牵引变压器绕组过电压计算软件设计

【摘要】设计了牵引变压器绕组过电压计算软件。

【关键词】牵引变压器；过电压；软件

1.前言

在铁路牵引系统中，牵引变压器在工频电压的作用下正常运行，但在某些特定条件下，变压器会遭受到超过工频电压从而可能危害绝缘的异常电压，称之为过电压。过电压包含很多种类，可将其大致划分为两大类：雷电过电压和操作过电压。雷电过电压具有陡度大、时间短等特点，所以当它侵袭到变压器绕组上时，会造成变压器绕组首端电压降急剧升高，导致局部电场过大，从而破坏绕组纵绝缘。因此在绕组纵绝缘设计时，必须了解作用于绕组纵绝缘上的过电压，了解在过电压作用下变压器绕组各点的对地电位、绕组中相邻两元件（线段间、线匝间以及分接头之间）的电位差，即梯度电位。它们是合理确定变压器纵绝缘结构的重要前提。

2.建立绕组等值电路

建立牵引变压器绕组的等效电路是计算过电压分布的基础。根据传统的变压器绕组波过程计算理论，可将变压器高压绕组细分成若干个单元，每个单元都包含电感和电容的集中参数。如图1所示为牵引变压器高压绕组的单元等值电路：其中，L为自感，C为纵向等值电容，Ck为对地电容。各个单元之间均有互感，每段绕组均有电阻，但互感比自感小约3个数量级，电阻在雷电冲击电压下对绕组初始分布影响可忽略，故本次计算这两个参数不予考虑，在图1中未画出。

3.等效电路中参数计算

3.1 电感参数计算

3.2 电容参数计算

牵引变压器在工频电压作用下，绕组的电压分布主要由电感参数决定，但在冲击过电压作用下，由于过电压波头部分变化极快，频率很高，故此时的电压分布主要由电容参数决定。

4.绕组过电压计算软件

牵引变压器绕组多为饼式绕组和层式绕组，而层式绕组在冲击波作用下的起始电压分布良好，已经可接近线性分布，故本软件只介绍在雷电冲击作用下饼式绕组牵引变压器电位起始分布的计算方法。

4.1 标准雷电全波

4.2 过电压计算软件介绍

该过电压计算软件的设计是根据变压器受到雷电冲击时绕组的等值电路，应用Matlab软件进行编程，求解出变压器绕组初始电压分布及电位梯度的实现的。

由图4中的电位梯度分布曲线可以看出，雷电冲击作用下变压器高压绕组的最大电位梯度出现在绕组的首端，其值为0.3V。

5.结论

由于牵引变压器的额定电压等级为25kV，且在该电压等级下额定雷电冲击全波的耐受电压峰值为155kV，故该牵引的首端最大电位梯度为155×0.3＝46.5kV。查表知在雷电冲击全波作用下饼间油隙为4.5mm、匝绝缘为0.6mm时饼间油隙最小击穿电压为86kV，由于46.5kV

参考文献

[1]п.л.卡兰塔罗夫.电感计算手册[M].北京:机械工业出版社,1992:258-280．

[2]张嘉祥.变压器线圈波过程[M].北京:水利电力出版社,1982:187-268．