[發明專利]一種獲得VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓分布的方法

在審

• 申請號: 202011072142.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112230045A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張萍;田豐源;趙新賀
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R19/165
• 分類號: G01R19/165;G01R19/04;G01R31/72;G01R31/62
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種獲得VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓分布的方法。該方法包括以下步驟：step1：獲取變壓器繞組的多導體傳輸線模型的N值；step2：根據上面得到的N值，獲得電容矩陣C；Step3：將step1中獲取的多導體傳輸線模型中的每根傳輸線分(3～7)段，把每一個節點上電壓、電流作為自變量，采用歐拉公式離散，最終得到(6～14)階的線性常態狀態方程組，最終通過精細積分法和龍格?庫塔迭代法結合，得到VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓與空間和時間的關系。本發明不但克服了龍格?庫塔迭代法應用范圍小的不足，還解決了單純采用精細積分法計算過程中矩陣運算多，計算量過大等問題，使整體計算量變小，效率更高。

技術領域：

本發明涉及一種獲得VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓分布的方法，屬于電力系統領域。

背景技術：

氣體絕緣變電站(GIS)在我國特高壓工程中有著廣泛的使用。但GIS中隔離開關操作時可能會形成上升沿為ns級，暫態頻率為MHZ的特快速暫態過電壓(VFTO)。如此陡的過電壓進入高電壓變壓器線圈中，極易造成變壓器繞組間的絕緣破壞，給電力系統造成嚴重的經濟損失，所以研究變壓器繞組在VFTO作用下的過電壓分布具有重要的意義，為防止VFTO對變壓器的絕緣造成破壞和改進繞組的絕緣設計提供了理論依據。

目前在分析解決繞組的絕緣問題時，是采用精細積分法直接求解變壓繞組的微分方程組(參考論文：陡波前過電壓下頻變變壓器繞組過電壓時域算法研究；作者：馬宜軍；時間：2006.12.22)，這樣存在矩陣運算多，計算量過大，效率低的問題。

發明內容：

本發明的目的為針對當前技術中存在的不足，提供了一種獲得VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓分布的方法。該方法將精細積分法和龍格-庫塔迭代法結合，不但克服了龍格-庫塔迭代法在求解傳輸線方程時應用范圍小的不足，還解決了單純采用精細積分法的話會造成計算過程中矩陣運算多，計算量過大等問題，使整體計算量變小，效率更高。

本發明的技術方案是：

一種獲得VFTO作用下大型電力變壓器繞組過電壓分布的方法，該方法包括以下步驟：

step1：獲取變壓器繞組的多導體傳輸線模型的N值，即變壓器繞組總匝數；

step2：根據上面得到的N值，獲得電容矩陣C：

由如下公式計算電容：

其中，W_j為第j個激勵導體產生的能量，i為與激勵導體之間有電容的導體編號；Δu_ij為向激勵導體施加的電壓，C_ij是第i個導體與第j個導體之間的電容；

Step3：將step1中獲取的多導體傳輸線模型中的每根傳輸線分(3～7)段，把每一個節點上電壓、電流作為自變量，采用歐拉公式離散，最終得到(6～14)階的線性常態狀態方程組：

由多導體傳輸線方程組

式中：

L、C、G、R分別為變壓器繞組的單位電感、電容、電導、電阻矩陣，u和i分別表示距離始端x處的電壓電流向量；

采用后向歐拉公式離散，把式(1)的第二式在(k+1)h處差分離散得：

把式(1)的第一式在kh處采用前向歐拉公式離散得：

k＝0,1,2...6～14，h為步長；

多導體傳輸線方程的空間坐標離散后共得到(6～14)個相互獨立的狀態變量，最終

得到(6～14)階的線性常態狀態方程組：