变压器绕组过压

在为确保变压器可靠运行而设计的运行和测试过程中，如果不确定作用在变压器绝缘各部分的应力，就不可能确定变压器绝缘的尺寸和设计选择。

在这种情况下，当雷电浪涌冲击其输入端时作用在变压器绝缘上的电压通常是决定性的。这些电压，也称为脉冲电压，几乎在所有情况下都决定了纵向绕组绝缘的选择，在许多情况下还决定了主绕组绝缘、开关设备绝缘等的选择。

使用计算机技术确定过电压允许从定性考虑绕组中的脉冲过程转变为直接计算过电压并将其结果引入设计实践。

为了计算过电压，变压器的绕组由一个等效电路表示，该等效电路再现了绕组元件之间的电感和电容连接（图 1）。所有等效电路都考虑匝间和绕组间的电容。

图1 变压器等效电路：UOV——高压绕组入射波，UOH——低压绕组入射波，SV和CH——高低压绕组匝间电容，SVN——低压绕组匝间电容高压和低压绕组。

变压器中的波过程

考虑到匝间电容、屏蔽层与电感之间以及电感与地之间的电容，变压器将被视为电感元件（图 2a）。

以下公式用于计算过电压：

其中：t为波到达变压器后的时间，T为过电压时间常数，ZEKV为等效电路电阻，Z2为线路电阻，Uo为初始时刻的过电压

图 2. 电压波沿具有接地中性点的变压器绕组的传播：a) 示意图，b) 电压波对具有接地端子的单相变压器绕组长度的依赖性：Uo —压降波，ΔCe——线圈与屏间电容，ΔCk——匝间固有电容，ΔС3——线圈与地间电容，ΔLк——线圈层电感。

由于等效电路中同时存在电感和电容，因此会出现振荡LC电路（电压波动如图2b所示）。

振荡的振幅是入射波振幅的 1.3 - 1.4，即Uпep = (1.3-1.4) Uo，过电压的最大值出现在绕组的前三分之一的末端，因此在变压器的构造中，1/3的绕组比其余绕组具有加强绝缘.

为避免过电压，必须补偿电容器相对于地的充电电流。为此，在电路中安装了一个额外的屏蔽（屏蔽）。使用屏蔽时，绕组到屏蔽的电容将等于匝数到地的电容，即ΔCE = ΔC3。

屏蔽在电压等级 UH = 110 kV 及更高的变压器中进行。屏蔽层通常安装在变压器外壳附近。

带隔离中性点的单相变压器

隔离中性点的存在意味着大地与绕组之间存在电容Co，即在接地端变压器的等效电路中加入了电容Co，但去掉了屏蔽（图3a）。

图 3. 电压波沿具有隔离中性点的变压器绕组的传播：a) 等效变压器示意图，b) 入射波电压对绕组长度的依赖性。

振荡电路也由该等效电路构成。但由于电容Co的存在，电感和电容串联形成振荡LC电路。在这种情况下，由于电容 Co 很大，最高电压将出现在绕组末端（过电压最高可达 2Uo）。线圈两端电压变化的性质如图 3b 所示。

为了降低带有隔离中性点的变压器绕组中过压振荡的幅度，必须降低输出 C 相对于地的电容或增加线圈的自电容。通常使用后一种方法。为了增加高压绕组线圈间的自电容ΔCk，电路中加入了特殊的电容板（环）。

三相变压器中的波动过程

在三相变压器中，沿绕组的入射波传播过程的性质和过电压的大小受以下因素影响：

a) 线圈连接图，

b) 浪涌波到达的相数。

具有高压绕组的三相变压器，星形连接与直接接地的中性点

让入射浪涌波进入变压器的一相（图 4）。

在这种情况下，过电压波沿绕组的传播过程类似于具有接地中性点的单相变压器中的过程（在每一相中，最高电压将在绕组的 1/3 处），而它们不取决于有多少相达到浪涌波。这些。这部分线圈的过电压值等于 Upep = (1.3-1.4) Uo

图 4. 三相变压器的等效电路，其高压绕组连接到具有中性接地网络的星形网络。冲击波分一个阶段出现。

中性点隔离三相星接高压变压器

让浪涌波一相来。变压器的等效电路以及入射波在变压器绕组中的传播如图 5 所示。

图 5. 具有星形连接高压绕组的三相变压器的等效电路 (a) 以及波进入单相时的相关性 U = f (x) (b)。

在这种情况下，会出现两个独立的振荡区。在A阶段会有一个振荡幅度及其发生的条件，而在B阶段和C阶段会有另一个振荡回路，两种情况下的振荡幅度也会不同。最大的过电压将在接收入射浪涌波的绕组上。在零点，可能会出现高达 2/3 Uo 的过电压（此时在正常模式下 U = 0，因此，相对于工作电压 Uoperation 的过电压对其来说是最危险的，因为 U0 >> Uoperation）。

让浪涌波通过A、B两相。变压器的等效电路以及入射波在变压器绕组中的传播如图6所示。

图 6. 具有星形连接高压绕组的三相变压器的等效电路 (a) 以及当波进入两相时的相关性 U = f (x)。

在波到达的相绕组中，电压将为 (1.3 — 1.4) Uo。中性点电压为 4/3 Uo。在这种情况下，为了防止过电压，避雷器连接到变压器的中性线。

让浪涌波分三相进来，变压器的等效电路以及入射波在变压器绕组中的传播如图7所示。

图 7。具有星形连接高压绕组的三相变压器的等效电路 (a) 以及当波进入三相时的相关性 U = f (x)。

三相变压器各相过压降波的传播过程与单相隔离输出变压器的传播过程相似。此模式下的最高电压将处于中性状态，并且将为 2U0。这种变压器过电压的情况最为严重。

三相高压三角绕变压器

让浪涌波通过三角形连接的三相高压变压器的一相A，其他两相（B和C）视为接地（图8）。

图 8. 高压绕组以三角形连接的三相变压器的等效电路 (a) 以及波进入单相时的相关性 U = f (x)。

绕组 AC 和 BC 将承受过电压 (1.3 — 1.4) Uo。这些过电压对变压器的运行没有危险。

假设过电压波分两相（A和B）来，解释图如图9所示。在这种模式下，绕组AB和BC中过电压波的传播将类似于a的相应绕组中的过程三相接地变压器端子。这些。在这些绕组中，过电压值为 (1.3 — 1.4) Uo，在交流绕组中，过电压值将达到 (1.8 — 1.9) Uo。

图 9. 过电压波通过高压绕组三角形连接的三相变压器的两相时的相关性 U = f (x)。

让浪涌波通过高压三角形连接绕组的三相变压器的所有三相。

在这种模式下，所有相的绕组都会承受 (1.8 — 1.9) Uo 的过电压。如果浪涌波同时通过两根或三根导线到达，则在波从两侧到达的绕组中间，可能会出现电压波动，其幅度可能对变压器的运行造成危险。

变压器浪涌保护

绕组主绝缘最危险的过电压可能发生在波同时通过三根线到达具有三角形连接（在绕组中间）的变压器或具有隔离中性（几乎中性）的星形变压器的情况下.在这种情况下，所产生的过电压的幅度接近输出电压的两倍或输入波幅度的四倍。无论变压器绕组的连接方案如何，当具有陡峭前沿的波到达变压器时，在所有情况下都可能发生危险的匝间绝缘过电压。

因此，对于发生过电压的所有变压器及其沿绕组的分布，为了估计它们的大小，有必要考虑变压器等效电路中的电容（而不仅仅是电感）。获得的过电压值的准确性在很大程度上取决于电容测量的准确性。

为了避免变压器设计中的过电压，规定：

• 分配充电电流的附加屏幕，因此减少了过电压。此外，屏蔽降低了变压器绕组上某些点的场强，

• 加强其某些部分绕组的绝缘（变压器绕组的结构性更换），

• 在变压器前后安装避雷器——防止外部和内部过电压，以及在变压器中性线安装避雷器。