输电线路和绕组中的波过程课件.pptx

1、第三篇第三篇 电力系统过电力系统过电压与绝缘配合电压与绝缘配合第六章第六章 输电线路和绕组中的波过输电线路和绕组中的波过程程主要内容主要内容n本篇首先介绍过电压及其防护问题的基础波过程理论。 n然后探讨各种过电压的产生机理、发展过程、影响因素、防护措施等。n最后探讨电力系统绝缘配合问题。 学习本章节意义学习本章节意义 雷击、操作、事故雷击、操作、事故电磁能量积聚或转移电磁能量积聚或转移系统状态发生变化系统状态发生变化产生电磁暂态过程产生电磁暂态过程研究过电压的基础研究过电压的基础电力系统过电压电力系统过电压为什么研究波过程为什么研究波过程n一条架空线路一般长度在几百公里n 工频时，波在架空线上

2、一个周期传输的距离为6000公里n 雷电冲击，上升沿1.2 ，在架空线上传输的距离为360米n 在高频情况下，线路各点的电压和电流都将是不同的，必须同时考虑时间和空间位置，即此时线路为分布参数s200km6000km(20ms)1500km(5ms)50/2.1(s冲击波冲击波mUutx,0空气中波的传播速度为光速空气中波的传播速度为光速smc/300220kV线路的平均线路的平均长度为长度为200250km冲击波波前在冲击波波前在线路上的分布线路上的分布长度只有长度只有360m分布参数和波过程分布参数和波过程1 1、分布参数电路的应用范围：、分布参数电路的应用范围：主要有两大类：长线路和高频

3、电压（如雷电冲击电压波）主要有两大类：长线路和高频电压（如雷电冲击电压波）2 2、 波过程的定义波过程的定义在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、变压器、电机等电力设备上的传播过程变压器、电机等电力设备上的传播过程3 3、 波过程的特点波过程的特点电压、电流不但是时间电压、电流不但是时间t t的函数，而且也是空间位置的函数，而且也是空间位置x x 的的函数，函数，需要用分布参数电路来分析。需要用分布参数电路来分析。 ),(),(txfitxfu分布参数分布参数R、L、C电路电路分布参数分布参数集中参数集中参数+分布参数分布参数电缆线路电

4、缆线路母线母线电机电机线路线路绕组绕组输电线路输电线路变压器变压器电力系统电力系统 =电源电源+开关开关波沿均匀无损单导线传播示意图波沿均匀无损单导线传播示意图t=0Eiu,dxL0dxL0dxL0t=0EdxC0dxC0dxC0dxC0 x6.16.1波沿均匀无损单导线的传播波沿均匀无损单导线的传播均匀无损单导线系统：均匀无损单导线系统：线路各点电气参数完全一样；线路各点电气参数完全一样；线路无能量损耗（线路无能量损耗（R R0 0=0=0，G G0 0=0=0）dxL0dxC0dxL0dxL0dxC0单元等值电路单元等值电路：dxiudxxiidxxuuxdxL0dxC0dxL0dxL0d

5、xC0dxuCudCdq0dtdt时间内行波向前传播时间内行波向前传播dxdx距离，导线获得的电荷：距离，导线获得的电荷：dtdxuCdtdCudtdqi0(1)充电电流充电电流磁通的增加量磁通的增加量dxiLidLd0dtdxiLdtdLidtdu0(2)（1） (2)（2） (1)001CLdtdxv波速波速00CLiuZ波阻抗波阻抗由电磁场理论可知：由电磁场理论可知：rhCrhLcrcr2ln22ln20000，)/(1031800smvrrrr 对架空线：对架空线：csmv)/(1038 对油纸绝缘电缆对油纸绝缘电缆：cvrr5 . 0, 4, 100CLiuZ20202121uCiL

6、 即：导线单位长度所具有的磁场能量等于电场能量即：导线单位长度所具有的磁场能量等于电场能量导线单位长度所具有的总能量等于导线单位长度所具有的总能量等于 或或20uC20iL一般架空线一般架空线Z Z300300500500，电缆线路电缆线路Z Z10105050比较波阻抗比较波阻抗Z Z和和R R： 波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度成正比；成正比； 波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式波阻抗是储能元件，它从电源吸收

7、能量，以电磁波的形式沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热能而散失。能而散失。 二者量纲相同，并且都和电源频率或二者量纲相同，并且都和电源频率或 波形无关，可见波波形无关，可见波阻抗是阻性的；阻抗是阻性的；均匀无损单导线的波动方程均匀无损单导线的波动方程：tiLxu0tuCxi0uuvtxuvtxuu )()(21iivtxuvtxuZi )()(121)(1vtxuu前行电压波（入射波）前行电压波（入射波）)(2vtxuu 反行电压

8、波（反射波）反行电压波（反射波）)(1vtxii前行电流波前行电流波)(2vtxii 反行电流波反行电流波ZiuZiu ZZuuuuiiuuiu 注意：注意：行波计算的基本方程：行波计算的基本方程：ZiuZiu uuu iii n电压波电压波的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与电荷的运动方向无关电荷的运动方向无关n电流波电流波的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运动方向有关动方向有关n一般取正电荷沿一般取正电荷沿x正方向运动形成的波为正电流波正方向运动形成的波为正电流波电压和电流沿x的正方向传

9、播电压和电流沿x的负方向传播例题例题1 1：沿高度：沿高度1010m m，半径为半径为1010mmmm的单根架的单根架空线有一个幅值空线有一个幅值700700kVkV的过电压波运动，的过电压波运动，求电流波的幅值。求电流波的幅值。kAZUi56. 1450700/解题：导线的波阻抗为：解题：导线的波阻抗为：电流波幅值为：电流波幅值为：导线电流导线电流： kVUUU1200 例题例题2：如还有一个幅值为：如还有一个幅值为500kV的过电压波反向运动，的过电压波反向运动，求两波叠加范围内导线上的电压和电流求两波叠加范围内导线上的电压和电流反行波电流反行波电流导线电压：导线电压：I=1.561.11

10、=0.45kA6.2 6.2 行波的折射和反射行波的折射和反射一一. .折射波和反射波的计算折射波和反射波的计算1v1i1u1Z2ZA波未到达节点波未到达节点A A时，线路时，线路1 1上有：上有： 1i1u波到达节点波到达节点A A后，线路后，线路1 1上有：上有： 线路线路2 2上有：上有：1i1u1i 1u 2i2u 节点节点A A上电压、电流上电压、电流 的连续性的连续性211uuu 211iii 又又111Zui111Zui 222Zui1121222uuZZZu1121121uuZZZZu 2122ZZZ电压折射系数电压折射系数2112ZZZZ电压反射系数电压反射系数1201121

11、1uuu 211iii 1.1.线路末端开路线路末端开路此时有：此时有：1, 2,2Z线路末端电压：线路末端电压：1222uuu电压反射波：电压反射波：11uu 末端电流：末端电流：02i11ii 电流反射波：电流反射波：几种特殊情况：几种特殊情况：A1v11uu 1u1ZA11ii 1i1Z1v2122ZZZ2112ZZZZn末端开路时，末端电压波发生正的全反射，末端开路时，末端电压波发生正的全反射，电流波发生负的全反射，电压反射波所到电流波发生负的全反射，电压反射波所到之处，线路电压加倍；电流反射波所到之之处，线路电压加倍；电流反射波所到之处，线路电流变零。处，线路电流变零。2.2.线路末

12、端短路（接地）线路末端短路（接地）此时有：此时有：1, 0, 02Z线路末端电压：线路末端电压：022 uu电压反射波：电压反射波：11uu 反射波所到之处：反射波所到之处：112ii111111iZuZui 电流反射波电流反射波：A1Z1v11uu 1u11ii 1iA1Z1v2122ZZZ2112ZZZZn末端接地时，末端电压波发生负的全反射，末端接地时，末端电压波发生负的全反射，电流波发生正的全反射，电压反射波所到电流波发生正的全反射，电压反射波所到之处，线路电压变零；电流反射波所到之之处，线路电压变零；电流反射波所到之处，线路电流加倍。处，线路电流加倍。 线路末端既没有电压反射波，又没

13、有电流反射波，线路末端既没有电压反射波，又没有电流反射波， 线路上电压电流波形保持不变。线路上电压电流波形保持不变。3.3.线路末端接负载线路末端接负载（ ）1ZR 此时有：此时有：0, 0, 0, 11 iuA1Z1u1ZR A1Z111/Zui1ZR 2122ZZZ2112ZZZZA点边界条件点边界条件 其中其中1111( )( )( )( )( )( )AAutu tutititit 111uiZ111uiZ联联解解得得121 22uuZiUAA彼得逊法则彼德逊法则彼德逊法则n要计算节点要计算节点A的电流电的电流电压，可把线路压，可把线路1等值成等值成一个电压源，其电动势一个电压源，其电

14、动势是入射电压的是入射电压的2倍倍2u1 ，其波形不限，电源内阻其波形不限，电源内阻抗是抗是Z1。A线路1等值电压源线路2等值阻抗二二. . 集中参数等值电路集中参数等值电路212121212122ZZZuuZZZuu 2i2u12u1Z2ZA1v1u1Z2ZA1Z2Z母线母线A A11iu，R、L、C22iu，33iu，3Z1Z12u2ZA3ZR、L、C电压源等值电路电压源等值电路12i1Z2ZA3ZR、L、C电流源等值电路电流源等值电路建立集中参数等值电路（彼德逊法则）：建立集中参数等值电路（彼德逊法则）：入射波线路入射波线路1 1用数值等于电压入射波两倍的等值电压源用数值等于电压入射波两

15、倍的等值电压源2 2 和数值等于线路波阻抗和数值等于线路波阻抗 的电阻串联来等效；的电阻串联来等效；1u1ZR R、L L、C C等其他集中参数组件均保持不变；等其他集中参数组件均保持不变；彼德逊法则使用条件：彼德逊法则使用条件： 入射波必须是沿分布参数线路传来的；入射波必须是沿分布参数线路传来的； 节点节点A A后面的线路中没有反行波，或节点后面的线路中没有反行波，或节点A A后面的线路后面的线路 中反射波尚未到达节点中反射波尚未到达节点A A时；时；例例6-1 6-1 设某变电所的母线上共接有设某变电所的母线上共接有n n条架空线路，当其中某一线条架空线路，当其中某一线路遭受雷击时，即有一

16、过电压波路遭受雷击时，即有一过电压波U U0 0沿着该线进入变电所，试求此沿着该线进入变电所，试求此时的母线电压时的母线电压U Ubbbb。 解：由于架空线路的波阻抗均大致相等，所以可得出图解：由于架空线路的波阻抗均大致相等，所以可得出图6-156-15中中的接线示意图（的接线示意图（a a）和等值电路图（）和等值电路图（b b）。）。所以所以nUnZIUbb021nZUnnZZUI00)1(212或者或者易得易得nUIZUUbb0022由此可知：变电所母线上接的线路数越多，则母线上的过电压越由此可知：变电所母线上接的线路数越多，则母线上的过电压越低，在变电所的过电压防护中对此应有所考虑。当低

17、，在变电所的过电压防护中对此应有所考虑。当n=2n=2时，时，U UbbbbU U0 0，相当于，相当于Z Z2 2 Z Z1 1的情况，没有折、反射现象。的情况，没有折、反射现象。三三. . 彼德逊法则的应用：彼德逊法则的应用：波穿过电感和旁过电容的分析波穿过电感和旁过电容的分析1.1.波穿过电感波穿过电感1Z2ZAL1u2u12u1Z2ZAL2idti dLZZiu22121)(2dti dLZZiu22121)(2)1 (/1222LteuZiu)1 (2/2112LteZZui其中其中：)/(21ZZLL2122ZZZ解得折射波电流解得折射波电流解得折射波电压解得折射波电压电压折射波最

18、大陡度：电压折射波最大陡度：:0t)/(212maxskVLuZ 211iii 1/211121)1 (2ieZZuiiiLt 解得反射波电流解得反射波电流)1 (2/12111111LteuZZZuiZu 解得反射波电压解得反射波电压:0t11uu 11ii 112uu01i:t11uu 12uu电感相当于开路电感相当于开路电感的作用完全消失电感的作用完全消失)1 (/1222LteuZiu)1 (2/12111111LteuZZZuiZu 折射波电压折射波电压反射波电压反射波电压1Z2ZL1u1i1v1v1u1u1u 2u2v1i 2i2v1i1v2.2.波旁过电容波旁过电容1Z2ZA1u

19、C2u12u1Z2ZAC2idti dZCZZZiZiZiiuC22121222121)()(2)1 (/1222CteuZiuCZZZZC)(2121其中：其中：解得折射波电压解得折射波电压电压折射波最大陡度：电压折射波最大陡度：:0tCZu11max2 11121)1 (/ueuuuuCt 解得反射波电压解得反射波电压:0t11uu 11ii 01u112ii电容相当于短路电容相当于短路:t11uu 12uu电容的作用完全消失电容的作用完全消失1Z2ZC1u1i1v1u 2u2v1v1u1i2i2v1i1i n电感使折射波波头陡度降低电感使折射波波头陡度降低由于电感电流不能突变，因此当波作

20、用在电感初瞬，电由于电感电流不能突变，因此当波作用在电感初瞬，电感相当于开路，它将波完全反射回去，此时折射波为感相当于开路，它将波完全反射回去，此时折射波为0 0，此后折射波电压随折射波电流增加而增加此后折射波电压随折射波电流增加而增加n电容使折射波波头陡度降低电容使折射波波头陡度降低由于电容电压不能突变，波旁过电容初始瞬间，电容相由于电容电压不能突变，波旁过电容初始瞬间，电容相当于短路当于短路电压波穿过电感和旁过电容时折射波波头电压波穿过电感和旁过电容时折射波波头陡度陡度都都降降低低，但由它们各自产生的，但由它们各自产生的电压反射波却完全电压反射波却完全相反。相反。波通过电感初瞬，在电感前发

21、生电压正的全反射，波通过电感初瞬，在电感前发生电压正的全反射，使使电感前电压提高电感前电压提高1 1倍倍。波旁过电容初瞬，则在电容前发生电压负的全反射，波旁过电容初瞬，则在电容前发生电压负的全反射，使使电容前的电压下降为电容前的电压下降为0 0。由于反射波会使电感前电压提高，可能危及绝缘，由于反射波会使电感前电压提高，可能危及绝缘，所以常用并联电容降低波陡度所以常用并联电容降低波陡度。在无限长直角波作用下，在无限长直角波作用下，L L、C C对电压的稳态值没有对电压的稳态值没有影响；影响；例：一幅值为例：一幅值为100100kVkV的无限长直角波沿波阻抗为的无限长直角波沿波阻抗为5050的电缆

22、侵的电缆侵入发电机绕组（其波阻抗为入发电机绕组（其波阻抗为800800 ），），绕组每匝长度为绕组每匝长度为3 3m m，其其匝间绝缘耐压为匝间绝缘耐压为600600V V，波在电机绕组内的传播速度波在电机绕组内的传播速度v v为为6 6 10107 7m/sm/s。试求为保护发电机匝间绝缘所需串联电感或并联电容试求为保护发电机匝间绝缘所需串联电感或并联电容的数值。的数值。 解：电机绕组所允许承受的入侵波的最大陡度为：解：电机绕组所允许承受的入侵波的最大陡度为：用串联电感时：用串联电感时：用并联电容时用并联电容时：0.330.33 F F的电容器比的电容器比13.313.3mHmH的电感线圈成

23、本低得多，所以一般的电感线圈成本低得多，所以一般都采用并联电容器都采用并联电容器)/(1012106360097max2max2max2sVvdldudtdldldudtdumHdtduuZL3 .131012108002)(295max212FdtduZuC33. 0101250102)(295max2116.3 6.3 行波的多次折、反射行波的多次折、反射0U0l1Z2ZAB00vZ，1a2a1201012ZZZa20222ZZZa01011ZZZZ20022ZZZZ00vl令令0tt3t5t7t2t4t6t1a0l0U1Z2ZAB00vZ，2a1200vl0U01Ua0121Ua01)

24、1(Ua 021221Ua031321Ua021Ua01221Ua021321Ua0121)1 (Ua011221)1 (Ua0121321)1 (Ua02121Uaa0221221Uaa0231321Uaa021Uaa行波网格图行波网格图第一次折射第一次折射第二次折射第二次折射第三次折射第三次折射第四次折射第四次折射节点节点B B在不同时刻的电压：在不同时刻的电压：当当 时，时， t00Bu当当 时，时，3 t021UaauB当当 时，时，75 t022121211UaauB当当 时，时，53 t021211UaauB212121001212212121111nnBaaUUaau) 12()

25、 12(ntn当发生第当发生第n次折射后，即次折射后，即 时，时，0021221210211UUZZZaaUUB当当 时，即时，即 时，时， ,节点节点B上稳态电压幅值：上稳态电压幅值： tn021n022vlv0l0U1Z2,2vZAB00vZ，BU或或201ZZZ201ZZZ022vlv0l0U1Z2ZAB00vZ，BU或或和和10ZZ 2Z10ZZ 和和2Z在无限长直角波作用下，经多次折反射，最后达到在无限长直角波作用下，经多次折反射，最后达到稳态值和中间线路的存在与否无关。稳态值和中间线路的存在与否无关。6.5 6.5 变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程主绝缘主绝缘: : 绕组对

26、地和其它两相绕组的绝缘绕组对地和其它两相绕组的绝缘纵绝缘：纵绝缘：匝间、层间、线饼间绝缘匝间、层间、线饼间绝缘影响绕组波过程因素：影响绕组波过程因素：（1 1）绕组的接法）绕组的接法（2 2）中性点接地方式）中性点接地方式（3 3）进波情况）进波情况一一. . 单相绕组中的波过程单相绕组中的波过程LCLCKK0U0 xlx xLL0 xCC0 xKK/0lLL0lCC0lKK/0单位长度绕组的自感单位长度绕组的自感对地电容对地电容匝间电容匝间电容每匝长度每匝长度0L0C0Kx中性点中性点1. 1. 电压起始分布电压起始分布CK0 xlx 0Uii冲击波刚到达绕组时，冲击波刚到达绕组时，电感中电

27、流不能突变，电感中电流不能突变，相当于开路，只剩下电相当于开路，只剩下电容链容链 CC的分流使得初的分流使得初始电压分布不均匀始电压分布不均匀dQQdxK /0dxC0 xdxxdudxuQ:0tdxx 令令则：则：dudxKQ0dxuCdQ002220022udxuduKCdxud式中：式中：00KCv根据绕组末端根据绕组末端(中性点中性点)接地方式的边界条件，可以得到绕接地方式的边界条件，可以得到绕组电压起始分布组电压起始分布v末端接地的绕组：末端接地的绕组：v末端不接地的绕组末端不接地的绕组（最末一个纵向电容（最末一个纵向电容K0/dx上的电荷必定为上的电荷必定为零）零）：0,;, 00

28、ulxUuxlchxlshUxu)()(000,;,0,0 x lduxuUxl idx即；lchxlchUxu)()(0根据边界条件可得：根据边界条件可得：（1 1）末端接地时）末端接地时lshxlshUxu)()(0（2 2）末端不接地时）末端不接地时lchxlchUxu)()(0当当5l)()(lchlshlxlxeUeUxu00)(:0 x)(000llUUdxdux 首端电位梯度最大，首端电位梯度最大，对纵绝缘有威胁对纵绝缘有威胁可以把上两个等式写成一个等式可以把上两个等式写成一个等式 00.20.61.06080100(%)/0Uulx/0.40.8402001510 00.20.

29、61.06080100(%)/0Uulx/0.40.84020015102末端不接地末端不接地末端接地末端接地l不同时电压的起始分布不同，不同时电压的起始分布不同， l愈大愈大，电压起始分布曲线电压起始分布曲线下降愈快下降愈快；一般一般l的值为的值为515，因此中性点接地方式对电压起始分布，因此中性点接地方式对电压起始分布影响不大。影响不大。v从上面的分析可知：从上面的分析可知：t=0瞬间，绕组相当于一电容链，此瞬间，绕组相当于一电容链，此电容可等值为一集中电容电容可等值为一集中电容CT，称为，称为变压器的入口电容变压器的入口电容。v试验表明：当试验表明：当很陡的冲击波作用很陡的冲击波作用时，

30、在过电压波刚刚到达时，在过电压波刚刚到达的的5s内，绕组中的电磁振荡尚未发展起来，电感电流很内，绕组中的电磁振荡尚未发展起来，电感电流很小，可以忽略。则变压器在这段时间内可用入口电容来等小，可以忽略。则变压器在这段时间内可用入口电容来等值。值。v变压器绕组入口电容是绕组总的对地电容和总的纵向电容变压器绕组入口电容是绕组总的对地电容和总的纵向电容的几何平均值。的几何平均值。v变压器绕组入口电容与其结构有关，不同电压等级和不同变压器绕组入口电容与其结构有关，不同电压等级和不同容量的变压器入口电容值不同。容量的变压器入口电容值不同。KCKCKdxduKUUQCxxT00000000)(2. 2. 电

31、压稳态分布电压稳态分布末端接地：末端接地：)1 ()(0lxUxu末端不接地：末端不接地：0)(Uxu3. 3. 绕组电压的振荡过程绕组电压的振荡过程 00.20.61.00.60.81.00/Uulx/0.40.80.40.2 1.21.4 123末端接地末端接地1 1电压初始分布电压初始分布2 2电压稳态分布电压稳态分布3 3各点电压最大值各点电压最大值 00.20.61.00.60.81.00/Uulx/0.40.80.40.2 1.21.4 1.61.8123末端不接地末端不接地1 1电压初始分布电压初始分布2 2电压稳态分布电压稳态分布3 3各点电压最大值各点电压最大值4. 4. 变

32、压器绕组主绝缘和纵绝缘的讨论变压器绕组主绝缘和纵绝缘的讨论主绝缘主要由绕组中各点的最大对地电位主绝缘主要由绕组中各点的最大对地电位决定决定纵绝缘主要由绕组中各点的最大电位梯度纵绝缘主要由绕组中各点的最大电位梯度决定决定绕组首端的纵绝缘应重点加强绕组首端的纵绝缘应重点加强二二. . 变压器对过电压的内保护变压器对过电压的内保护1. 1. 补偿对地电容电流（横向补偿）补偿对地电容电流（横向补偿）在绕组首端加装静电环、静电匝、静电屏等，在绕组首端加装静电环、静电匝、静电屏等，补偿补偿C C的分流，使的分流，使K K上的电压降落均匀化上的电压降落均匀化2. 增大纵向电容（纵向补偿）增大纵向电容（纵向补

33、偿）加大纵向电容加大纵向电容K K0 0的值，使对地电容的值，使对地电容C C0 0的影响相的影响相对减小，即减小对减小，即减小 值，从而使电压初始分布值，从而使电压初始分布变得比较均匀变得比较均匀工程上常采用纠结式绕组工程上常采用纠结式绕组14235678910176238495108/K2/K 匝匝1，2之间隔着之间隔着6所以两者之间无所以两者之间无KK 本章总结：本章总结：1.1. 导线上波过程的概念；导线上波过程的概念；2.2. 行波的折射和反射，导线上波过程的计算，行波的折射和反射，导线上波过程的计算， 彼得逊法则的应用；彼得逊法则的应用；3.3. L L、C C元件对波过程的影响元

34、件对波过程的影响4.4. 变压器绕组中波过程的概念、主绝缘和纵绝缘、变压器绕组中波过程的概念、主绝缘和纵绝缘、 绕组电压分布特点绕组电压分布特点5. 5. 变压器对过电压的内保护变压器对过电压的内保护6.6 变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程6.6 变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程 在雷电冲击和操作冲击电压作用下，变压器绕组在雷电冲击和操作冲击电压作用下，变压器绕组内部将出现复杂的电磁暂态过程，使其内部将出现复杂的电磁暂态过程，使其主绝缘主绝缘(绕组绕组对地、绕组之间对地、绕组之间)和和纵绝缘纵绝缘(绕组的匝间、层间或线绕组的匝间、层间或线饼间饼间)上可能受到很高的过电压而损坏。

35、变压器绕组上可能受到很高的过电压而损坏。变压器绕组在冲击电压作用下产生的过电压，主要由绕组内部在冲击电压作用下产生的过电压，主要由绕组内部的的电磁振荡电磁振荡过程和绕组之间的过程和绕组之间的静电感应静电感应、电磁感应电磁感应过程所引起。这两个过程通常统称为过程所引起。这两个过程通常统称为变压器绕组的变压器绕组的波过程。波过程。当无限长直角波作用于绕组时当无限长直角波作用于绕组时起始时起始时：电感电流不能突变，：电感电流不能突变， t=0时，电感中的电流为零，这就相当于时，电感中的电流为零，这就相当于电感为开路，波前等值频率很高，等值电路只包含电容链并决定起始电感为开路，波前等值频率很高，等值电

36、路只包含电容链并决定起始电压分布电压分布.单绕组中的波过程单绕组中的波过程略去线匝互感与绕组损耗的绕组简化等值电路略去线匝互感与绕组损耗的绕组简化等值电路初始分布初始分布t=0时时dxuCdQdudxKQ0002220022udxuduKCdxud00KCt=0时时变压器绕组的空间系数变压器绕组的空间系数v根据绕组末端根据绕组末端(中性点中性点)接地方式的边界条件，可以得到绕接地方式的边界条件，可以得到绕组电压起始分布组电压起始分布v末端接地的绕组：末端接地的绕组：v末端不接地的绕组末端不接地的绕组（最末一个纵向电容（最末一个纵向电容K0/dx上的电荷必定为上的电荷必定为零）零）：0,;, 0

37、0ulxUuxlchxlshUxu)()(000,;,0,0 x lduxuUxl idx即；lchxlchUxu)()(0l不同时电压的起始分布不同，不同时电压的起始分布不同， l愈大愈大，电压起始分布曲线电压起始分布曲线下降愈快下降愈快；一般一般l的值为的值为515，当，当l 5时，有时，有shlchl，因此中性点，因此中性点接地方式对电压起始分布影响不大。接地方式对电压起始分布影响不大。电压起始分布可统一写成：电压起始分布可统一写成：v绕组中的电压绕组中的电压起始分布很不均匀起始分布很不均匀，其不均匀程度与，其不均匀程度与l值有关值有关vl愈大分布愈不均匀，大部分电压降落在首端，在愈大分

38、布愈不均匀，大部分电压降落在首端，在x=0处有最处有最大电位梯度大电位梯度lxlxeUeUxu00)()(000llUUdxdux上式表明上式表明，在，在t=0+时，绕组首端的电位梯度是平均梯时，绕组首端的电位梯度是平均梯度的度的l倍，式中负号表示绕组各点电位随倍，式中负号表示绕组各点电位随x增大而减增大而减小。小。因此对绕组首端绝缘应采取保护措施。因此对绕组首端绝缘应采取保护措施。v从上面的分析可知：从上面的分析可知：t=0瞬间，绕组相当于一电容链，此瞬间，绕组相当于一电容链，此电容可等值为一集中电容电容可等值为一集中电容CT，称为，称为变压器的入口电容变压器的入口电容。v试验表明：当试验表

39、明：当很陡的冲击波作用很陡的冲击波作用时，在过电压波刚刚到达时，在过电压波刚刚到达的的5s内，绕组中的电磁振荡尚未发展起来，电感电流很内，绕组中的电磁振荡尚未发展起来，电感电流很小，可以忽略。则变压器在这段时间内可用入口电容来等小，可以忽略。则变压器在这段时间内可用入口电容来等值。值。v变压器绕组入口电容是绕组总的对地电容和总的纵向电容变压器绕组入口电容是绕组总的对地电容和总的纵向电容的几何平均值。的几何平均值。v变压器绕组入口电容与其结构有关，不同电压等级和不同变压器绕组入口电容与其结构有关，不同电压等级和不同容量的变压器入口电容值不同。容量的变压器入口电容值不同。KCKCKdxduKUUQ

40、CxxT00000000)(v对于末端接地的绕组：各点根据电阻而形成均匀的稳态对于末端接地的绕组：各点根据电阻而形成均匀的稳态电压分布电压分布v对于末端不接地的绕组：各点的稳态电位均为对于末端不接地的绕组：各点的稳态电位均为)1 ()(0lxUxu0)(Uxu稳态时稳态时：电感短路，电容开路。波长等值频率很：电感短路，电容开路。波长等值频率很低，等值电路由低，等值电路由绕组电阻绕组电阻决定决定稳态电压分布稳态电压分布。稳态分布稳态分布变压器绕组的起始电位分布变压器绕组的起始电位分布 稳态电位分布稳态电位分布起始电位分布起始电位分布稳态电位分布稳态电位分布过渡过程过渡过程由于绕组电感和电容之间能

41、量的转换，使过渡过由于绕组电感和电容之间能量的转换，使过渡过程具有振荡性质。振荡的激烈程具有振荡性质。振荡的激烈程度与程度与起始分布和起始分布和稳态分布的稳态分布的差值差值密切密切相关相关。过渡过程中绕组各点的最大对地电压包络线过渡过程中绕组各点的最大对地电压包络线1-起始电位分布；起始电位分布；2-稳态电位分布；稳态电位分布；3-过渡过程；过渡过程；4-最大对地电压包最大对地电压包络线络线0U理论分析和实验结果表明：随着振荡过程的发展，最大电理论分析和实验结果表明：随着振荡过程的发展，最大电位梯度的出现点将向绕组深处传播，绕组各点将在不同时位梯度的出现点将向绕组深处传播，绕组各点将在不同时刻

42、出现最大电位梯度，刻出现最大电位梯度，这对纵绝缘的保护和设计是个很重这对纵绝缘的保护和设计是个很重要的问题。要的问题。在末端接地的绕组在末端接地的绕组中，最大电压将出中，最大电压将出现在绕组首端附近，现在绕组首端附近，其值可达其值可达1.4U0在末端不接地的在末端不接地的绕组中，最大电绕组中，最大电压将出现在绕组压将出现在绕组末端，其值可达末端，其值可达1.9U0实际的绕组因有损耗而使最大电位有所降低实际的绕组因有损耗而使最大电位有所降低不论绕组末端是开路还是接地，当不论绕组末端是开路还是接地，当t=0时，绕组纵向最大时，绕组纵向最大电位梯度将出现在绕组首端，其值为电位梯度将出现在绕组首端，其

43、值为 。 绕组中的振荡过程与作用在绕组上的冲击电压波形有关。绕组中的振荡过程与作用在绕组上的冲击电压波形有关。冲击电压波头时间越长，上升速度越低，则绕组上的初冲击电压波头时间越长，上升速度越低，则绕组上的初始电压分布由于受电感电流的影响，就将与稳态电位分始电压分布由于受电感电流的影响，就将与稳态电位分布较接近，振荡过程的发展就比较缓和，绕组各点对地布较接近，振荡过程的发展就比较缓和，绕组各点对地的最大电位和纵向电位梯度也将较低；的最大电位和纵向电位梯度也将较低；反之，当波头很陡的冲击电压作用时，绕组内的振荡将反之，当波头很陡的冲击电压作用时，绕组内的振荡将很激烈。很激烈。因此，减小入侵冲击电压

44、的因此，减小入侵冲击电压的陡度陡度对绕组的主绝缘对绕组的主绝缘和纵绝缘的保护具有很重要的意义。和纵绝缘的保护具有很重要的意义。 在变电站内由于避雷器动作或设备绝缘闪络的结果，使在变电站内由于避雷器动作或设备绝缘闪络的结果，使入侵的冲击电压波发生截断，原已被充电到入侵的冲击电压波发生截断，原已被充电到u的变压器的入的变压器的入口电容将经线段口电容将经线段L的电感放电，形成振荡，产生很高幅值的的电感放电，形成振荡，产生很高幅值的过电压，且陡度很大，会在变压器绕组中产生很大的电位梯过电压，且陡度很大，会在变压器绕组中产生很大的电位梯度，危及变压器绕组纵绝缘。因此，必须对电力变压器进行度，危及变压器绕

45、组纵绝缘。因此，必须对电力变压器进行截波冲击试验。截波冲击试验。1、在绕组首端部位加一些电容环和电容匝补偿对地电容；、在绕组首端部位加一些电容环和电容匝补偿对地电容；2、增大纵向电容，减小对地电容的影响。、增大纵向电容，减小对地电容的影响。变压器绕组的截波作用变压器绕组的截波作用变压器的内部保护变压器的内部保护1. 中性点不接地的星形绕组中性点不接地的星形绕组n单相进波，中性点最大电压为单相进波，中性点最大电压为2U0/3n两相进波，中性点最大电压为两相进波，中性点最大电压为4U0/3n三相进波，中性点最大电压为三相进波，中性点最大电压为2U0绕组对冲击波的阻抗绕组对冲击波的阻抗远大于线路波阻抗远大于线路波阻抗绕组末端短路。绕组末端短路。三相变压器绕组中的波过程三相变压器绕组中的波过程