VFTO对电力变压器的影响及其防护方法

7.2.2.1　VFTO对主变的危害机理

在所有与GIS相连的电气设备中，变压器受到VFTO的危害最大，特别是与GIS直接连接的变压器入口段匝间绝缘。

在VFTO陡波传播到变压器时，等于在变压器端部加上了一个陡波波前。VFTO陡波上升时间可能只有几十纳秒，远远低于雷电冲击试验时的波前上升时间（约1.2μs）。对于GIS电站距离比较近的变压器，在陡波前电压波作用下绕组间和绕组对地的等值电容阻抗值远小于其绕组电感的阻抗值，使得变压器绕组的简化等值电路如图7-5中右图所示，其中C0和K0分别为单位长度绕组的对地电容和匝间电容。在图7-5所示的等值模型下，变压器绕组上产生极不均匀的绕组初始电位分布，如图7-6所示，其中一般变压器的αl=5～15，平均约为10，使得变压器绕组首端的匝间电压很大，威胁变压器匝间特别是变压器绕组首端的纵绝缘安全[12]。

图7-5　瞬态电压传至单相绕组时的简化等值图

图7-6　陡波前作用下单相绕组初始电位分布

对与GIS相距较远的变压器，或非直接连接的变压器，因为经过了两个套管和一段架空线，会使陡波前波趋于平缓。(www.xing528.com)

实际上，VFTO对主变的危害除了陡波前在变压器线圈内部产生不均匀的电压分布危及主变纵绝缘外，另一方面，VFTO的高频成分可能与变压器的振荡频率吻合而激起变压器内部的电磁振荡，产生较高的过电压，造成主变匝间绝缘和主绝缘损坏[13-14]。在考虑VFTO高频振荡分量引起主变线圈内部谐振而对主变匝间绝缘构成的影响时，由于暂未有明确的限值标准和考核方法，因此，本章在介绍VFTO对主变构成的威胁时重点考虑到达主变端口的VFTO幅值和波前陡度对主变主绝缘和纵绝缘构成的影响。当达到主变端口的VFTO幅值和入侵主变端口的VFTO波前陡度分别小于相应的VFTO限制水平时，认为此时VFTO对主变的主绝缘和纵绝缘通常不会构成威胁。

7.2.2.2　VFTO对主变主绝缘的危害性

VFTO传播到变压器后，需要考虑变压器主绝缘（对地和对其他两相绕组的绝缘）的安全性。

可采取和上节相类似的方法来确定1000kV变压器主绝缘对VFTO的限制水平。由于1000kV变压器主绝缘的雷电冲击耐受电压为2250kV[10]，配合系数与GIS主绝缘相同，所以变压器主绝缘对VFTO的限制水平为1957kV（2.18p.u.）。而大量实测和仿真结果表明，变压器端口的最大VFTO通常远低于2.18p.u.，这主要是由于VFTO经过隔离开关、GIS管道、套管等GIS设备传播到变压器端口时会使过电压幅值有大幅衰减；且变压器和与其相连的电容式电压互感器（CVT）的等效对地电容均很大，将会对变压器端口的VFTO幅值起到一定的抑制作用。因此，VFTO通常不会对变压器主绝缘造成危害。

7.2.2.3　VFTO对主变纵绝缘的危害性

传播至主变的VFTO对主变纵绝缘（匝间、层间、线饼间等绝缘）也具有较大的威胁。由于VFTO具有比雷电过电压更陡的波前陡度，传播到变压器后，会在各匝绕组间形成极不均匀的电压分布，特别是绕组首端，将会出现非常大的电压差，可能会使绕组匝间绝缘发生击穿。因此，VFTO对变压器的最大危害是波前陡度对纵绝缘造成的威胁。

衡量VFTO是否会对变压器纵绝缘产生危害的指标，主要是VFTO的波前陡度。对于标准雷电冲击波过电压，变压器的雷电冲击耐受电压为2250kV，波前时间为1.2μs，其波前陡度为1875kV/μs，厂家生产的变压器通常能够承受该波前陡度。由于目前就VFTO对变压器纵绝缘的危害性仍暂无统一规定的衡量标准，且考虑到VFTO的波前较雷电过电压更陡一些，对主变纵绝缘的危害更大，因此，可以保守地参考标准雷电冲击波过电压1875kV/μs的波前陡度值来衡量VFTO的波前陡度对变压器纵绝缘的危害性。即由于主变纵绝缘通常能够承受1875kV/μs的波前陡度，如能将主变端口的VFTO波前陡度控制在1875kV/μs以下，则主变纵绝缘就是安全的。因此，变压器纵绝缘对VFTO波前陡度的限制水平可以近似取为1875kV/μs。