CN112287519B - 一种三相变压器的雷击仿真模型及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相变压器的雷击仿真模型及构建方法，包括：在三相变压器的每一相带变比的T形等效电路中，根据所述三相变压器的联结方式，将所述T形等效电路中每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，尾端联结以形成高压侧中性点；将每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，尾端联结以形成低压侧中性点，并与外壳相连和接地；基于高压侧绕组间的电容效应，计算高压侧每两相之间的相间电容，并将所述相间电容连接于对应两相的高压侧绕组的高压侧抽头之间。本发明实施例能有效考虑当高频雷电流侵入三相变压器时三相绕组联结方式和三相电容耦合效应，有利于进行高频工况下三相变压器的雷击过电压分析。

Description

一种三相变压器的雷击仿真模型及构建方法

技术领域

本发明涉及电力系统配网防雷技术领域，尤其涉及一种三相变压器的雷击仿真模型及构建方法。

背景技术

电力系统主要有发电设备、变电设备、输电设备和配电设备构成，变压器在输配电网中广泛应用，承担着电能转换和传递的关键任务，对供电可靠性和电能质量发挥着至关重要的作用。我国配电网基本采用三相交流系统，因此主要采用三相配电变压器。

我国配电变压器由于历史条件、土地资源紧张等原因，绝大部分处于户外架设，运行环境条件较差，在雷电活动频繁的地区，雷击造成配网设备故障频繁。配网变压器绝缘水平较低，发生雷击时易出现绝缘击穿进而造成变压器内部损坏，而变压器一旦发生内部损坏维修难度大，停电时间长，极大的影响供电可靠性和人们日常生产生活。因此，对配电变压器进行雷击过电压分析，有助于协助电力系统制定相应防护措施，保证电力系统的安全稳定运行。

然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：目前为研究配电变压器运行状态所建立的仿真模型通常为配电变压器的稳态运行或低频运行模型，且多为单相变压器模型。在进行配电变压器雷击过电压分析的过程中，现有的变压器模型未能考虑三相绕组联结方式和相间耦合等情况，无法应用到高频工况下配网三相变压器的雷击过电压分析中。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种三相变压器的雷击仿真模型及构建方法，能有效考虑当高频雷电流侵入三相变压器时三相绕组联结方式和三相电容耦合效应，有利于进行高频工况下三相变压器的雷击过电压分析。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，包括：

建立三相变压器的每一相带变比的T形等效电路；其中，所述T形等效电路包括每一相的高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗和变压器励磁阻抗；

根据所述三相变压器的联结方式，将所述T形等效电路中每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点；

将所述T形等效电路中每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点；并将所述低压侧中性点与所述三相变压器的外壳相连并接地；

基于高压侧绕组间的电容效应，计算高压侧每两相之间的相间电容，并将所述相间电容连接于对应两相的高压侧绕组的高压侧抽头之间。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算高压侧的每一相的绕组对外壳电容；

将高压侧的所述绕组对外壳电容平分为第一高压侧绕组对外壳电容和第二高压侧绕组对外壳电容；

将所述第一高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的首端，将所述第二高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的低压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算低压侧的每一相的绕组对外壳电容；

将低压侧的所述绕组对外壳电容连接于对应相的低压侧绕组的低压侧抽头端。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组和低压侧绕组之间的电容效应，计算所述三相变压器的每一相的高低压侧绕组间电容；

将所述高低压侧绕组间电容平分为第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；

将所述第一高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的首端和低压侧绕组的首端之间，将所述第二高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端和低压侧绕组的尾端之间。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相高压侧绕组的匝间电容；

将所述高压侧绕组的匝间电容连接于对应相的高压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的低压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相低压侧绕组的匝间电容；

将所述低压侧绕组的匝间电容连接于对应相的低压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

本发明实施例还提供了一种三相变压器的雷击仿真模型，包括：高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗、变压器励磁阻抗和高压侧相间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的首端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接，所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接；所述高压侧绕组的首端与所述变压器励磁阻抗的第一端连接，所述变压器励磁阻抗的第二端与所述高压侧绕组的尾端连接；所述低压侧绕组的首端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点；每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点与所述三相变压器的外壳相连并接地；

在所述三相变压器的高压侧的每两相之间，所述高压侧相间电容的第一端与一高压侧绕组的首端连接，所述高压侧相间电容的第二端与另一高压侧绕组的首端连接。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高压侧绕组对外壳电容、第二高压侧绕组对外壳电容、低压侧绕组对外壳电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧漏阻抗的第二端与所述第一高压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述第一高压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧绕组的尾端与所述第二高压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述第二高压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述低压侧漏阻抗的第二端与所述低压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述低压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述第一高低压侧绕组间电容的第一端与所述高压侧绕组的首端连接，所述第一高低压侧绕组间电容的第二端与所述低压侧绕组的首端连接；

所述第二高低压侧绕组间电容的第一端与所述高压侧绕组的尾端连接，所述第二高低压侧绕组间电容的第二端与所述低压侧绕组的尾端连接。

作为上述方案的改进，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：高压侧绕组的匝间电容、低压侧绕组的匝间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的匝间电容的第一端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧绕组的匝间电容的第二端与所述高压侧漏阻抗的第二端连接；

所述低压侧绕组的匝间电容的第一端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧绕组的匝间电容的第二端与所述低压侧漏阻抗的第二端连接。

与现有技术相比，本发明公开的三相变压器的雷击仿真模型及构建方法，用于模拟在雷击过电压条件下三相变压器的运行状态，考虑了三相电容耦合效应和三相绕组联结方式，在变压器的磁通回路和绕组电气回路的基础上计及了绕组间和匝间等电容效应，可有效反映三相变压器内部高、低压侧的三相绕组、中性点过电压情况，适用于高频工况下配电变压器雷电过电压计算分析，为三相变压器的内部过电压分析提供有力工具，有助于优化配网变压器的参数设计，提升配电变压器的防雷性能，降低配电变压器损坏的概率，提高配网供电可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法的步骤流程示意图；

图2是本发明实施例中绕组对外壳电容的布置方法的步骤流程示意图；

图3是本发明实施例中高低压侧绕组间电容的布置方法的步骤流程示意图；

图4是本发明实施例中匝间电容的布置方法的步骤流程示意图；

图5是本发明实施例中一种三相变压器的雷击仿真模型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例中一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法的步骤流程示意图。本发明实施例提供的所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，适用于配网Yyn0联结的三相变压器，具体通过步骤S1至S4执行：

S1、建立三相变压器的每一相带变比的T形等效电路；

S2、根据所述三相变压器的联结方式，将所述T形等效电路中每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点。

S3、将所述T形等效电路中每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点；并将所述低压侧中性点与所述三相变压器的外壳相连并接地。

S4、基于高压侧绕组间的电容效应，计算高压侧每两相之间的相间电容，并将所述相间电容连接于对应两相的高压侧绕组的高压侧抽头之间。

本发明实施例在单相变压器所构建的带变比K的T形等效电路的基础上，通过考虑三相变压器的三相绕组联结方式和三相电容耦合效应，以构建所述三相变压器的雷击仿真模型。

具体地，参见图5，是本发明实施例中一种三相变压器的雷击仿真模型的结构示意图。所述T形等效电路包括每一相的高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗和变压器励磁阻抗。所述高压侧漏阻抗由高压侧漏电阻R_1k和高压侧漏电抗X_1k串联形成，所述低压侧漏阻抗由低压侧漏电阻R_2k和低压侧漏电抗X_2k串联形成。所述变压器励磁阻抗由变压器励磁电阻R_m和励磁电抗X_m串联形成。

所述T形等效电路具体为：在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的首端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接，所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接；所述高压侧绕组的首端与所述变压器励磁阻抗的第一端连接，所述变压器励磁阻抗的第二端与所述高压侧绕组的尾端连接；所述低压侧绕组的首端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

其中，变压器高、低压侧的漏阻抗R_1k、X_1k、R_2k、X_2k通过变压器的短路试验获取，高压侧的漏电阻R_1k和低压侧的漏电阻R_2k、高压侧的漏电抗X_1k和低压侧的漏电抗X_2k之间的关系式为：

励磁阻抗R_m、X_m可以通过变压器的开路试验获取，具体为：

其中，U_k为短路试验高压侧施加的电压，I_k为短路试验的高压侧测量的电流，P_k为短路试验高压侧输入功率，Z_k为综合短路阻抗，U_m为开路试验高压侧施加的电压、P₀为开路试验高压侧输入功率，I₀为开路试验高压侧测量电流，Z_k为综合励磁阻抗。

在建立三相变压器的每一相带变比的T形等效电路之后，根据所述三相变压器Yyn0联结方式，将高压侧绕组三相星形联结，首端为A、B、C三相的高压侧抽头，尾端均联结在一起形成中性点N但不接地；将低压绕组三相星形联结，首端为a、b、c三相低压侧抽头，尾端联结在一起形成中性点n并与外壳相连，同时从低压侧中性点引出一条零序，也即从低压侧中性点n引出抽头。且三相变压器外壳接地。

进一步地，由于当高频雷电流侵入时，三相的高、低压侧绕组之间是有电容效应的，因此在搭建配网三相变压器雷击仿真模型时应当予以考虑。

对于高压侧，需要基于高压侧绕组间的电容效应，计算高压侧每两相之间的相间电容，并将所述相间电容作为集中参数布置于对应两相的高压侧绕组的高压侧抽头之间。

具体地，参见图5，A相的高压侧绕组与B相的高压侧绕组之间存在电容效应，通过计算得到A相的高压侧绕组与B相的高压侧绕组之间的相间电容C_AB，并将所述相间电容C_AB的第一端与A相的高压侧绕组的首端连接，所述相间电容C_AB的第二端与B相的高压侧绕组的首端连接。同理，可以计算得到A相与C相的高压侧绕组之间的相间电容C_AC、B相与C相的高压侧绕组之间的相间电容C_BC；并将相间电容C_AC的第一端与A相的高压侧绕组的首端连接，第二端与C相的高压侧绕组的首端连接，将相间电容C_BC的第一端与B相的高压侧绕组的首端连接，第二端与C相的高压侧绕组的首端连接。

对于低压侧，由于低压侧绕组的匝数远小于高压侧绕组的匝数，因此在考虑三相变压器的雷击感应过电压过程中，低压绕组间的电容效应可以近似忽略。

在本发明实施例中，针对目前配电网中广泛应用的Yyn0联结三相变压器，提供一种考虑了三相电容耦合效应和三相绕组联结方式的三相变压器仿真模型的构建方法，适用于高频工况下配电变压器雷电过电压计算分析。

作为优选的实施方式，参见图2，是本发明实施例中绕组对外壳电容的布置方法的步骤流程示意图。本发明实施例提供的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，在上述实施例的基础上实施，所述方法还包括步骤S51至S55：

S51、基于所述三相变压器的高压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算高压侧的每一相的绕组对外壳电容。

S52、将高压侧的所述绕组对外壳电容平分为第一高压侧绕组对外壳电容和第二高压侧绕组对外壳电容。

S53、将所述第一高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的首端，将所述第二高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端。

S54、基于所述三相变压器的低压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算低压侧的每一相的绕组对外壳电容。

S55、将低压侧的所述绕组对外壳电容连接于对应相的低压侧绕组的低压侧抽头端。

在本发明实施例中，由于当高频雷电流侵入时，三相变压器的三相高、低压侧绕组对外壳是有电容效应的，因此在搭建配网三相变压器雷击仿真模型时应当予以考虑。

对于高压侧，基于所述三相变压器的高压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算高压侧的每一相的绕组对外壳电容C₁₀，因每一相的高压侧绕组首尾端均不接地，因此，将所述高压侧的所述绕组对外壳电容C₁₀作为集中参数平分布置在高压侧绕组的首尾两端。

具体地，参见图5，A相的高压侧绕组与外壳间存在电容效应，通过计算得到A相的高压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₁₀。将绕组对外壳电容C₁₀平分为第一高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2和第二高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2，将第一高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2连接于所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳之间。将第二高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2连接于所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳之间。

同理，按照同样的方法计算得到B相的高压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₁₀、C相的高压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₁₀并连接。

对于低压侧，基于所述三相变压器的低压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算低压侧的每一相的绕组对外壳电容C₂₀，因低压侧中性点接地，因此，将所述低压侧的所述绕组对外壳电容C₂₀作为集中参数布置在高压侧绕组的首端，也即低压侧抽头端。

具体地，参见图5，A相的低压侧绕组与外壳间存在电容效应，通过计算得到A相的低压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₂₀。将低压侧绕组对外壳电容C₂₀连接于所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳之间。

同理，按照同样的方法计算得到B相的低压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₂₀、C相的低压侧绕组与外壳之间的绕组对外壳电容C₂₀并连接。

在本发明实施例中，在考虑三相变压器的高、低压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应时，结合了高、低压侧绕组的每一相的首尾端是否接地的连接方式，从而实现对每一相的绕组对外壳电容的布置连接，使得所构建的三相变压器的雷击仿真模型更加精准，有利于三相变压器的雷击过电压分析。

作为优选的实施方式，参见图3，是本发明实施例中高低压侧绕组间电容的布置方法的步骤流程示意图，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括步骤S61至S63：

S61、基于所述三相变压器的高压侧绕组和低压侧绕组之间的电容效应，计算所述三相变压器的每一相的高低压侧绕组间电容；

S62、将所述高低压侧绕组间电容平分为第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；

S63、将所述第一高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的首端和低压侧绕组的首端之间，将所述第二高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端和低压侧绕组的尾端之间。

在本发明实施例中，由于当高频雷电流侵入时，三相变压器的每一相的高压侧绕组和低压侧绕组之间是有电容效应的，因此在搭建配网三相变压器雷击仿真模型时应当予以考虑。基于所述三相变压器的高压侧绕组和低压侧绕组之间的电容效应，计算所述三相变压器的每一相的高低压侧绕组间电容C₁₂，并将所述高低压侧绕组间电容C₁₂作为集中参数平分布置在高、低压侧绕组的首尾两端。

具体地，参见图5，A相的高压侧绕组与低压侧绕组之间存在电容效应，通过计算得到A相的高压侧绕组与低压侧绕组之间的高低压侧绕组间电容C₁₂。将高低压侧绕组间电容C₁₂平分为第一高低压侧绕组间电容C₁₂/2和第二高低压侧绕组间电容C₁₂/2，所述第一高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第一端与所述A相的高压侧绕组的首端连接，所述第一高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第二端与所述A相的低压侧绕组的首端连接；所述第二高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第一端与所述A相的高压侧绕组的尾端连接，所述第二高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第二端与所述A相的低压侧绕组的尾端连接。

同理，按照同样的方法计算得到B相的高压侧绕组与低压侧绕组之间的高低压侧绕组间电容C₁₂、C相的高压侧绕组与低压侧绕组之间的高低压侧绕组间电容C₁₂并连接。

作为优选的实施方式，参见图4，是本发明实施例中匝间电容的布置方法的步骤流程示意图。所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括步骤S71至S74：

S71、基于所述三相变压器的高压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相高压侧绕组的匝间电容；

S72、将所述高压侧绕组的匝间电容连接于对应相的高压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

S73、基于所述三相变压器的低压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相低压侧绕组的匝间电容；

S74、将所述低压侧绕组的匝间电容连接于对应相的低压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

在本发明实施例中，由于当高频雷电流侵入时，三相变压器的三相高、低压侧绕组的匝间是有电容效应的，因此在搭建配网三相变压器雷击仿真模型时应当予以考虑。

因高、低压侧绕组的匝间的电容效应理论上是沿绕组线圈分布的，基于所述三相变压器的高、低压侧绕组的匝间电容效应，计算每一相的高压侧绕组的匝间电容C₁₁和每一相的低压侧绕组的匝间电容C₂₂，并作为集中参数跨接在每一相的漏阻抗两端。

具体地，参见图5，A相的高、低压侧绕组的匝间存在电容效应，通过计算得到A相的高压侧绕组的匝间电容C₁₁和低压侧绕组的匝间电容C₂₂。所述高压侧绕组的匝间电容C₁₁的第一端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，其第二端与所述高压侧漏阻抗的第二端连接；所述A相的低压侧绕组的匝间电容C₂₂的第一端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，其第二端与所述低压侧漏阻抗的第二端连接。

同理，按照同样的方法计算得到B相的高、低压侧绕组的匝间电容，C相的高、低压侧绕组的匝间电容并连接。

需要说明的是，本发明实施例中所述高压侧相间电容、高压侧绕组对外壳电容、低压侧绕组对外壳电容、高低压侧绕组间电容、高压侧绕组的匝间电容和低压侧绕组的匝间电容可以根据雷击时三相变压器的电容效应，通过试验测试获取或根据绕组尺寸计算获取得到。

本发明实施例提供了一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，针对目前配电网中广泛应用的Yyn0联结三相变压器，提供了在雷击过电压条件下三相变压器的仿真模型的构建方法。该构建方法考虑了三相电容耦合效应和三相绕组联结方式，在变压器的磁通回路和绕组电气回路的基础上计及了绕组间和匝间等电容效应，可有效反映三相变压器内部高、低压侧的三相绕组、中性点过电压情况，适用于高频工况下配电变压器雷电过电压计算分析，为三相变压器的内部过电压分析提供有力工具，有助于优化配网变压器的参数设计，提升配电变压器的防雷性能，降低配电变压器损坏的概率，提高配网供电可靠性。

参见图5，是本发明实施例中一种三相变压器的雷击仿真模型的结构示意图。本发明实施例提供的三相变压器的雷击仿真模型，是通过上述实施例所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法所建立的。具体地，所述三相变压器的雷击仿真模型包括：高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗、变压器励磁阻抗和高压侧相间电容。其中，所述高压侧漏阻抗由高压侧漏电阻R_1k和高压侧漏电抗X_1k串联形成，所述低压侧漏阻抗由低压侧漏电阻R_2k和低压侧漏电抗X_2k串联形成。所述变压器励磁阻抗由变压器励磁电阻R_m和励磁电抗X_m串联形成。所述高压侧相间电容是根据两相的高压侧绕组之间的电容效应计算得到的。

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的首端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接，所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接；所述高压侧绕组的首端与所述变压器励磁阻抗的第一端连接，所述变压器励磁阻抗的第二端与所述高压侧绕组的尾端连接；所述低压侧绕组的首端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头A、B和C，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点N；每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头a、b和c，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点n与所述三相变压器的外壳相连并接地。

在所述三相变压器的高压侧的每两相之间，所述高压侧相间电容的第一端与一高压侧绕组的首端连接，所述高压侧相间电容的第二端与另一高压侧绕组的首端连接。

具体地，通过计算A相的高压侧绕组与B相的高压侧绕组之间相间电容C_AB，并将所述相间电容C_AB的第一端与A相的高压侧绕组的首端连接，所述相间电容C_AB的第二端与B相的高压侧绕组的首端连接。同理，可以计算得到A相与C相的高压侧绕组之间相间电容C_AC、B相与C相的高压侧绕组之间相间电容C_BC；并将相间电容C_AC的第一端与A相的高压侧绕组的首端连接，第二端与C相的高压侧绕组的首端连接，将相间电容C_BC的第一端与B相的高压侧绕组的首端连接，第二端与C相的高压侧绕组的首端连接。

作为优选的实施方式，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2、第二高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2、低压侧绕组对外壳电容C₂₀。其中，第一高压侧绕组对外壳电容、第二高压侧绕组对外壳电容为根据高压侧绕组对外壳电容C₁₀平分得到。所述高压侧绕组对外壳电容C₁₀和低压侧绕组对外壳电容C₂₀是分别根据高、低压侧绕组对外壳的电容效应计算得到的。

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧漏阻抗的第二端与所述第一高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2的第一端连接，所述第一高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧绕组的尾端与所述第二高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2的第一端连接，所述第二高压侧绕组对外壳电容C₁₀/2的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述低压侧漏阻抗的第二端与所述低压侧绕组对外壳电容C₂₀的第一端连接，所述低压侧绕组对外壳电容C₂₀的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

作为优选的实施方式，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；其中，第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容为根据高低压侧绕组间电容C₁₂平分得到。所述高低压侧绕组间电容C₁₂是根据每一相的高压侧绕组和低压侧绕组之间的电容效应计算得到的。

在所述三相变压器的每一相中，所述第一高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第一端与所述高压侧绕组的首端连接，所述第一高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第二端与所述低压侧绕组的首端连接。所述第二高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第一端与所述高压侧绕组的尾端连接，所述第二高低压侧绕组间电容C₁₂/2的第二端与所述低压侧绕组的尾端连接。

作为优选的实施方式，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：高压侧绕组的匝间电容C₁₁、低压侧绕组的匝间电容C₂₂。所述高压侧绕组的匝间电容C₁₁、低压侧绕组的匝间电容C₂₂分别是根据每一相的高、低压侧绕组的匝间电容效应计算得到的。

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的匝间电容C₁₁的第一端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧绕组的匝间电容C₁₁的第二端与所述高压侧漏阻抗的第二端连接。所述低压侧绕组的匝间电容C₂₂的第一端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧绕组的匝间电容C₂₂的第二端与所述低压侧漏阻抗的第二端连接。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种三相变压器的雷击仿真模型是通过执行上述实施例的一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法的所有流程步骤构建得到的，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。

本发明实施例提供了一种三相变压器的雷击仿真模型，针对目前配电网中广泛应用的Yyn0联结三相变压器，提供了在雷击过电压条件下三相变压器的仿真模型。该模型考虑了三相电容耦合效应和三相绕组联结方式，在变压器的磁通回路和绕组电气回路的基础上计及了绕组间和匝间等电容效应，可有效反映三相变压器内部高、低压侧的三相绕组、中性点过电压情况，适用于高频工况下配电变压器雷电过电压计算分析，为三相变压器的内部过电压分析提供有力工具，有助于优化配网变压器的参数设计，提升配电变压器的防雷性能，降低配电变压器损坏的概率，提高配网供电可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，包括：

建立三相变压器的每一相带变比的T形等效电路；其中，所述T形等效电路包括每一相的高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗和变压器励磁阻抗；

根据所述三相变压器的联结方式，将所述T形等效电路中每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点；

将所述T形等效电路中每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点；并将所述低压侧中性点与所述三相变压器的外壳相连并接地；

基于高压侧绕组间的电容效应，计算高压侧每两相之间的相间电容，并将所述相间电容连接于对应两相的高压侧绕组的高压侧抽头之间；

所述T形等效电路具体为：在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的首端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接，所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接；所述高压侧绕组的首端与所述变压器励磁阻抗的第一端连接，所述变压器励磁阻抗的第二端与所述高压侧绕组的尾端连接；所述低压侧绕组的首端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

2.如权利要求1所述的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算高压侧的每一相的绕组对外壳电容；

将高压侧的所述绕组对外壳电容平分为第一高压侧绕组对外壳电容和第二高压侧绕组对外壳电容；

将所述第一高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的首端，将所述第二高压侧绕组对外壳电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端。

3.如权利要求1所述的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的低压侧绕组与所述三相变压器的外壳间的电容效应，计算低压侧的每一相的绕组对外壳电容；

将低压侧的所述绕组对外壳电容连接于对应相的低压侧绕组的低压侧抽头端。

4.如权利要求1所述的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组和低压侧绕组之间的电容效应，计算所述三相变压器的每一相的高低压侧绕组间电容；

将所述高低压侧绕组间电容平分为第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；

将所述第一高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的首端和低压侧绕组的首端之间，将所述第二高低压侧绕组间电容连接于对应相的高压侧绕组的尾端和低压侧绕组的尾端之间。

5.如权利要求1所述的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的高压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相高压侧绕组的匝间电容；

将所述高压侧绕组的匝间电容连接于对应相的高压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

6.如权利要求1所述的三相变压器的雷击仿真模型的构建方法，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型的构建方法还包括：

基于所述三相变压器的低压侧绕组的匝间电容效应，计算所述三相变压器的每一相低压侧绕组的匝间电容；

将所述低压侧绕组的匝间电容连接于对应相的低压侧绕组的所述漏阻抗的两端。

7.一种三相变压器的雷击仿真模型，其特征在于，包括：高压侧绕组、低压侧绕组、高压侧漏阻抗、低压侧漏阻抗、变压器励磁阻抗和高压侧相间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的首端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接，所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接；所述高压侧绕组的首端与所述变压器励磁阻抗的第一端连接，所述变压器励磁阻抗的第二端与所述高压侧绕组的尾端连接；所述低压侧绕组的首端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

每一相高压侧绕组的首端引出以形成三相高压侧抽头，每一相高压侧绕组的尾端联结以形成高压侧中性点；每一相低压侧绕组的首端引出以形成三相低压侧抽头，每一相低压侧绕组的尾端联结以形成低压侧中性点与所述三相变压器的外壳相连并接地；

在所述三相变压器的高压侧的每两相之间，所述高压侧相间电容的第一端与一高压侧绕组的首端连接，所述高压侧相间电容的第二端与另一高压侧绕组的首端连接。

8.如权利要求7所述的三相变压器的雷击仿真模型，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高压侧绕组对外壳电容、第二高压侧绕组对外壳电容、低压侧绕组对外壳电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧漏阻抗的第二端与所述第一高压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述第一高压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

所述高压侧绕组的尾端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述高压侧绕组的尾端与所述第二高压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述第二高压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接；

所述低压侧漏阻抗的第二端与所述三相变压器的外壳连接具体为：所述低压侧漏阻抗的第二端与所述低压侧绕组对外壳电容的第一端连接，所述低压侧绕组对外壳电容的第二端与所述三相变压器的外壳连接。

9.如权利要求7所述的三相变压器的雷击仿真模型，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：第一高低压侧绕组间电容和第二高低压侧绕组间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述第一高低压侧绕组间电容的第一端与所述高压侧绕组的首端连接，所述第一高低压侧绕组间电容的第二端与所述低压侧绕组的首端连接；

所述第二高低压侧绕组间电容的第一端与所述高压侧绕组的尾端连接，所述第二高低压侧绕组间电容的第二端与所述低压侧绕组的尾端连接。

10.如权利要求7所述的三相变压器的雷击仿真模型，其特征在于，所述三相变压器的雷击仿真模型还包括：高压侧绕组的匝间电容、低压侧绕组的匝间电容；

在所述三相变压器的每一相中，所述高压侧绕组的匝间电容的第一端与所述高压侧漏阻抗的第一端连接，所述高压侧绕组的匝间电容的第二端与所述高压侧漏阻抗的第二端连接；

所述低压侧绕组的匝间电容的第一端与所述低压侧漏阻抗的第一端连接，所述低压侧绕组的匝间电容的第二端与所述低压侧漏阻抗的第二端连接。