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变压器绕组多尺度链式模型及暂态仿真

变压器绕组是一个复杂的电感电容网络，在暂态电压冲击作用下将产生强烈的电磁振荡过程，将在绕组匝间、线饼层间以及绕组对地部件间产生幅值很高、频率组分复杂的过电压，并同时危及绕组的主绝缘和纵绝缘。因此，在变压器雷电暂态波过程仿真中往往需要建立一个庞大且细化的模型进行计算。目前被电力行业广泛接受的变压器绕组暂态模型为链式模型，该模型将变压器高压绕组用电阻、电感和电容组成网络进行模拟。变压器绕组的链式模型中链形单元的细分程度可以有效降低仿真结果的误差，但是该模型仍存在以下几个缺点： 1) 链形单元参数的取值来源于变压器入口电容和绕组等效冲击漏抗的估计值，仿真结果可信度不足；2) 链式绕组模型的仿真精度和链形单元划分的细致程度相关，模型的低复杂度和高准确性难以兼顾；3) 链式绕组模型主要用于模拟暂态过程中变压器绕组对地电压分布，其链形单元的纵向过电压和变压器线饼间的纵向过电压并非一一对应，缺乏具体的物理含义；4) 链式绕组模型将变压器各绕组段统一成等值的链形单元，不考虑变压器实际绕组结构。为了精确模拟变压器绕组中的波过程以及定量研究变压器高压绕组线饼间的过电压，本文以链式模型为基础，采用多尺度建模思想，建立包含绕组段级和线饼级的变压器绕组多尺度链式模型。以图1模型为例，该模型用于研究变压器中性点暂态过电压，其中线饼级模型为过电压细化仿真区域，本文使用类链式模型的网络进行模拟，也可以采用有限元模型插件或更细致的阻容网络进行建模。线饼级模型建立的过程中应考虑变压器实际绕法和油道宽度差异。本文提出的多尺度变压器绕组链式模型已成功运用在多个220kV变电站雷击故障分析中，取得较好的效果。将仿真计算结果得出的变压器绕组故障位置与实际绝缘破坏的位置进行对比，二者的误差可控制在±1线饼。