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1、四绕组变压器零序阻抗算法的探讨94 内蒙古石油化工 2009 年第 24 期四绕组变压器零序阻抗算法的探讨史亚南,王磊(乌海电业局,内蒙古乌海市 016000)摘要:本文通过对变压器接线方式和结构特点的介绍 ,分析了变压器零序阻抗的计算方法,并且给出了不同接线方式的四绕组变压器零序等值回路,从而对四绕组变压器零序阻抗的计算方法进行了探讨.关键词:变压器;零序阻抗1 概述对于三绕组变压器零序等值阻抗的算法在各种专业书籍上都有介绍,但是,对于四绕组变压器零序等值阻抗的算法介绍的却很少.乌海电网这两年220kV 变电站不断增多,带平衡线圈的 220kV 四绕组变压器的应用也越来越多.本文结合分析变压
2、器阻抗的构成,对四绕组变压器零序阻抗的计算方法进行探讨.2 变压器的接线方式,结构与零序阻抗的关系我们知道,变压器零序阻抗主要是当变压器通过零序电流时的阻抗,它与变压器的绕组联结方式,磁路结构有关.变压器的绕组联结方式无非是 Y0,Y以及型,而变压器的结构常见的有以下三种:三相变压器有 3 个单相变压器组成,如国内多数500kV 变压器或发电厂的升压变;三相三柱变压器,绝大多数 220kV 及以下电压等级变压器采用这种结构;三相五柱变压器,目前国内 l5O0MVA 及以上的三相 220kV 变压器的铁芯采用五柱式,这样可以降低变压器高度,满足铁道运输要求.上述三种结构的变压器的铁芯对零序磁 j
3、l!】经的磁路是不同的,对于由三个单相变压器组压器组或三相五柱式变压器,零序磁通象正序一样,能以铁芯为回路,磁导大,零序励磁电流很小,故零序励磁电抗 ZC0 接近无限大.而对于三相三住式变压器,零序磁通只能经过绝缘介质与铁壳成回路.导小,零序励磁电流很大,零序励磁电抗 ZC0_,有限值.零序等值网络也表达了原,副绕组之间的电磁感应关系,这和正序网络是一样,但是零序励磁电抗和正序励磁电抗由于磁路的不同有很大差别.就零序励磁电抗而言,变压器的励磁电抗是一个等值电抗,用以等值地反映铁心中产生的交变磁通所消耗的功率,其值约和励磁电浦的平方成反比,并和变压器的结构有关.就零序电流的通路而言,对于 Y 接
4、线,零序电流没有通路;对于接线,零序电流可以在其中形成环流,而不能流出绕组之外;对于 Y0接线,当其外接系统由中性线或中性点接地时,零序电流即有通路.因此,变压器绕组的联接方式对零序网络的影响很大,而变压器因结构的不同会影响零序励磁电抗 ZCO 的值,从而改变了零序等值回路.下面我们将做一个详细的论述.对于 Y/A 接线,零序电流没有通路,Z.:o.对于 Y./接线的变压器,零序电流不能从侧流到 Y.侧,但能从 Y.侧流到侧,在绕组中形成环流而不能流到侧的外接电路中,该侧的电抗是短接的,对外电路则是开路(如图 1),Z.=ZYo+ZoZc0.其中:Z.为变压器零序阻抗;Z.为变压器 Y 侧零序
5、漏抗;Z.为变压器侧 l 零序漏抗;Zc.为变压器零序励磁电抗.图 1Y0/A 接线变压器零序等值回路(1)对于三相五柱式变压器或三个单相变压器来说,零序磁通以铁心为通路,ZCo 非常大,相当于开路,这时可以近似的认为 Zo.ZYo+ZA0=Z1.(2)对于三相三柱式变压器,零序磁通可以经过绝缘介质与铁壳成回路,ZC0 是有限值,而 ZC0 只能通过试验确定,一般其标幺值为 0.31.0,平均值取 0.6.近似的可以认为 Z0-0.8Z1.对于 Y./Y 接线,零序电流不能从 Y.侧流到收稿日期:2009 一 O928作者简介:史亚南(1970),籍贯河北省,毕业于天津大学电力系统自动化专业,
6、硕士学位,高级工程币,现在乌海电业局调度所从事电力系统继电保护整定计算工作.2009 年第 24 期史亚南等四绕组变压器零序阻抗算法的探讨 95Y 侧,Y 侧对外接电路是开路的(如图 2),Z.=Zvo+Z.根据变压器不同的结构,对于单相变压器组或者三相五柱式变压器,由于这时 ZCO 一.,故 Z0 一;对于三相三柱式变压器,Z.一 ZY.+Zc.图 2Y?Y 接线方式变压器零序等值回路对于 Y0/Y0 接线(如图 3),如果某一侧的外接电路中性点不接地,零序电流就不能从外接电路中性点接地侧流到另一侧,如上述 3.当两侧外接电路的中性点接地时,零序电流即可通过变压器.由变压器的不同结构,零序阻
7、抗的计算方法也需要考虑是否计及零序励磁电抗 Z.零序阻抗不能单独求出,需要按照变压器零序等值网络和外接零序电路统一计算.图 3YO/YO 接线变压器零序等值回路由于零序向量三相同相,零序网络是单相的,零序网络中流经中性点的电流也是单相的,上述双绕组变压器的零序等值网络对于三绕组变压器任意两侧也同样适用.我们可以求出,对于 YO/Y/变压器,Z0=ZY0+ZA0(如图 4);对于 Y0/A/A 变压器,ZOZY0+ZA10ZA20(如图 5);对于 Y0/YO/变压器,零序电抗由零序等值电路和外接零序电路统一计算(如图 6).当然计算时也要考虑变压器的结构,三相三柱式变压器就要计及零序励磁电抗
8、ZC0.图 4Yo/Y/A 接线变压器零序等值回落Iil图 5YO/A/a 接线变压器零序等值回落图 6YO/YO/a 接线变压器零序等值回落3 四绕组变压器零序阻抗的算法对于四绕组变压器,也可以参照上述方法进行分析,对于不同的联接组别和内部结构,可以得出不同的结论.3.1Y0/Y0/Y/A 接线方式两个 Y0 侧中性点都接地,Y 侧中性点不接地.根据上面的计算分析,我们知道 YO/YO 接线在两侧中性点都接地的情况下是有零序通路的;Y0/Y 接线在 Y 侧中性点不接地的情况下是没有零序通路的:Y0/A 接线无论侧有无外接电路,零序电流都能够从 Y0 侧流到侧.因此,其零序等值电路为图7 所示
9、,Z0=ZY1o+zY2O ZA40.但是,如果 35kV侧经过消弧线圈接地,这时零序等值电路中就要考虑 35kV 侧的零序阻抗,Z0=ZY10+ZY20 ZY30ZA40. 对于不同的内部结构,还应该考虑零序励磁电抗 ZCO.图 7Yo/Yo/Y/A 接线变压器零序等值回路(下转第 lO6 页)106 内蒙古石油化工 2009 年第 24 期故障点的精确位置.3.2 声磁信号同步接收定点法声磁信号同步接收定点法(简称声磁同步法)的基本原理是向电缆加冲击直流高压使故障点放电,在放电瞬间电缆金属护套与大地构成的回路中形成感应环流,从而在电缆周围产生脉冲磁场.应用感应接收仪器接收脉冲磁场信号和从故
10、障点发出的放电声信号.故障点离麦克风的距离越近,闪络声就越大.在监听声音信号的同时,接收到脉冲磁场信号,即可判断该声音是由故障点放电产生的,故障点就在附近,否则可认为是干扰.仪器根据探头检测到的声,磁两种信号时间间隔为最小的点即为故障点.电缆故障的精测定点,视其故障电阻的高低可分别采取不同的方法.一般来说,95 以上的电缆故障是故障电阻不等于零的非金属性接地故障,它们均可采用声测定点法精测定点.但是,在实际测试时,音响效果与故障电阻成正比,对于不足 5 的金属性接地或电阻极低的故障,由于声测定点法的音响效果太差,难以精测定点,此时应采用声磁同步法精测定点.4 结束语电力电缆故障探测技术与方法,
11、除上面所述的几种主要方法外,还有电容法,时差定位法,局部过热法,跨步电压法及音频感应法,甚至目前国际上先进的二次脉冲法等.不论使用哪种电缆故障测试仪测寻故障,都必须掌握电力电缆测寻的一些常用的基本方法.尽管一些智能电力电缆测试仪降低了对操作人员的技术要求和经验要求,提高了现场故障的判断准确率,但是笔者建议作为 35KV 及以下电力电缆运行管理人员掌握如何分析故障性质,选择合适的测试方法,如何分析测试波形等内容是非常必要的.参考文献1电力电缆运行规程,ISBN1580125.69.2电气安置安装工程电缆线路施工及验收规范,GB501682006.Amethodtomeasureforthe35K
12、Vandthefollowing35KVelectricpowerelectriccablebreakdownLIUCheng(上接第 95 页)3.2Y0/Y0/A/A 接线方式两个 Y0 侧中性点都接地,两个侧中性点不接地,其零序等值电路为图 8 所示,Z.一 Zm+ZY2./Z3oZ 40.IIIIv图 8Y0/Y0/A/A 接线变压器零序等值回路对于其它接线方式的四卷变压器零序阻抗的计算方法,可以参考上述分析得出结论,这里就不一论述了.变压器毕竟作为一个元件是存在与电网中的,所以计算其零序阻抗时,应该考虑到外电路,而不应该单纯的计算变压器的零序阻抗.4 举例目前乌海地区应用的四绕组变压
13、器,主要是220kVYO/YO/Y/A 接线方式的变压器,均采用三相五柱式结构,对应电压等级为 220/121/38.5/10.5kV,第四侧绕组作为抑制三次谐波电流的平衡线圈,不接外接电路.两个 Y0 侧为 22O/121kV 电压等级,属于大电流接地系统,均接地,Y 侧为 38.5kV电压等级,属于小电流接地系统,不接地.当由220kV 侧系统等值零序阻抗经过变压器推算 110kV侧母线等值阻抗时,计算如下(如图 7):Z 母 o.1】0 一 zo.系统+zY10+zoZY2o但是,对于这样第四绕组为平衡线圈的四绕组变压器,由于一般作三绕组变压器使用,厂家在变压器出厂试验报告中也没有第四绕组零序阻抗实验的数据,也就无法求出第四绕组的零序阻抗.因此,如果使用类似接线的变压器,应该要求厂家给出绕组的零序阻抗实验数据.并且应该根据当地的单相短路电流水平,考虑绕组零序阻抗的大小和绝缘水平.一般来说,如果没有特殊要求,作为平衡线圈的绕组零序阻抗是固定的.但如果当地单相短路电流水平较高,在 1lOkV 侧线路发生接地短路故障时绕组分流较大,容易将该绕组的绝缘损坏.参考文献Eli 刘叔华编.变压器和互感器的电路计算与向量变换M. 北京:水利出版社出版,1978 年 8月第一版.E2-1 纪雯主编 .电力系统设计手册 M.北京:中国电力出版社出版,1998 年 6 月第一版.
