变压器接线组别.docx

第 7 章 三相变压器
概 述
· 目前的电力系统，输配电都是采用三相制，
· 三相变压器应用最广泛。
· 三相变压器可以是由三台单相变压器组成
· 的三相变压器组。大部分三相变压器是将
· 三个铁心柱和铁轭联成一个三相磁略，形
· 成三相一体心式三相变压器。
· 三相变压器在对称负载下运行时，各相的
· 电流(电压)大小相等，相位相差120 度，
· 对任何1相来说，上1章所得出的基本理论
· 都适用。
· 三相变压器也有它自身的特点, 本章将讲
· 述三相变压器的有关知识。
·

7-1 三相变压器的磁路结构
一、三相变压器组的磁路
· 将三台相同的单相变压器一次、二次侧绕组，
按对称式做三相联结，可组成三相变压器组，
如图所示。

· 这种变压器组的各相磁路是相互独立的。
· 当1次侧加上三相对称正弦电压时，三相
绕组的主磁通ΦA/ΦB/ΦC也是对称的。
三相空载电流也是对称的。
· 特大容量变压器/运输条件受到限制的地
方，采用这种变压器组时可方便运输/减
少备用容量。
二、三相心式变压器的磁路

· 三相心式变压器的铁心，是将三台单相变
· 压器的铁心合在一起经演变而成的。
· 当绕组流过三相交流电时，通过中间铁心
· 柱的磁通便是A、B、C 三个铁心柱磁通的
· 相量和。
· 如果三相电压对称，则三相磁通的总和ΦA
· +ΦB+ΦC=0，因此，中间铁心校可以省去。
· 为了使结构简单、制造方便、减小体积、
· 节省材料，通常将三相铁心柱的中心线布
· 置在同一平面内，演变成常用三相心式变
· 压器铁心。
· 这种铁心结构，两边两相磁路的磁阻比中
· 间一相磁阻大一些。当外加三相电压对称
· 时，各相磁通相等，但三相空载电流不等，
· 中间那相空载电流小一些。在小容量变压
· 器中表现较明显,一般I0A=I0C=(I.2-1.5)I0B
· 在大型变压器中，其不平衡度较小。
· 在计算空载电流时，可取三者算术平均值。
· 因为空载电流较小，对变压器负载影响不大，
· 与三相变压器组比较起来，还是非常经济的。

三、比较
· 组式变压器三相铁心相互独立，三相磁路没有关联,三相磁路对称,三相电流平衡,便于拆开运输,并可以减少备用容量。
· 心式变压器铁心互不独立，三相磁路互相关联；中间相的磁路短，磁阻小，励磁电流不平衡，但对实际运行的变压器，其影响极小。
· 在相同的SN下，心式变压器经济/省材料/体积小/重量小。

7-2 三相变压器的联结组
· 三相变压器的1/2次侧均有A/B/C三相绕组，它们之间的联结方式对变压器的运行性能有较大影响。
· 一般来说三相绕组可以连结成Y或者Δ(d)型。
· 联结组的问题包括变压器两侧对应相之间的相对极性/同一侧各相之间的标号等问题
一、同一铁心柱上1/2次侧绕组相电势之的相位关系
· 1次侧用AX/BY/CZ，2次侧用ax/by/cz来标记
· 同一柱上1/2次相之间的相位关系有2种：同相/反相
· 规定感应电势的参考正方向为由首端指向末端A-X。
· 根据绕向（用同名端表示）和标记，可以判断同一柱上1/2次相之间的相位关系。

· 单相变压器的联结组只有两种：I,i0/I,i6
二、三相变压器的联接组
· 三相变压器的联接组用1/2次侧对应相线电势之间的相位关系来描述。
· 如果1次侧为Y接法/A相线电势EAX的相位为0，2次侧也为Y接法，对应的a相的线电势Eax之相位为180度，则该联结组记为Y,y0。
· 实际变压器1/2次侧对应相之间的相位差一般为0/30/60/90/120/150/180/210/240/270/300/330。正好对应钟表盘上的12个位置。

(1)时钟表示法
· 将1次侧的某相线电势固定在0点，2次侧对应相的线电势所指的位置(小时数)可以用来表示二者之间的相位差，即可以用来表征联结组。
(2)根据绕组连结图判断联结组别
· 举例：Y,y6;Y,d11,D,y3

· 总结步骤：
（1）线电势法
o 根据接线图画出1次侧相量图，并找出线电势EAB的方位。
§ 星型接法时，EAB为由B指向A的相量。
§ 三角形接法时，EAB与A相同相或者与B相反相。
o 对照两侧的绕组绕向/标记，根据接线图画出2次侧的相量图。
§ 2次侧的相电势与1次侧同一铁心柱上的绕组的相电势同相或者反相。
o 找出线电势Eab的方位（方法同上）
o 比较EAB和Eab的相对位置，确定联结组。
（2）重心法
o 分别做出1/2次侧的相量图；三角形联结时要注意绕组的首位端，并画成三角形相量图。
o 将1/2次侧相量图重心重合，比较OA和Oa的相对方位，确定联结组别。
(3)根据联结组别画绕组连结图
举例：Y,d5,D,y3

(4)变压器的标准联结组联结组
· 单相和三相变压器有很多联结组别，为了避免制造与使用时造成混乱，国家标准规定：
· 单相双绕组变压器有一个标准联结组I,i12
· 三相双绕组变压器有5种标准联结组：Y,yn0/Y,d11/YN,d11/Y,z11/D,z0。
· z表示曲折形联结。
· Y,yn0用作配电变压器，其2次侧可以引出中线作为三相四线制，可以供动力电和照明电；（高压侧<35kV，低压侧<400V(单相230V)）
· YN,d11用于110kV以上的高压输电线路，高压侧可以接地。
· 有z形的联结适用于防雷性能较高的变压器。

7-3 变压器励磁电流/磁通/电势波形
（1）励磁电流和磁通波形关系
· 变压器中的电势em由磁通变化(dΦ/dt)引起，当Φ为正弦时，em为相位上滞后90度的正弦函数；若Φ非正弦时，em将发生畸变，这是应当避免的。下面讨论如何获得正弦Φ。
· 励磁电流im产生磁势Fm，Fm在铁心中产生磁通Φ。Φ的波形由im的波形决定。
· 当磁路不饱和时，Φ和im是直线关系。即正弦的Φ由正弦im产生。

图 不饱和时正弦的励磁电流产生正弦的磁通

· 当磁路饱和时，Φ和im是不再是直线关系。正弦的im无法产生正弦的Φ,只能产生平顶的Φ。
· 正弦的Φ必须由尖顶的im产生。
· 尖顶的im中除了基波分量i01外，还有较大的3次谐波分量i03等。

图  饱和时正弦的磁通必须由尖顶的励磁电流产生

图 饱和时正弦的励磁电流产生平顶的磁通
结论：
· 不饱和时，正弦的Φ由正弦im产生。饱和时，正弦的Φ必须由尖顶的im产生。如果im仍为正弦，则产生Φ的是平顶波。
· 平顶Φ的中含有较大的3次谐波磁通，如果不加以抑制，将产生含有3磁谐波的感应电势。
（2）磁通和感应电势波形关系
· 相电势ep由磁通变化(dΦ/dt)引起，当Φ为正弦时，ep为相位上滞后90度的正弦函数；若Φ非正弦时，ep将发生畸变。

结论：正弦的磁通产生正弦感应电势；平顶的磁通产生尖顶的感应电势。
（3）不同联结组电势波形分析
· 为了保证磁通和感应电势为正弦，励磁电流必须为尖顶波，即必须含有3次谐波分量。可见联接组的接线应当提供3次谐波的流通路径。否则，励磁电流中不会有3次谐波。
· 单相变压器的3次谐波电路是通的，所以单相变压器的励磁电流中含有3次谐波(为尖顶波)，其磁通和感应电势均为正弦波。
· YN,Y/D,y/Y,d联结的三相变压器：3次谐波电流可以通过中线或者在三角形回路中流通，所以这类联结组的励磁电流中含有3次谐波，其磁通和电势均为正弦波。

· Y,y联结组：1/2次侧均无中线，3次谐波电流没有通路，励磁电流是正弦波，产生的磁通理论上为平顶波，平顶波磁通中含有较大的3次谐波分量，如不能有效抑制，导致感应电势为尖顶波。
o 三相组式变压器：各相磁路独立，3次谐波磁通畅通无阻，也就是说，磁路结构对磁通中的3次谐波没有抑制，所以这种形式的变压器磁通为平顶波，相电势为尖顶波。相电势的幅值比基波幅值大(45~60）%，将危及变压器的绝缘，故电力系统中不能采用这种Y,y组式变压器。
o 三相心式变压器：三相磁路关联，由于三相的3次谐波磁通同相位，在主磁路上将相互抵销；只有漏磁路上较小的3次谐波磁通留了下来，也就是说，这种磁路结构对3次谐波磁通有较好的抑制作用，所以磁通近似为正弦波。可见中小型三相心式Y,y变压器是可以用的。

· 第三绕组：超高压/大容量电力变压器，常加一个三角形的第三绕组提供3磁谐波励磁电流的通路。以改善电势波形。

7-4 变压器的并联运行
一、并联运行优点
· 将两台或者两台以上的变压器1/2次侧分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电。
· 优点:(1)提高运行效率(2)提高供电可靠性(3)便于扩容。

二、理想并联运行的条件
(1)变比相同(2)联结组别相同(3)各变压器输出电流同相位(4)各台变压器的阻抗电压相等。

· 两台并联运行的变压器的二次侧构成了回路。
· 若联结组别和变比均完全相等，则可以保证这一回路中没有环流。
· 2次侧很小的电压差也会在还路中引起很大的环流，所以变比只容许极小的偏差(0.5~1)%
· 联结组别不同的两台变压器的2次侧电压不同相位，必然存在相量差，这是不容许的。
· 并联运行的每台变压器的输出电流都同相位时，整个并联组的输出电流才能最大化，各台变压器的装机容量才能充分利用。

· 阻抗电压等于短路阻抗的标幺值，在电流相位相同的情况下，各台变压器电流的分配与其阻抗成反比。
IA/IB=ZKB/ZKA
(SA/SAN)=(UNIA)/(UNIAN)=IA/IAN
(SB/SBN)=(UNIB)/(UNIBN)=IB/IBN
(SA/SAN):(SB/SBN)=(IAIBN/IBIAN)
=(ZKBIBN/ZKAIAN)=(uKB*UN)/(uKA*UN)
=(1/uKA):(1/uKB)
· 如果uKA≠uKB,则，阻抗电压较小的一台变压器先达到满载，这就限制了整个并联组的总容量。
· 一般规定并联运行的变压器阻抗电压值相差不超过10%。
7-4 三相变压器的不对称运行

· 三相变压器实际运行时，可能出现各种不对称运行的情况。/单相负载/1相断开检修/
· 对Y,yn联结组，不对称负载会引起中点偏移，导致2次侧相电压发生较大的变化
· 分析不对称运行采用的方法是“对成分量法”
一、对成分量法原理
· 一组不对称三相电流/电压可以看成是三组对称的电压/电流的叠加，后者称为前者的对成分量。
· 正序分量IA+,IB+,IC+/负序分量IA-,IB-,IC-/0序分量IA0,IB0,IC0
· 合成：
IA=IA++IA-+IA0
IB=IB++IB-+IB0
IC=IC++IC-+IC0

IB+=a2IA+,   IC+=aIA+
IB-=aIA+,   IC-=a2IA+
IB0=IC0=IA0

a=1∠120o=-1/2+jsqrt(3)/2
a2=1∠240o=-1/2-jsqrt(3)/2
a3=1,     1+a+a2=0

IA=IA++IA-+IA0
IB=a2IA++aIA-+IA0
IC=aIA++a2IA-+IA0

IA+=1/3(IA+aIB+a2IC)
IA-=1/3(IA+a2IB+aIC)
IA0=1/3(IA+IB+IC)

二、Y,yn联结组单相短路
Ia=Ik,  Ib=Ic=0

Ia0=1/3Ik,  Ia+=1/3Ik,  Ia-=1/3Ik
Ib0=1/3Ik,  Ib+=1/3a2Ik,  Ib-=1/3aIk
Ic0=1/3Ik,  Ic+=1/3aIk,  Ic-=1/3a2Ik

· 忽略励磁电流时，1次侧也将产生3个电流系统与2次侧的3个电流系统平衡，归算后
IA+=-1/3Ik,  IA-=-1/3Ik,  IA0=0
IB+=1/3a2Ik,  IB-=1/3aIk,  IB0=0
IC+=1/3aIk,  IC-=1/3a2Ik,  IC0=0

IA=IA++IA-+IA0=-2/3Ik
IB=IB++IB-+IB0=1/3Ik
IC=IC++IC-+IC0=1/3Ik
· 在短路前，三相磁通ΦA/ΦB/ΦC和2次侧的三相电势Ea/Eb/Ec均为三相对称电势。
· 短路后1/2次侧的正/负电流系统相互平衡，不会影响原来的对称磁通和电势。
· 但2次侧的零序电流得不到平衡，将在铁心中激励一个零序次通Φa0/Φb0/Φc0叠加在原来的三相对称磁通上，得到一组不对称三相磁通Φ'A/Φ'B/Φ'C。
· 对应的感应电势将不对称。2次电势相量图的中心将下移，b/c相电势升高，a相电势下降。中点浮动的幅度依0序磁通大小而定。
· 组式变压器的零序磁通畅通无阻，所以Y,yn接法的组式变压器单相短路时会发生严重的中点浮动，使得b/c相电压达到危险值。
· 心式变压器中零序磁通被大大抑制，所以中点浮动不会严重，在容量不大的配电变压器可以使用心式Y,yn接法。