí)電路都是由一個(gè)電感、一個(gè)縱向電容、一個(gè)對(duì)地電容組成。縱向電容是指匝間電容或餅間電容。該模型中，考慮邊緣效應(yīng)的影響，認(rèn)為上下邊緣繞組的參數(shù)和其他匝是有區(qū)別的。

      圖1中，L -每匝或每餅繞組電感；K-每匝或每餅繞組縱向電容；C -每匝或每餅繞組對(duì)地電容。模型參數(shù)總體大小應(yīng)等于實(shí)際電抗器繞組總的電感、電容值。
    
      3.計(jì)算繞組傳輸模型
　　繞組可看成一個(gè)無源二端口網(wǎng)絡(luò)，分別由首端、末端、中部三個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)串接而成。不考慮繞組的電阻和線圈各部分之間的互感。同時(shí)假定繞組的電感、縱向電容都是均勻的分布參數(shù)。首端和末端的對(duì)地電容分布與中部不同。（1）首端第一匝線圈由于電抗器外圈匝數(shù)較少，繞組端部線圈對(duì)地電容小于內(nèi)側(cè)電容。取端部繞組對(duì)地電容值為中部繞組的1/2，如圖2。

      綜上所得，由完整的電抗器繞組傳輸模型可以更準(zhǔn)確計(jì)算電抗器繞組波過程中各點(diǎn)電位分布。
   
      4.結(jié) 論
　　為了能更準(zhǔn)確地分析沖擊波作用下電抗器繞組電位分布，就得考慮端部效應(yīng)對(duì)波過程的影響。本文通過對(duì)考慮電抗器端部效應(yīng)的波過程計(jì)算,得出了完整的繞組傳輸模型的公式。該公式用手算的方法來計(jì)算是困難的，但通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行定量計(jì)算是現(xiàn)實(shí)可行的。