哈工大高电压技术 6 变压器绕组的波过程-16
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第五节
绕组中的波过程
变压器绕组中的波过程 单相绕组中的波过程
变压器对过电压的内部保护
三相绕组中的波过程
波在变压器绕组间的传递
分析变压器绕组的主绝缘和纵绝缘上出现的过电压可能达 到的幅值和波形是变压器绝缘结构设计的基础
变压器绕组中的波过程与下列三个因素有很大的关系： 1) 绕组的接法[星形(Y)或三角形(△)]； 2) 中性点接地方式(接地还是不接地)； 3) 进波情况(一相、两相或三相进波)。
C0 K0
根据绕组末端（中性点）接地方式的边界条件，可以得到电压起始分布表达式。
对于末端接地的绕组，x=0, u=U0； x=l,u=0,有
sh (l x) u ( x) U 0 sh l
对于末端不接地的绕组，x=0, u=U0； x=l,du/dx(x=l)=0,有
u ( x) U 0
下图中分别画出了中性点接地和不接地的变压器绕组中的电压初始分布、 稳态分布和各点的 umax 包络线。
将振荡过程中绕组各点出 现的最大电压连成曲线， 得到最大电压 umax 包络 线3 实际定性分析时，将电压 稳态分布曲线 2 与起始分 布曲线 1 的差值叠加到稳 态分布曲线 2 上得到曲线 4 ， 即无损耗时的 umax 包 络线，近似描述绕组中各 点的最大电压值
对于末端不接地的绕组
u ( x) U0
过渡过程
在由电感、电容构成的复杂回路中，从电压的初始分布到 达最终稳态分布，必然经过一个过渡过程，会出现一系列 电磁振荡，这个振荡有一定的阻尼制约。
在无阻尼状态下，绕组各点在振荡中所能达到的最大电压 将遵循下式的规律 U最大＝2U稳态 U初始 。将各点最大电压值 用曲线连起来，即可得到一条 umax 的包络线。
(三) △接线方式
振荡中最大电压在绕组中部，数值接近2U0
四、波在变压器绕组间的传递
(一)静电感应（电容传递）
通过绕组之间的电容耦合而传递过来。 只要用一只阀式避雷器 FV 接在任一相出线端上，就能为整个三相绕 组提供保护。
(二)电磁感应（磁传递）
因磁耦合产生。低压绕组的耐冲击强度相对较高，高压绕组进波不 会对低压绕组产生影响，而当低压绕组进波时，则可能在高压绕组 中引起危险。依靠紧贴每相高压绕组出线端安装的三相避雷器对过 电压进行保护。
ch (l x) ch l
无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕 组首端，其值为
du U |x0 U 0 ( 0 )ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl ) dx l
是代表变压器冲击波特性的一个很重要的指标， 越大， 初始分布越不均匀，故 越小越好。
稳态电压分布
对于末端接地的绕组
x u ( x ) U 0 (1 ) l
对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。这就是为什么变压器类电 力设备在高压试验中要进行截波试验的理由，冲击截波就是实际 运行中可能出现的最接近于直角短波的严重波形。
变压器内部结构上进行过电压保护的思路包括两个方面： 1)减弱振荡 2)使绕组的绝缘结构与过电压的分布状况相适应
“非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能接 近稳态分布，因而从根本上消除或削弱振荡的根源，其措 施包括：
小 结
变压器绕组中的波过程与输电线路中的波过程有很大的差 别，应以一系列振荡形成的驻波的方法来探讨。
无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕 组首端，其值为 du | U (U )(l )
dx
x 0 0 0
l
末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3处，值达1.4U0； 末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3处,值达1.9U0 绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波 形有关；对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。
(一)补偿对地电容电流（横向补偿） (二)增大纵向电容（纵向补偿）
三、三相绕组中的波过程
三相绕组中性点接地方式、绕组的连接方式和进波过程不同，则波 的振荡过程不同 (一) Y0接线方式，三相间影响小，可看作三个单相绕组的进波过程 (二) Y接线方式 如果三相同时进波，中性点处的最大电压可达首端电压的两倍左右 仅有一相进波，中性点稳态电压为U0/3, 最大电压2/3 U0
振荡过程中绕组的电压分布 （a）绕组末端接地；（b）绕组末端不接地
振荡过程中绕组的电压分布 （a）绕组末端接地；（b）绕组末端不接地
末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3处，值达1.4U0； 末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3处,值达1.9U0
变压器的过电压保护
绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波形有关。 过电压波的波前时间越长、则振荡过程的发展就比较和缓，绕组 各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将较小，所以设法降低入 侵过电压波的幅值和陡度对于变压器绕组的主绝缘和纵绝缘都有 很大的好处，这是变压器外部保护所应承担的任务，通常通过变 电所进线段保护来实现。
“非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能 接近稳态分布，因而从根本上消除或削弱了振荡的根源。 随着三相绕组的接法、中性点接地方式和进波情况的不同， 振荡的结果不尽相同。
对于绕组之间的静电感应问题，只要用一只阀式避雷器FV 接在任一相出线端上，就能为整个三相绕组提供保护。
对于绕组之间的电磁感应问题，需要依靠紧贴每相高压绕 组出线端安装的三相避雷器对过电压进行保护。 （本节完）
一、单相绕组中的波过程
只需研究单相绕组中波过程的两种情况： 1)采用Y接法的高压绕组的中性点直接接地（任何一相 进来的过电压都在中性点入地，对其他几相没有影响）
2)中性点不接地，但三相同时进波（各相完全对称）。
为了便于分析，通常作如下简化：
1)假定电气参数在绕组各处均相同（即绕组均匀）； 2)忽略电阻和电导；
3)不单独计如各种互感，而把它们的作用归并到自感中 得如图所示的单相绕组波过程简化等值电路：
K , C, L 分 别 是 绕
组长度 x 的等值纵 向（匝间）电容，对 地电容和电感
单绕组波过程等值电路
初始电压分布
其波方程可表示如下
d 2u C0 d 2u 2 u u0 2 2 dx K0 dx
绕组中的波过程
变压器绕组中的波过程 单相绕组中的波过程
变压器对过电压的内部保护
三相绕组中的波过程
波在变压器绕组间的传递
分析变压器绕组的主绝缘和纵绝缘上出现的过电压可能达 到的幅值和波形是变压器绝缘结构设计的基础
变压器绕组中的波过程与下列三个因素有很大的关系： 1) 绕组的接法[星形(Y)或三角形(△)]； 2) 中性点接地方式(接地还是不接地)； 3) 进波情况(一相、两相或三相进波)。
C0 K0
根据绕组末端（中性点）接地方式的边界条件，可以得到电压起始分布表达式。
对于末端接地的绕组，x=0, u=U0； x=l,u=0,有
sh (l x) u ( x) U 0 sh l
对于末端不接地的绕组，x=0, u=U0； x=l,du/dx(x=l)=0,有
u ( x) U 0
下图中分别画出了中性点接地和不接地的变压器绕组中的电压初始分布、 稳态分布和各点的 umax 包络线。
将振荡过程中绕组各点出 现的最大电压连成曲线， 得到最大电压 umax 包络 线3 实际定性分析时，将电压 稳态分布曲线 2 与起始分 布曲线 1 的差值叠加到稳 态分布曲线 2 上得到曲线 4 ， 即无损耗时的 umax 包 络线，近似描述绕组中各 点的最大电压值
对于末端不接地的绕组
u ( x) U0
过渡过程
在由电感、电容构成的复杂回路中，从电压的初始分布到 达最终稳态分布，必然经过一个过渡过程，会出现一系列 电磁振荡，这个振荡有一定的阻尼制约。
在无阻尼状态下，绕组各点在振荡中所能达到的最大电压 将遵循下式的规律 U最大＝2U稳态 U初始 。将各点最大电压值 用曲线连起来，即可得到一条 umax 的包络线。
(三) △接线方式
振荡中最大电压在绕组中部，数值接近2U0
四、波在变压器绕组间的传递
(一)静电感应（电容传递）
通过绕组之间的电容耦合而传递过来。 只要用一只阀式避雷器 FV 接在任一相出线端上，就能为整个三相绕 组提供保护。
(二)电磁感应（磁传递）
因磁耦合产生。低压绕组的耐冲击强度相对较高，高压绕组进波不 会对低压绕组产生影响，而当低压绕组进波时，则可能在高压绕组 中引起危险。依靠紧贴每相高压绕组出线端安装的三相避雷器对过 电压进行保护。
ch (l x) ch l
无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕 组首端，其值为
du U |x0 U 0 ( 0 )ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl ) dx l
是代表变压器冲击波特性的一个很重要的指标， 越大， 初始分布越不均匀，故 越小越好。
稳态电压分布
对于末端接地的绕组
x u ( x ) U 0 (1 ) l
对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。这就是为什么变压器类电 力设备在高压试验中要进行截波试验的理由，冲击截波就是实际 运行中可能出现的最接近于直角短波的严重波形。
变压器内部结构上进行过电压保护的思路包括两个方面： 1)减弱振荡 2)使绕组的绝缘结构与过电压的分布状况相适应
“非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能接 近稳态分布，因而从根本上消除或削弱振荡的根源，其措 施包括：
小 结
变压器绕组中的波过程与输电线路中的波过程有很大的差 别，应以一系列振荡形成的驻波的方法来探讨。
无论中性点接地方式如何，初始最大电位梯度均出现在绕 组首端，其值为 du | U (U )(l )
dx
x 0 0 0
l
末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3处，值达1.4U0； 末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3处,值达1.9U0 绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波 形有关；对绕组绝缘最严重的威胁是直角短波。
(一)补偿对地电容电流（横向补偿） (二)增大纵向电容（纵向补偿）
三、三相绕组中的波过程
三相绕组中性点接地方式、绕组的连接方式和进波过程不同，则波 的振荡过程不同 (一) Y0接线方式，三相间影响小，可看作三个单相绕组的进波过程 (二) Y接线方式 如果三相同时进波，中性点处的最大电压可达首端电压的两倍左右 仅有一相进波，中性点稳态电压为U0/3, 最大电压2/3 U0
振荡过程中绕组的电压分布 （a）绕组末端接地；（b）绕组末端不接地
振荡过程中绕组的电压分布 （a）绕组末端接地；（b）绕组末端不接地
末端接地，最大电压出现在绕组首端约l/3处，值达1.4U0； 末端不接地，最大电压出现在绕组末端约l/3处,值达1.9U0
变压器的过电压保护
绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与它的波形有关。 过电压波的波前时间越长、则振荡过程的发展就比较和缓，绕组 各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将较小，所以设法降低入 侵过电压波的幅值和陡度对于变压器绕组的主绝缘和纵绝缘都有 很大的好处，这是变压器外部保护所应承担的任务，通常通过变 电所进线段保护来实现。
“非共振变压器”的基本原理是使电压的初始分布尽可能 接近稳态分布，因而从根本上消除或削弱了振荡的根源。 随着三相绕组的接法、中性点接地方式和进波情况的不同， 振荡的结果不尽相同。
对于绕组之间的静电感应问题，只要用一只阀式避雷器FV 接在任一相出线端上，就能为整个三相绕组提供保护。
对于绕组之间的电磁感应问题，需要依靠紧贴每相高压绕 组出线端安装的三相避雷器对过电压进行保护。 （本节完）
一、单相绕组中的波过程
只需研究单相绕组中波过程的两种情况： 1)采用Y接法的高压绕组的中性点直接接地（任何一相 进来的过电压都在中性点入地，对其他几相没有影响）
2)中性点不接地，但三相同时进波（各相完全对称）。
为了便于分析，通常作如下简化：
1)假定电气参数在绕组各处均相同（即绕组均匀）； 2)忽略电阻和电导；
3)不单独计如各种互感，而把它们的作用归并到自感中 得如图所示的单相绕组波过程简化等值电路：
K , C, L 分 别 是 绕
组长度 x 的等值纵 向（匝间）电容，对 地电容和电感
单绕组波过程等值电路
初始电压分布
其波方程可表示如下
d 2u C0 d 2u 2 u u0 2 2 dx K0 dx