脉冲信号在变压器绕组中的传输分析与高压套管的电场计算

　　1引言

　　电力变压器是电力系统的关键设备之一， 其运行状态对于电网的安全经济运行至关重要。 变压器运行的可靠性主要取决于绝缘性能， 而局部放电特性则是衡量电力变压器绝缘系统质量的重要指标。近年来， 局部放电在线检测已经成为绝缘学科的热点课题。 西安某公司于 2001 年研制的 BYT-Ⅱ型变压器局部放电在线监测系统， 已在多家发电厂和变电站运行。 该系统采用脉冲电流法检测变压器的局部放电， 采用高频小电流传感器耦合放电脉冲电流信号，经信号预处理及放大后由采集卡采样并经上、下位机系统实现局部放电各参数的测量。

　　2等效电路模型

　　2.1 变压器绕组等效电路模型

　　变压器绕组是局部放电信号传播的直接路径，其等效电路模型如图 1 所示。 图 1 中 L、R、Cs、Cg分别是绕组单位长度上的电感、电阻、纵向电容和对地电容;Rs、Rg是相邻绕组段的绝缘电阻和每段绕组对地的绝缘电阻; 每段绕组与其他绕组间的互感用M1，…Mi，…MN来描述;Lr为单位绕组的寄生电感;Re为绕组中性点的接地电阻，N 为绕组单元的数目;将 Cs、Rs、Lr的分支用 Ys导纳等效，Cg、Rg的分支用 Yg导纳代替。

　　2.2 传感器电路模型

　　电流传感器均是由以铁氧体为磁心的罗高夫斯基线圈、串联的滤波电容及采样电阻、电磁屏蔽盒等构成。 小尺寸传感器的等效电路见图 2。 图 2 中 M为线圈的互感，L、R、R0分别为副边线圈的自感、等效电阻和取样电阻，C 为线圈的等效杂散电容。

　　由于大尺寸电流传感器存在不可忽略的线圈漏感、磁化电感及寄生电容等分布参数，考虑了这些分布参数后的电流源等效电路如图 3 所示。 图 3 中，R1、Ls、L0分别为高压电阻、漏感和磁化电感;L22、Rf、Cf分别为低压漏电感、 折算负载电阻及电容;C1为高、 低压等值分布电容;RT为铁心损耗电阻;I 为脉冲电流源。

　　3脉冲信号传输的分析与计算

　　在各种类型的干扰中， 随机性脉冲型干扰最难剔除，是局放检测中抗干扰处理的技术难点。 BYT-Ⅱ型在线监测系统采用安装在高压套管底部的大尺寸磁芯传感器和安装在高压套管末屏的小传感器定向耦合，用软件进行脉冲极性鉴别，能有效剔除随机性脉冲干扰。

　　下面以一个简单的 220kV 变电站为例，对脉冲信号的传播过程加以讨论。 变压器高压侧电气主接线及设备安装如图 4 所示， 该变电站内有 3 台单相220kV/18kV 变压器，采用双母线供电，断路器、隔离开关、 电流互感器用其入口电容等效， 其值分别取150pF、100pF、1 000pF; 各段母线用 T 形电路等效，各参数根据一定的传输线种类计算， 电容式电压互感器用 RLC 串联电路等效，忽略相间耦合和高压侧与低压侧的耦合。