雷电冲击电压下双层XLPE电缆绕组的暂态特性研究

当雷电波侵入XLPE电缆绕组后,双层XLPE电缆绕组的芯线及外半导电层上的暂态电压分布与单层绕组有很大的不同.研究发现,由于其结构上的特殊性,导致其在外半导电层上会出现一定幅值的暂态电压,这与传统变压器绕组遭受雷电波侵入时所表现的暂态特性有很大的不同.通过试验测量其芯线与外半导电层上的暂态电压分布,分析其在雷电冲击电压下的暂态特性,为这种新型变压器的设计、保护技术提供了参考依据.     

外半导电层经电阻接地后XLPE电缆绕组的暂态现象

为了研究电缆绕组变压器的暂态特性,笔者通过对无外金属屏蔽及护套的XLPE电缆绕组芯线加模拟雷电冲击电压,对外半导电层是否接电阻接地两种情况进行试验,得出了外半导电层接小电阻接地对芯线电压振荡有一定抑制及外皮电压最大值虽有一定的提高但震荡消失,有益于改善暂态特性的结论。     

雷电波侵入XLPE电缆绕组的暂态特性

利用雷电波侵入XLPE电缆绕组的外端口特性得出其暂态等值电路,并进行分析求解.发现避雷器的放电电压和残压越高,电缆绕组上的电压越高;但是侵入波越陡、入口电容越大,反而可能使得电缆绕组上不会出现高于避雷器残压的过电压,有利于电缆绕组的保护.这与传统变压器绕组出现具有余弦振荡性质的过电压有很大不同.对绕组输入模拟雷电波进行实验并使用EMTDC仿真,对比表明电缆绕组在雷电冲击电压作用时外端口特性可用R、C串联支路来近似等效.为这种新型变压器的设计、保护技术提供了参考依据.     

XLPE电缆绕组的电路模型及其外半导电层暂态电压分布特性研究

以XLPE电缆为绕组的新型电力设备可能承受很高的暂态电压,而所用的XLPE电缆外部没有金属回流层,只有一层半导电层,因此深入了解其外半导电层的暂态特性很有必要.本文给出电缆绕组高频暂态下的电路模型,并将实际绕组的实测数据与仿真结果进行比较,两者吻合很好.这表明该电路模型可表达这类绕组外半导电层暂态时的表现,同时得出在冲击电压作用下,绕组前部的外半导电层是最薄弱部位及芯线与外半导电层间为电容耦合的结论.     

XLPE电缆绕组芯线与外半导电层间的暂态耦合特性

为了解XLPE电缆外半导电层与芯线的暂态电压耦合特性,测取了冲击电压下外半导电层及芯线的电压分布;给出了单匝电缆的等效电路模型。结果表明,冲击电压下芯线与外半导电层间为电容耦合。试验和计算结果吻合。     

电缆绕组变压器外半导电层中的电流特性

电缆绕组变压器的线圈所用的电缆为去掉外金属护套的电缆,当绕组芯线上存在高频电压时,在其外半导电层上会产生相同频率电压与电流.为了研究外半导电层内的电流大小与芯线内电压、电流等参量之间的关系,首先利用有限元法对外半导电层中的涡流电流进行计算,然后对绕组外半导电层的等效电路进行了研究,最后通过与实验相比较的方法,分析了电缆绕组变压器外半导电层中电流产生的原因,并研究了半导电层材料的电阻率对其内部电流幅值的影响.     

外半导电层对地电容与XLPE电缆绕组暂态特性

为了解交联聚乙烯(XLPE)电缆绕组变压器绕组外半导电层的对地电容对电缆绕组暂态特性的影响,改变试验绕组外半导电层对地电容进行对比试验,并基于前期仿真模型建立了考虑外半导电层对地电容影响的模型。试验和仿真的对比结果表明,绕组外半导电层对地电容对这类绕组暂态特性的影响较小。     

XLPE电缆绕组外半导电层的暂态电压分布测量

通过对无金属外屏蔽及护套的XLPE电缆绕组芯线加冲击电压测取外半导电层上电压分布的方法,得出了在冲击电压作用下,无论绕组开路或短路,绕组前部的外半导电层是最薄弱部位的结论。为新型电力设备的设计、保护及试验技术提供了依据。     

XLPE电缆变压器绕组的暂态外端口特性

通过对XLPE电缆变压器和传统变压器的绕组暂态特性试验的比较和分析 ,指出前者在雷电冲击电压作用下的外部端口特性与频率有关 ,波前时间内电缆绕组表现为一段波阻抗约为 2 10Ω的长线 ,波前时间后主要表现为其总的对地电容。为该种新型变压器的设计、保护及试验技术提供了依据。     

加铜罩对XLPE电缆绕组外端口特性的影响

交联聚乙烯(XLPE)电缆绕组变压器[1-5]在运行时,由于铁心和外防护罩的影响,使得电缆绕组电感值发生变化和外半导电层对地电容比试验空心绕组的外半导电层对地电容增大许多.因此了解铁心和外防护罩对电缆绕组外端口特性的影响是很有必要的.本文用加铜罩的方法模拟防护罩的作用的方法,对试验绕组进行了对比试验,并在前期研究[6]的基础上建立了考虑外半导电层对地电容影响电缆绕组外端口等效电路模型.为该种新型变压器的设计、保护及试验技术提供了依据.     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

试验研究VFTO作用下层式绕组暂态特性

为了研究特快速暂态过电压(VFTO)对层式绕组绝缘的影响,设计制作了分段层式绕组试验模型,该模型分为4段,每段5层,以每1层为1个单元,共分20个单元。试验过程分别对该分段层式绕组模型中有铁心和无铁心注入VFTO脉冲电压信号,并采集记录了入波后分段层式绕组模型各个单元节点电压信息,通过各节点电压信息分析了分段层式绕组模型暂态电位分布情况,并根据入波电压和响应电压求出分段层式绕组电压传输函数的幅频特性,分析了分段层式绕组中谐振频率情况。试验研究结果为层式绕组的绝缘结构设计提供了理论依据。     

110kV和220kV变压器中性点雷电过电压仿真与分析

为了更好地对110 kV和220 kV变压器中性点保护的绝缘配合进行参数整定,得到中性点处的实际过电压情况,文中考虑了入侵变电所的雷电波幅值和陡度受到变电所进线段保护时的限制作用,建立了变压器在雷电过电压下的绕组仿真模型,并通过ATP-EMTP软件对变压器中性点受到线路上的入侵雷电波作用时的实际过电压情况进行仿真,结果表明:无论变压器中性点处是否接有避雷器,其实际过电压波形与用作中性点处整定参考的标准雷电波的波形有很大差异,这也是导致中性点处避雷器和间隙绝缘配合失调的主要原因之一。     

Transient EMF induced in LV cables due to wind turbine direct lightning strike

This paper presents a novel, easy to use, engineering method for determining the transient electromotive force (EMF) induced in low-voltage (LV) cables, connecting the wind turbine with a near-by transformer, in the event of direct lightning strike into the top of the wind turbine tower. Proposed method is based on the application of the travelling wave analysis onto the system consisted of wind turbine tower, earthing system of wind turbine, earthing system of near-by transformer station and LV cables connecting the wind turbine with associated transformer. Hence, this design gives rise to a complex, mutually connected, earthing system. Direct lightning strike to the wind turbine initiates a travelling wave process in the system consisted of lightning channel, wind turbine tower and earthing system of the wind turbine. Due to the transient nature of the observed phenomenon, current and voltage states at the earthing system as well as in the associated low-voltage cables are formed through the propagation and reflection of the accompanying travelling waves. Transient EMF induced in LV cables could endanger cable main insulation and insulation of the associated transformer LV winding. Developed theory is subsequently applied on the concrete wind turbine example.