專(zhuān)利名稱(chēng)：降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變壓器防雷保護(hù)設(shè)備，特別是一種降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置。
背景技術(shù)：
變電站雷電侵入波是導(dǎo)致變壓器絕緣損壞的一個(gè)重要因素。當(dāng)變電站出線線路發(fā)生近距離雷擊時(shí)，雷電波傳播到變電站的距離短，衰減小，到達(dá)變壓器的雷電侵入波通常具有很高的陡度，在變壓器繞組上將產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻分布，常常使端部繞組的匝間絕緣遭受?chē)?yán)重的過(guò)電壓，對(duì)變壓器繞組將帶來(lái)較大的危險(xiǎn)，特別雷電頻發(fā)的南方地區(qū)，發(fā)生變壓器雷電損壞的事件是比較頻繁的。尤其對(duì)于終端變，通常進(jìn)線回路少，主接線相對(duì)較為簡(jiǎn)單， 侵入主變繞組的雷電波幅值和陡度都較高，其危險(xiǎn)性也更大。因此，侵入波對(duì)終端變的變壓器帶來(lái)的傷害將更大。分析表明，變壓器繞組端部故障主要是雷電侵入波陡度過(guò)高帶來(lái)的局部匝間電位梯度過(guò)大所致，由于繞組存在對(duì)地寄生電容，侵入波瞬態(tài)過(guò)電壓大部分降落在繞組首端附近，使得首端附近繞組特別容易發(fā)生匝間絕緣故障而損壞。作為保護(hù)用的避雷器能夠限制雷電侵入波的幅值，但對(duì)陡度的影響比較小，對(duì)于近區(qū)雷擊故障侵入的高陡度過(guò)電壓危害不能夠進(jìn)行有效防護(hù)，因此單一的避雷器作為限制幅值的雷電防護(hù)措施并不十分充分和完善。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供能夠充分、完善的雷電保護(hù)措施的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置。本實(shí)用新型是通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，包括有避雷器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)在于，還包括有復(fù)數(shù)個(gè)高頻磁環(huán)依序排列組成的磁環(huán)串，其安裝在避雷器前端，即變壓器和避雷器之間，或者是安裝在避雷器后端，即避雷器和母線之間。高頻磁環(huán)套在架空導(dǎo)線上，相當(dāng)于線路中串聯(lián)了一個(gè)電感元件，以增大導(dǎo)線的電感，有效抑制了侵入變壓器的雷電波的上升速度，并強(qiáng)制反射，改變雷電波在變電站內(nèi)的傳播和分布，減小變壓器端口雷電波的幅值和陡度。由于高頻磁環(huán)的阻抗很小，損耗也小，對(duì)導(dǎo)線正常運(yùn)行性能幾乎沒(méi)有影響，因此可以在不影響正常運(yùn)行的情況下，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備增設(shè)新的技術(shù)措施。高頻磁環(huán)主要用在電子行業(yè)中，對(duì)抗干擾信號(hào)，對(duì)干擾信號(hào)起到屏蔽作用，電力行業(yè)中也有將高頻磁環(huán)用于抑制暫態(tài)過(guò)電壓上，但是由于雷電波的特殊性，其產(chǎn)生的幅值和陡度并非一般線路因運(yùn)行而產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓所能比擬的，其頻率完全不同，雷電波屬性具有不可確定性，無(wú)法預(yù)知，因此項(xiàng)目組特別就該技術(shù)進(jìn)行了大量仿真分析和模擬實(shí)驗(yàn)，觀察和分析高頻磁環(huán)對(duì)雷電波的影響、高頻磁環(huán)的結(jié)構(gòu)要求以及高頻磁環(huán)安裝位置的有效性。因此將高頻磁環(huán)依序排列組成磁環(huán)串安裝在變壓器和避雷器之間或者避雷器和母線之
3間，能顯著降低侵入波陡度就可以顯著降低匝間電位梯度，從而大幅度降低匝間電壓水平和擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，這樣匝間絕緣放電故障率就可以成倍甚至數(shù)十倍地降低，對(duì)降低變壓器雷電波幅值和陡度具有明顯、有效的技術(shù)效果，補(bǔ)充和完善了變壓器的防雷保護(hù)措施，對(duì)于保證變壓器的安全運(yùn)行具有較大的實(shí)際意義，也對(duì)變壓器在多雷地區(qū)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了十分有利的條件。高頻磁環(huán)可以有如下選擇高頻磁環(huán)采用多層結(jié)構(gòu)的非晶磁芯材料構(gòu)成，復(fù)數(shù)個(gè)磁環(huán)緊密靠觸形成磁環(huán)串。簡(jiǎn)易磁環(huán)串可由純磁環(huán)單元串聯(lián)組成。磁芯材料應(yīng)選擇高飽和磁通密度和高磁導(dǎo)率的材料。還可以是復(fù)合磁環(huán)串復(fù)合磁環(huán)串包括磁環(huán)、絕緣層和阻尼層，磁環(huán)由環(huán)形磁芯形構(gòu)成，絕緣層包覆在磁芯外表層面上，阻尼層是導(dǎo)電的金屬材料則嵌套在絕緣層的外表層面上，復(fù)數(shù)個(gè)加裝阻尼層的磁環(huán)依序靠觸形成磁環(huán)串。這是一種加裝阻尼層的磁環(huán)，阻尼層在電路上等效為阻尼電阻，加裝了阻尼電阻的高頻磁環(huán)通過(guò)阻尼電阻吸收電感能量，抑制上升幅度，可以提高抑制雷電波陡度和幅度的作用，由于磁環(huán)等效電感作用，使一部分雷電流取道阻尼電阻，消耗波頭能量并產(chǎn)生衰減作用；另外，阻尼電阻對(duì)經(jīng)過(guò)磁環(huán)串的雷電流產(chǎn)生分流作用，以減小磁環(huán)飽和深度，有利于大電流下發(fā)揮磁環(huán)串的作用。磁環(huán)的等效電感越大，相應(yīng)選擇阻值越大的阻尼電阻，獲得更大的衰減作用。也可以直接在磁環(huán)串的外層加裝合適的阻尼電阻，使之滿足對(duì)雷電波的分流作用。通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)表明1、在不使用阻尼電阻的情況下，磁環(huán)串應(yīng)安裝在避雷器和母線之間，可獲得的最佳抑制效果為幅值下降約沈％，陡度下降約46% ；2、當(dāng)磁環(huán)加裝阻尼電阻構(gòu)成磁環(huán)串時(shí)，該磁環(huán)串應(yīng)安裝在變壓器和避雷器之間， 可獲得最佳抑制效果為幅值下降約30%，陡度下降約60% ；磁環(huán)串相關(guān)參數(shù)選擇如下[0018]磁環(huán)串的長(zhǎng)度可選為3-10米，具體視當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)強(qiáng)度和期望獲得的效果而定。分析和實(shí)驗(yàn)表明，在變壓器雷電波入侵的作用下，磁環(huán)串長(zhǎng)度與抑制效果并非是呈線性關(guān)系，特別是在變壓器和避雷器之間安裝磁環(huán)串時(shí)，抑制效果會(huì)出現(xiàn)飽和跡象，因此磁環(huán)串長(zhǎng)度最佳應(yīng)在4-8米之間。磁環(huán)串的外直徑為30_50mm。具體視導(dǎo)線尺寸以及運(yùn)行電流大小做相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)運(yùn)行電流的不同，磁環(huán)串的外直徑也應(yīng)有所不同，運(yùn)行電流大時(shí)應(yīng)考慮較大的磁環(huán)直徑，因?yàn)榧哟蟠怒h(huán)直徑可以降低運(yùn)行電流帶來(lái)的不利影響。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得出對(duì)于220kV的變壓器而言，最佳的磁環(huán)尺寸為內(nèi)徑30mm，外徑40mm。根據(jù)仿真計(jì)算和大量研究分析數(shù)據(jù)表明，對(duì)于多雷區(qū)運(yùn)行的變壓器，只要在避雷器和變壓器或避雷器和母線之間安裝帶有阻尼電阻的磁環(huán)串時(shí)，無(wú)論是否存在運(yùn)行電流， 在設(shè)置合適的阻尼電阻范圍內(nèi)，對(duì)侵入變壓器的雷電侵入波幅值和陡度的抑制效果都很顯著，相對(duì)而言，前一種應(yīng)用方式的技術(shù)效果更為顯著和經(jīng)濟(jì)，為最佳的應(yīng)用模式。綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其采用高頻磁環(huán)依序排列組成磁環(huán)串安裝在變壓器和避雷器之間或者避雷器和母線之間，能顯著降低侵入波陡度就可以達(dá)到顯著降低匝間電位梯度，從而大幅度降低匝間電壓水平和擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，這樣匝間絕緣放電故障率就可以成倍甚至數(shù)十倍地降低，對(duì)降低侵入變壓器的雷電波幅值和陡度具有明顯、有效的技術(shù)效果，進(jìn)一步完善了變壓器的防雷保護(hù)措施，對(duì)于保證變壓器的安全運(yùn)行具有較大的實(shí)際意義，也對(duì)多雷地區(qū)的變壓器的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行營(yíng)造了十分有利的條件。

圖1、2所示為本實(shí)用新型所述降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置的應(yīng)用原理框圖；圖3所示為本實(shí)用新型所述不帶阻尼電阻的高頻磁環(huán)串的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本實(shí)用新型所述帶阻尼電阻的高頻磁環(huán)串的結(jié)構(gòu)示意圖；下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施例最佳實(shí)施例參照附圖1和附圖2，降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，包括有避雷器F和復(fù)數(shù)個(gè)高頻磁環(huán)依序排列組成的磁環(huán)串L，附圖1為該高頻磁環(huán)串安裝在避雷器F前端，即變壓器B和避雷器F之間，附圖2為該高頻磁環(huán)串L安裝在避雷器F后端，即避雷器F和母線之間。高頻磁環(huán)串有兩種選擇1、參照附圖3，不帶阻尼電阻的磁環(huán)串，即純磁環(huán)結(jié)構(gòu)，采用多層纏繞的非晶磁芯材料構(gòu)成，復(fù)數(shù)個(gè)磁環(huán)ι緊密靠觸形成磁環(huán)串，經(jīng)由絕緣夾層2環(huán)套在架空線導(dǎo)線上。2、參照附圖4，帶阻尼電阻的復(fù)合磁環(huán)串，包括有磁芯1、絕緣層2和阻尼層3，磁芯 1形成環(huán)狀構(gòu)造，絕緣層2包覆在磁芯1外表層面上，阻尼層3則嵌套或包覆在絕緣層2的外表層面上，復(fù)數(shù)個(gè)加裝阻尼層的磁環(huán)依序靠觸形成磁環(huán)串環(huán)套在架空線導(dǎo)線上。上述的磁芯需要采用高飽和磁通密度和高磁導(dǎo)率的材料制作。這樣本實(shí)用新型可以衍生出四種記述方案1、在變壓器和避雷器間安裝無(wú)阻尼磁環(huán)串在此種應(yīng)用方式中，雷電侵入波過(guò)電壓的波前陡度有所下降，但幅值高于沒(méi)有安裝磁環(huán)串時(shí)的情況，在考慮運(yùn)行工況的情況下則更為不利，因此該技術(shù)方案一般不予采用。2、在避雷器和母線之間安裝無(wú)阻尼磁環(huán)串在此種應(yīng)用方式中，雷電侵入波過(guò)電壓的陡度和幅值都受到抑制，效果優(yōu)于安裝在變壓器和避雷器之間。最佳抑制效果為幅值下降約沈％，陡度下降約46%;在考慮運(yùn)行工況的情況下，以工頻正電壓反電流情況最優(yōu)，在反向運(yùn)行電流作用下，雷電過(guò)電壓的幅值和陡度進(jìn)一步減小。運(yùn)行工頻電流抵消了一部分雷電流，使得磁環(huán)更不容易飽和，對(duì)減小雷電過(guò)電壓更加有利。以工頻負(fù)電壓正電流的工況最不利，此時(shí)磁環(huán)串的抑制效果最差，工頻電壓和侵入波電壓方向相反，電路中出現(xiàn)了振蕩。同時(shí)，工頻電流和雷電流方向相同時(shí)，磁環(huán)更容易飽和，降低了抑制雷電過(guò)電壓的效果。[0039]3、在變壓器和避雷器之間安裝帶有阻尼電阻的復(fù)合磁環(huán)串在此種應(yīng)用方式中，雷電侵入波過(guò)電壓的陡度和幅值都受到很大的抑制，此時(shí)的阻尼電阻存在一個(gè)優(yōu)化取值范圍，才能產(chǎn)生更好的過(guò)電壓抑制效果。抑制效果需要綜合考慮對(duì)陡度和幅值的抑制。在仿真計(jì)算中，當(dāng)阻尼電阻取值在200 1000Ω時(shí)，為 500 Ω 士 300 Ω時(shí)效果接近最佳狀態(tài)，S卩L/R時(shí)間常數(shù)在0. 5 1.0 μ s左右，太大和太小，對(duì)過(guò)電壓陡度抑制效果將顯著降低。因此，在選擇磁環(huán)材料時(shí)，選擇較高的飽和磁密及磁導(dǎo)率系數(shù)的材料就更有利。在考慮運(yùn)行工況的情況下，以工頻正電壓、反電流情況最優(yōu)，侵入波的幅值和陡度都更小了。反方的工頻電流減小了磁環(huán)的飽和程度。在阻尼電阻優(yōu)化的情況下，可提供17% 的幅度抑制以及79%的陡度抑制效果。此技術(shù)方案也是所有應(yīng)用模式中的最佳技術(shù)方案。4、在避雷器和母線之間安裝帶有阻尼電阻的復(fù)合磁環(huán)串在此種應(yīng)用方式中，雷電侵入波過(guò)電壓的陡度和幅值也受到很大的抑制，同樣，阻尼電阻存在一個(gè)優(yōu)化取值范圍，才能產(chǎn)生較好的過(guò)電壓抑制效果。當(dāng)阻尼電阻為400 1000 Ω左右時(shí)，也即L/R時(shí)間常數(shù)在0. 5 1. 0 μ s左右，變壓器雷電過(guò)電壓的幅值和陡度的抑制效果接近最佳。阻尼電阻顯著分流了磁環(huán)串中的雷電流，從而減小了磁環(huán)串的飽和程度，改善抑制效果。在考慮運(yùn)行工況的情況下，以工頻正電壓、反電流為最優(yōu)，磁環(huán)串和阻尼電阻抑制效果最好，其過(guò)電壓幅值也最小。在參數(shù)優(yōu)化的情況下，可提供的幅度抑制以及76% 的陡度抑制效果。根據(jù)仿真分析，在上述技術(shù)方案中，磁環(huán)串的參數(shù)選擇也有優(yōu)化范圍在雷電侵入波的作用下，磁環(huán)串長(zhǎng)度與抑制效果呈成正比關(guān)系，但并非是呈線性關(guān)系，同樣長(zhǎng)度的磁環(huán)串，安裝在變壓器和避雷器之間比安裝在母線與避雷器之間的效果更好。且在達(dá)到一定長(zhǎng)度后，抑制效果會(huì)出現(xiàn)飽和跡象。因此磁環(huán)串長(zhǎng)度宜選擇在3-10米之間，最經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度在4-8米之間。根據(jù)運(yùn)行電流的不同，磁環(huán)串的外直徑也應(yīng)有所不同，一般選擇在30_50mm之間。 運(yùn)行電流大時(shí)應(yīng)考慮較大的磁環(huán)直徑，因?yàn)榧哟蟠怒h(huán)直徑可以降低運(yùn)行電流帶來(lái)的不利影響。根據(jù)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，對(duì)于220kV的變壓器而言，最佳的磁環(huán)尺寸為內(nèi)徑30mm， 外徑40mm。本實(shí)用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求1.降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，包括有避雷器，其特征在于，還包括有復(fù)數(shù)個(gè)高頻磁環(huán)依序排列組成的磁環(huán)串，其安裝在避雷器前端，即變壓器和避雷器之間，或者是安裝在避雷器后端，即避雷器和母線之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其特征在于，高頻磁環(huán)采用復(fù)數(shù)層纏繞的非晶磁芯材料構(gòu)成，復(fù)數(shù)個(gè)磁環(huán)緊密靠觸形成純高頻磁環(huán)串。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其特征在于，高頻磁環(huán)包括有磁芯、絕緣層和阻尼層，磁芯形成環(huán)狀構(gòu)造，絕緣層包覆在磁芯外表層面上，阻尼層則嵌套或包覆在絕緣層的外表層面上，復(fù)數(shù)個(gè)加裝阻尼層的磁環(huán)依序靠觸形成磁環(huán)串。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其特征在于，磁環(huán)串的長(zhǎng)度為3-10米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其特征在于，磁環(huán)串的外直徑為30-50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其特征在于，阻尼電阻為 500 Ω 士 300 Ω。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種變壓器防雷保護(hù)設(shè)備，特別是一種降低變壓器雷電侵入波陡度的裝置，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)在于，還包括有復(fù)數(shù)個(gè)高頻磁環(huán)依序排列組成的磁環(huán)串，其安裝在避雷器前端，即變壓器和避雷器之間，或者是安裝在避雷器后端，即避雷器和母線之間。其優(yōu)點(diǎn)在于，能顯著降低侵入波陡度就可以達(dá)到顯著降低匝間電位梯度，從而大幅度降低匝間電壓水平和擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，這樣匝間絕緣放電故障率就可以成倍甚至數(shù)十倍地降低，對(duì)降低侵入變壓器的雷電波幅值和陡度具有明顯、有效的技術(shù)效果，進(jìn)一步完善了變壓器的防雷保護(hù)措施，對(duì)于保證變壓器的安全運(yùn)行具有較大的實(shí)際意義，也對(duì)多雷地區(qū)的變壓器的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行營(yíng)造了十分有利的條件。
文檔編號(hào)H02H9/04GK201975776SQ201120007898
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者葉進(jìn)強(qiáng), 吳文宣, 廖福旺, 張榕林, 游浩, 郭清滔, 黃海鯤 申請(qǐng)人:福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院