局部放电脉冲在单绕组变压器中传播过程的仿真分析

200304003904中分类号855文献标识码局部放电脉冲在单绕组变压器中传播过程的仿真分析王忠东，桂峻峰，谈克雄，朱德恒清华大学电机工程系，北京100084有重要影响。对传播过程的深入研宄有助于正确理解测得信号所包含的信息。文章建立了局部放电脉冲在单绕组变压器绕组中传播过程的仿真计算模型，并结合不同放电位置计算了脉冲传播途径的传递函数。不同位置发生放电时，可利用同测量点所测信号根据其幅频特性的不同来确定放电位置。

1引言在对变压器的局部放电进行检测时，检测装置测得的信号是在放电源激励情况下由变压器及其外部连接设拆检测装置所组成的系统的响应基金项目国家自然科学基金会资助项目东北电力集团公司联合资助重点项目批准号596372.

信号。若以局部放电激励信号，以，由变压器外部设济和检测装置组成的系统，则其响应信号，为型放电的强弱和放电处绝缘性质等。系统，可分成不相关的2个子系统征变压器及其外部连接设备的特性和影响的子系统7它包括放电位置变压器内部结构连接设备的类型及其连接方检测装置测得的端部信号波形包含的信息有内部放电的强弱位置性质及严重程度；放电脉冲信号传描过程中绕组对其波形的影响，例如衰减畸变和延迟等2.为了正确解释变压器端部所测得的信号，有必要对子系统7和72，的特性及其影响进行分析。本文针对单绕组变压器这简化实例，结合放电在不同位置发生的状况，重点讨论了变压器绕组对局部放电脉冲传播过程的影响。

2放电脉冲沿变压器绕组传播的仿真模型针对单绕组变压器，建立了1的局部放电脉冲在绕组中传播过程的仿真模型。

考虑频变参数，建立了变压器仿真模型，艮口，电路网络。将变压器绕组按其绕制方式划分成若干集中单元，每个集中单元由电感性支路1支路和电容性支路尤支路，通常称为纵向等值电容支路并联。电感性支路由单元内各面导线的电阻电感和匝与匝之间的互感组成，电容性支路由单元内各匝间电容绝缘漏导和饼间电容绝缘漏导组成。各单元的对地电容6支路，通常称为横等值屯容支路1笮元内线匝对铁心和对外壳裸露在空气中的变压器绕组模型对自由空间的电容组成。各单元间存在着互感。

发生局部放电的变压器主绝缘处，依旧可看作电容性试品，其放电可用电容模型来等效，或简单地使用方波电压经小电容模拟放电的外在反映或直接投拟成陡脉冲放电的屯流源。本文采用陡脉冲电流源。

1模型参数估算方法由十匝间距离远小于匝巧，饼间距离远小丁饼据平板电容公式估算。即各为匝间距离或饼间距离；5为匝高或饼的径向宽度；式为每匝平均直径。

纵向等值电容可根据静电能量等效的原理求妃间几何电容和饼间几柯电荇的心理式，系数和6与绕组的绕制方式有关，圮线饼匝数的函数，如式3所小。

横等值电容可根据叫屯容公式⑷沾算。，deneH数为单兀的轴高度4为铁心的直径必为绕组的内直径。

单绕组变压器用中空的铁皮桶模拟铁心，各单元的自感和彼此间的互感可根据空心矩形截面圆环的自感和互感的解析计算公式求得3.

电阻尺和绝缘介质的导纳6是频变参数。频率越高，导体内电流的集肤效应越明显导体电阻穴越大。绝缘介质的损耗随频率增高而，加，导纳7与频率的关系山实测到。

2梭型等效性验证单绕组变压器的等值阻抗进行实测。测量时将模拟铁心的铁皮桶接地，线圈的端与分析仪输入地端相连，另端接分析仪的输入端。接线要尽量短以减少杂散电容和电感。2如分别给出了在局部放电常用检测频段lMHZ范围内等值阻抗的幅频特性和相频特性，中实线为测量结果，虚线为仿真结果。

由可，仿真模型的计算阻抗虽然在幅度上与实测存在差异，但对由谐振引起的高阻点和低阻点的频率位置估算较准确频率差别在51以内幅值差别不超过3，可认为这是由试验仪器周围环境引起的误差，阻抗感性区和容性区与实测基本相同。因此，该变压器绕组仿真模型在423局部放电脉冲传播路径传递函数的仿真计算假设放电发4于绕组的不同位置，而部放电信号的检测端在套管末屏和绕组中性点接地线处，则叮利用仿真梭型计算得到从不同放电位迓到各测量点的传播路径的传递函数。

部的放电点，岱管末屏的路径的传递函数的幅频特性。该单绕组变压器共50饼，线圈为内屏蔽和连续式混绕。中星号实线虚线分别放电电流脉冲在第5饼第1匝第25饼第匝和第45饼第1匝注入，套管末屏处检测到的传播路径的传递函数幅频特性。3a为在lMHz频段内的幅频特性，3，为在3002低频段内幅频特性的局部展开。

300如范围内的榀娥特性传递函数幅频谱4仿真结果讨论山阁中不放电位置到测量点的传播路径的传递函数可，不同传递函数现出来的共性有在1MHZ频率范围内，传递函数的幅频特性可分成诺振区和乎坦。谐振1在较低频段，在此频段内绕组对放电脉冲倍号的影响主要衣现为波形畸变；平坦区在较频段，在此频段内绕组对放电脉冲信号只有衰减没有变形的影响。同时不同传播路径的传递函数的差异也非常明显①放电位置+同，各传播路径的传递闲数谐振的频率范1留不同，放电位迓离测玷端部越远，传播路径越长，谐振频段越大；放电位置不同，各传播路径放屯位置+同，各传播路径传递函数在平识区内的幅度不同，传播路径越长，平坦内的幅度越小，付放信的衰减越严重以分祈，鳎，芫植糠诺缭粗敛饬慷说拇，路径的影响，在测量端所测得的信号不能等同于局部放电源处的原始放电信号，而是内部放电性质强弱及传播过程中所受影响的综合反映。如果同性质的放电发生在绕组的不同位置，根据以上分析，传播路径不同对放电信号会有不同的影响。

因此至少有2种定位放电点的方法利用不，传播路径的传递函数在谐振区内的不特性来定位放电点。可利用的参数有谐振区范围谐振分量的幅频特性等。此方法只需在1个测量端检测信号，对实测信号做幅频特性分析，根据各谐振点频率和幅度的关系，参照仿真计算结果即可确定放电点。，利用不同传播路径传递函数所共有的平坦区，根据信号的幅值比例定位放电点。此方法需比较2个测玷端的信号，确定两，的人小比值，科，照仿真结果确定放电点。

为验证第1种方法的可行性，对连续式单绕组变压器进行了仿真计算和实验。该变压器共有18饼。连续式绕组可避免不同绕制方式的影响，使得谐振区内的幅频特性受传播距离的影响更加突出。

作，分别是局放在第5饼第1匝第饼第1西第15饼第1匝注入时的传递函数幅频特性，实线为实测结果，虚线为计算结果。由于等值阻抗计算和实测幅值有差别，绕组的传递函数幅频特性计算与实测结果也存在差异，但是在谐振频率点以及谐振幅值上，者比较符合。因此该计算结果可以反映绕组真实的传播特性。

由比较可，随着放电位置的下移，传播路径比较明显的足第1和第2谐振频。韦处的谱，笫5饼笫响汴入肘的桢咀忡的作笫饼笫1限汴入时的，船。吁巧，上入时的韧铋特佐峰值之比逐渐减小。实测和计算结果虽然在幅度上有定偏差，但是都显了这趋势。因此利用测量信号的频谱中两谱峰的比值关系，比照仿真结果便可对放电点定位。

播特性的深入分析。对于复杂的变压器绕组，其传递函数谱也可通过计算机模拟，电流脉冲频谱的比较也可通过软件设定来自动完成，因而该方法定位精度较高。尽管此方法还未真正用于现场，但可以看到该定位法有定的实用价值。

5结论研究变压器绕组对部放电信传播的影响，有助于正确理解端部测量信号。本文建立了局部放电在单绕组变压器中传播过程的仿真计算模型。实验1正明该仿讧模型在迎常局部放电测量频段内有较好的等效性。仿真计算了放电发生在绕组不同位置，放电点至测量端的传播路径的传递函数。并指出了在不同频段内传播路径均对局部放电信号仃畸变，减作用。利用传递函数在不同频段的特性可以对放电点进行定位。

朱德恒，谈克雄，李福棋，等。论发电机变压器放电性故障的基础研宄。中国机械工程学会第9届全国设备诊断技术学术会议论文王赞基。多绕组变压器线圈的波过程。北京清华大学，1985.

王忠东1969，女，博士，现供职于英国MmKhester大学；桂峻峰1975，男，博士研究生，从事电气设备诊断研编辑查仁柏天津耐克森电磁线缆有限公司被东芝等公司评为####供应商2003年1月在常州东芝变压器有限公司举行年度的供应商评比大会中，天津耐克森电磁线缆有限公司凭借其在2002年的优异现成为唯家电磁线类产品####供应商。

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樊瑾毓供稿