摘 要

电力变压器是电力系统中至关重要的一环，其运行工况直接影响到整个电力系统的稳定安全运行。目前随着电网复杂化，电压等级也在朝着特高压方向发展，变压器过电压威胁不容小觑。其中电力系统中某些断路器或隔离开关在分断空载变压器时，可能会造成截流，使得空载变压器等感性负荷感应频率很高、幅值较大的过电压。近年来，已有部分电厂因此而导致主变压器损坏的事件，因此本文基于此类过电压进行了相关研究与总结。

通过分析切空载变压器过电压的产生原理，总结出了影响切空载变压器过电压幅值的若干因素，例如：分闸相位、是否发生重燃、入口电容大小以及变压器参数等。切空载变压器过电压主要是由于断路器截流而产生的。本文通过运用ATP-EMTP电磁暂态分析程序对上述影响过电压的因素进行了仿真分析，仿真结果表明截流值大小对过电压影响最大，其次是入口电容的大小。因此限制过电压的措施考虑从减小截流值以及增大入口电容入手，从而在此基础上提出限制此类过电压的几种措施并在ATP程序上进行了相应的仿真模拟。

通过分析仿真结果，最终得出增设RC吸收器是限制此类过电压最有效的措施，同时增设分闸电阻与金属氧化物避雷器也可以限制此类过电压。

关键词： 空载变压器；截流过电压；ATP/EMTP；限制措施

Abstract

Power transformers are a vital part of the power system, and their operating conditions directly affect the stable and safe operation of the entire power system. At present, as the power grid is complicated, the voltage level is also developing toward the UHV, and the transformer overvoltage threat cannot be underestimated. Some circuit breakers or disconnectors in the power system may cause interception when the no-load transformer is disconnected, so that the inductive load such as the no-load transformer has a high induction frequency and a large amplitude overvoltage. In recent years, some power plants have caused the event of damage to the main transformer. Therefore, this paper has carried out related research and summary based on such overvoltage.

By analyzing the principle of cutting the overvoltage of the no-load transformer, several factors affecting the amplitude of the over-voltage of the cut-off transformer are summarized, such as the phase of the opening, whether the reignition occurs, the size of the inlet capacitor and the transformer parameters. Cutting the overvoltage of the no-load transformer is mainly due to the interception of the circuit breaker. In this paper, the ATP-EMTP electromagnetic transient analysis program is used to simulate the above factors affecting overvoltage. The simulation results show that the cutoff value has the greatest influence on overvoltage, followed by the size of the inlet capacitor. Therefore, the measures to limit the overvoltage are considered to reduce the cutoff value and increase the inlet capacitance. Based on this, several measures to limit such overvoltage are proposed and simulated in the ATP program.

By analyzing the simulation results, it is finally concluded that the addition of an RC absorber is the most effective measure to limit such overvoltage. At the same time, the addition of a trip resistor and a metal oxide arrester can also limit such overvoltage.

Key Words: No load transformer; Cut-off overvoltage; ATP/EMTP; Restrictions

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2切空变过电压产生原因及危害 1

1.3切空载变压器过电压研究综述 2

1.4本文的结构和主要工作 4

第2章 切空变过电压的基本原理 5

2.1切空变过电压形成的物理过程 5

2.2影响过电压幅值的因素 6

2.3切空变过电压的计算方法 8

2.4本章小结 10

第3章 切空载变压器过电压仿真计算 11

3.1仿真软件 11

3.1.1 ATP-EMTP发展简史 11

3.1.2 EMTP的功能 12

3.1.3 EMTP的发展前景 12

3.2仿真参数模型及参数选取 12

3.3不同情况下切空变的仿真 13

3.3.1不同分闸相位对过电压倍数的影响 13

3.3.2不同入口电容对过电压倍数的影响 16

3.3.3重燃对过电压倍数的影响 18

3.4本章小结 20

第4章 限制过电压倍数的措施 21

4.1采用分闸电阻限制过电压 21

4.2采用阻容吸收装置保护 22

4.3采用避雷器保护 24

4.4本章小结 25

结论 26

参考文献 27

致谢 31

第1章 绪论

1.1研究背景

电能的输送是所有能源输送中最便捷、最迅速的能源形式，电力系统的发展为整个国民经济和人民的日常生活都带来了翻天覆地的变化。电力变压器作为电力系统中的核心部件，造价昂贵，其使用场所十分广泛，种类也多种多样，分布在发电厂、输电网和配电网的各个角落，其运行状况对电力系统的影响极大。这就使得对变压器的操作可能产生的一系列问题进行研究显得尤为重要，为了保障变压器以及电力系统的安全、高效运行，考察电力变压器的操作过电压是十分必要的。

过电压对电力系统的破坏性较大，发生次数频繁，切断空载变压器是电力系统中的常规操作，也是断路器的基本工作内容之一，这种切断感性小电流的操作可能会导致幅值较高的过电压，最高可达到额定电压等级的4~5倍，严重超过安全的电压范围，会对变压器等电力设备造成危害。运行经验表明，断路器的灭弧能力越强，过电压现象会越发严重，发生的过电压事故越多。为此，对于过电压严重的变压器应加装相应的保护措施。

目前比较有效的限制切空载过电压的措施有在断路器触头上并联高值电阻（线性或非线性）、加装RC补偿装置、采用金属氧化物避雷器补偿装置。避雷器以及RC补偿装置应装在断路器的变压器侧，能够有效的限制切空载变压器过电压。

1.2切空变过电压产生原因及危害

切空载变压器过电压按其产生原理属于内部过电压里的截流过电压。由于断路器具有强力的灭弧性能，在开断较小电流（一般小于10A）时常常会在工频电流自然过零之前强行切断电弧，电流突然被切断，即，于是在变压器的励磁电感上将感应出过电压，即过电压理论上会达到相当高的数值。但实际电路中显然是不会达到无穷大的，通过电感电容回路放电，磁场能量转变为电场能量。同时，由于触头和回路中有一定的小电阻产生损耗或者发生击穿，对过电压会有比较大的抑制作用，因此可以考虑增加此电阻的方式抑制过电压。