考慮端部效應的電抗器繞組波過程研究

      摘 要：通過對電抗器繞組波過程的分析和介紹，闡述了傳統模型的不足，提出了考慮端部效應的電抗器波過程傳輸模型，根據電抗器繞組結構，給出相應電路模型的計算，得出了考慮端部效應的完整的電抗器繞組傳輸模型。

      關鍵詞：電抗器 端部效應 波過程 傳輸模型

      1.引 言
　　近年來,超高壓及特高壓電網在我國電網的發展建設中起到越來越重要的作用。為了保證系統穩定運行和供電質量，電網中裝設了大量的電抗器組[1]。電抗器在運行操作過程中，由于其工作狀態發生變化，可能產生數倍于電源電壓的操作過電壓。電抗器在沖擊電壓作用下產生的過電壓，主要是由線圈內部的自由振蕩過程和線圈之間的靜電或電磁感應過程所引起的[2]。
　　　
　　這兩個過程，統稱為變壓器線圈中的波過程[2]。在波過程中，電抗器內部將產生振蕩過電壓，這種過電壓可能超過線圈上的電氣設備的絕緣水平，造成絕緣擊穿事故。當輸入電壓的波形和幅值一定時，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]。國內的學者對線圈的波過程進行過系統的研究[3]，但都沒有研究電抗器繞組的端部效應。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，端口電容小于內側電容。當雷電波或操作波入侵電抗器時，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圈，電抗器首匝承受的匝間過電壓最大。

      本文對電抗器繞組的端部效應進行了分析計算，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符合電抗器繞組的物理構造，能將電抗器繞組特性通過模型參數的改變反應出來。電抗器繞組的等效電路如圖1 所示。繞組可以看作一個由電感、電容等組成的無源分布參數網絡。按照每匝或者每餅線圈為單位建立n 級分布參數網絡，其中每級電路都是由一個電感、一個縱向電容、一個對地電容組成。縱向電容是指匝間電容或餅間電容。該模型中，考慮邊緣效應的影響，認為上下邊緣繞組的參數和其他匝是有區別的。

      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 -每匝或每餅繞組對地電容。模型參數總體大小應等于實際電抗器繞組總的電感、電容值。
    
      3.計算繞組傳輸模型
　　繞組可看成一個無源二端口網絡，分別由首端、末端、中部三個二端口網絡串接而成。不考慮繞組的電阻和線圈各部分之間的互感。同時假定繞組的電感、縱向電容都是均勻的分布參數。首端和末端的對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較少，繞組端部線圈對地電容小于內側電容。取端部繞組對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確計算電抗器繞組波過程中各點電位分布。
   
      4.結 論
　　為了能更準確地分析沖擊波作用下電抗器繞組電位分布，就得考慮端部效應對波過程的影響。本文通過對考慮電抗器端部效應的波過程計算,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算是困難的，但通過計算機進行定量計算是現實可行的。