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[已解决] 变压器零序阻抗

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发表于 2007-8-28 18:55:38 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国浙江杭州

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求教4 F$ p5 `: b2 n5 t; M: n" m4 Q$ Q
变压器零序阻抗是什么概念?  O0 K- j7 x: m7 Y& ]
哪些因素决定它的大小?5 F, v# w8 X+ v7 x, y2 _
它的大小又影响什么?
发表于 2007-8-28 19:58:17 | 显示全部楼层 来自: 中国湖北武汉
1变压器零序阻抗及等值电路图
% k3 u9 M( i7 ]* K  " {3 U' x7 B% o' F! s$ s- I
   电力系统中为了对接地性质的系统短路故障采用相应的有效的保护措施,需要确定系统中各电气设备的零序参数,变压器的零序阻抗便是其中之一。
( I+ h( }2 [# H, R. z1 \: L  
2 \( }* V( |8 m( \, p% E( I   变压器零序阻抗是指零序电流流过变压器三相对称电路时遇到的阻抗。$ l- W5 v! ^+ s) w6 D' N& X
  ! u. O6 O; D( x# W: A
   变压器的零序等值电路可以用三端T型电路来表示,见图1。XG0、XZ0相当于零序漏电抗,Xm0为零序激磁电抗。* p' t# e6 H. |( I% M# U+ ?: `
  7 S; `% x: x1 B- e8 {" N. F! F
   
: K6 q2 B8 x* F% Q  
2 ~1 U: g; }# I4 g, N% [# Z6 Q  
7 g7 H. R2 T  m$ [4 c; W; i. y- W  
% _+ Y  X0 F9 p7 ]& z  G' Q   
8 y% ?, r9 p+ |  
8 ^/ _  h+ B2 E6 N1 U5 O2 v  2 实测与计算目的) Q& T/ l  X5 v4 X
  
& |/ Q, b& n' X   三相变压器的零序阻抗特性与绕组的连接方式有关。在有三角形接线绕组时,在三角形接线绕组形成的平衡安匝作用的情况下,电压与电流间的关系是线性的,也就是说,零序阻抗是个定值。但对于没有三角形接线绕组的变压器,例如全星形三相三芯式自耦变压器来说,其零序阻抗由于油箱外壳磁化作用的影响,是一个变化的数值。图2所示为全星形三相三芯式自耦变压器做零序开路试验的特性曲线,Z1,0(%)、Z2,0(%)、Z3,0(%)代表从高、中、低三侧加压时,Z0(%)随着外施零序电压U0(%)的变化而呈现的非线性变化关系。因此其零序阻抗的稳定饱和值要实测确定。* k! M2 @8 ^" H
  
# ?# t& S( {& P; v  E; ^. G( F   
1 n8 K( ?0 v* [& D  
- T  s7 U4 z4 V! i4 f, h8 ~+ [  
; |1 K! a$ u% {8 i) d4 Q1 H7 V  
8 P! A" w0 ~5 f+ p8 C" v6 T   
! F; h1 f! g; g$ _, |( [  
7 M$ A. s' W& B9 i   零序阻抗还取决于绕组和铁芯之间的结构布置,因此在不同绕组上测量时就会有差异。零序阻抗也与铁芯结构型式有关。三相三柱式铁芯结构的变压器,零序磁通必须通过铁芯与油箱之间的空气隙和油箱形成回路,其零序阻抗较小。而三相五柱式铁芯结构的变压器,零序磁通则可通过旁轭形成回路,因此其零序阻抗较大。" k) Z# `- m% H; z
  6 ]: x% D. i: N' ~5 I
   即使2台相同规格,但绕组排列方式不同的变压器,例如Y0/y0/Δ型接线与Y0/Δ/y0接线的变压器零序阻抗也有差别。因此,在实际计算中,变压器零
( @7 T3 ^  m9 V  
- S% }. i! k" A3 h  序阻抗最好取实测值。' i6 p# U4 n0 {! S6 S& N! K8 C. A
  
! J2 R+ o1 y6 z; D9 W4 L  3不同类型变压器零序阻抗实测、计算与等值电路图8 Z0 }( R9 e  @8 v3 O* N+ a* O2 d# K
  , [9 d8 T. y8 P$ I2 K
   根据变压器接线组别、中性点引出线的不同,零序阻抗的测试方法有所不同,下面对电网中应用广泛的几种变压器的零序阻抗的测量、计算方法逐一论述。3 q; k9 k* f) D
  
: x! m' n7 r- |" f1 {; K8 t! S$ `, ]% _  
' l" `3 X3 k3 V% L0 a6 {5 i/ P  $ O& l) X; K2 X- p! `  w- z$ s& `
  
7 P( X2 W) A" D% b' l6 @  
' g% u8 t( h6 Z" p  
( G: _- Q& j- y) o' N  ; w* C! R9 q* H9 \" W5 B/ K
  1 x0 ]/ @8 ]. p+ m% U1 h" X
  
! w1 A  f! R8 l; q  3.1Y0/y0/Δ和Y0/Δ型接线变压器
- G1 C) ^9 j5 N$ ?. O' i4 w* d  7 b. P: o8 K/ l' p# ]
   Y0/Δ接线双绕组变压器与Y0/y0/Δ接线三绕组变压器,只有一个中性点引出线,其Y、Δ绕组中零序电流无法流通,零序阻抗的测量只需在带有中性点的Y0绕组上进行,将单相电压U0施加于Y0绕组中接在一起的三相端子与中性点端子之间,其余绕组的外部连接可以开路,也可以短路。测量其输入三相绕组的电流I,得到零序阻抗X0=3U0/I0其零序阻抗实验接线见图3、图4,实测数据结果见表1。+ I8 Z! o& Z0 V6 u2 j( N
  4 p1 {) B( J: j; i6 F
  3.2Y0/y0/Δ型接线变压器
0 Q4 f9 }/ g5 p1 Q! w  
6 u1 c5 p6 [4 o+ \# F; @   Y0/y0/Δ型接线变压器具有2个中性点引出线,由于2个Y0绕组的中性点都引至箱盖上。因此在实测时采取分别从2个绕组的三相连在一起的线路端和中性点端之间施加电压,而另一绕组的三相连在一起的线路端和中性点端之间开路和短路的方法,共做4次测量。$ ~& ]+ s: I- O. p: L
  6 Q# u' d) M+ u5 t
  
: P7 H3 K. K7 q# R, I, x   . ?+ `: h+ U4 ^; X6 ]( T
  1 U4 z# v5 H3 M- z5 r2 t! J
  
+ v0 _3 u( L& `$ O% X  
- L. w$ C3 G& B6 Z  1 o9 |& C) C6 E& x: N
  
% S$ K% L- t8 U( Q; ]" Z, }' Q/ \   a. 高压方加零序电压,中压方开路(低压除Δ绕组封闭外,对外永远开路),得:! X8 |: [3 l  F. c. w) i# h1 b
  2 V) Z2 A# ?+ A9 S5 g- {* c
   XG0+Xm0=A
" w, c( z* E3 P' |7 h& W  , w$ }% `7 r3 g- `1 Q
   b. 高压方加零序电压,中压方三相对中性点短路(低压同上),得:  J+ ~% o' N' s% l8 y" m+ w  ^5 N: \
  
9 `6 P* S' |# X0 p+ Y0 v1 j: K" K   XG0+XZ0∥Xm0=Bc. 中压方加零序电压,高压方开路(低压同上),得:# u# q9 j6 u" a4 I
  8 b$ [" B! S7 e. m- u( v
   XZ0+Xm0=C
- I2 n. k7 ]# e8 q. u5 ~  8 }9 J) x2 W% S2 |& ^: |
   d. 中压方加零序电压,高压方三相对中性点短路(低压同上),得
4 ^6 f# D* u3 V6 B3 h  8 M- B5 _3 u. o+ p- q& N
   XZ0+Xm0∥XG0=D: o4 `  t0 _' T5 \" W
  
) ^' F+ w! A* f2 n7 W3 w0 {   根据4个实测数据A、B、C、D可推出:) a$ j  N6 C# o. z+ f- B, v
  " u2 T/ d/ R* V- v* J) l
  2 w+ }3 P& i9 `8 v: t, E$ z$ ]
  & I$ |+ J, T4 \; K8 M& T% [
   其零序阻抗实验接线见图5。实测数据结果见表2。
+ \! N  H- d2 @, j' p# h3 K  ' d, j: g+ Z( y" w  W+ N0 ^- x3 v
   1 P  X! Q; i1 ~) f
  ) P, |2 a$ f$ \: p  P5 k$ @7 O0 E
  # c; O" ~1 ~9 J5 q- p
  0 Z* B" I# p$ [/ T+ S
  
( C5 X: ^7 z& L0 [: p4 `  ~' L  ' b/ J0 j) b8 Y+ V7 Y6 m
  
, p$ H( t; R' K! X" n  
/ O  W  h/ e, u& v( a* A( R' ^: o  o+ o   
4 }  W/ T3 b1 ]/ C  
- o: f# U. C6 N* Y  _0 _  4变压器零序阻抗与正序阻抗的关系及简化
1 l% x8 r$ I% Q( Z0 N! g  5 @( E7 x* \7 Q4 l9 r' `
   根据零序阻抗实测及计算结果表明,变压器零序阻抗与正序阻抗之间存在经验关系式。$ v8 W# w8 Q" k2 W0 R/ X" Q
  4.1三柱芯式变压器
0 t5 C; O5 \# J) d$ S' T$ s  
% X. X/ ?  |  d   普通的三相变压器广泛采用三柱铁芯式结构和Y0/y0/Δ型、Y0/y/Δ接线型式。三柱芯式变压器的零序磁通在铁芯中不能构成回路,它必须逸出铁芯,经绝缘油,最后由变压器油箱返回,因此变压器油箱成为零序磁路的组成部分,零序磁通在油箱中将感应产生涡流,这些涡流与三相绕组零序电流反向,使变压器油箱表现为一个附加“Δ”绕组的作用。这种作用加上零序磁路磁阻大的特点,使三柱芯式变压器不论从哪一绕组供电,其零序阻抗均比正序阻抗小。根据实测结果约为X0≈0.8X1,即2绕组间零序阻抗为相应绕组间正序阻抗的80%。
( G! r3 U' O$ q, Y& m  3 T2 r% z1 f+ S" b& T3 W
  4.2三相五柱芯式变压器
9 w9 t- t. C3 V; I  
0 x3 b- k  a1 E   容量很大的普通变压器,为了改善零序磁路,同时降低本身高度,采用三相五柱芯式结构。三相五柱芯式变压器的铁芯由于零序磁通可以通过旁轭在铁芯内形成回路,因此当中压绕组在高、低压绕组之间,即最广泛应用的YN/yn/d11接线时,高压供电的开路零序阻抗与高—低运行的短路阻抗(正序阻抗)相同,短路零序阻抗与高—中运行的短路阻抗(正序阻抗)也相同,根据实测结果有X0≈X1,即2绕组间零序阻抗等于相应绕组间正序阻抗。' ^9 m# `; x8 q6 ~. z" B* f
  / {0 t9 t: a; Q; L* e1 l
   同样是五柱芯式变压器,如果低压绕组在高、中压绕组之间即Y0/Δ/y0接线时,高压和中压供电时的开路、短路零序阻抗相同,且开路零序阻抗与变压器高—低运行及中—低运行时的短路阻抗(正序阻抗)相同,但高压供电时的零序阻抗由于受到低压绕组的影响远小于高—中运行时的短路阻抗(正序阻抗)。因此其零序阻抗与正序阻抗无特定关系式。
6 g4 P/ }! }2 r  a  4 c0 h3 N5 U8 `, d! R
  4.3三相变压器组
0 g( d. V3 z6 \% c  Q  
& Z2 K  y( ]0 V" g7 u- q0 e* K   特高压变压器或特殊要求的变压器一般设计成三相变压器组。在三相变压器组中,各相磁路彼此无关,各相零序主磁通沿各自的铁芯闭合,磁路的磁导很大,因此零序激磁阻抗Z0m与正序激磁阻抗X1m几乎相等。7 X; E0 V( T0 |
  6 L  y# k9 @% O3 `
  5实用计算举例. |$ M5 b. L2 Z( k  \
  1 N" t+ f& R4 P8 Z5 ^/ A
  5.1零序阻抗试验报告及计算  n; @; u. Y& S# x. c/ h# N
  
* t) O) ^! Z/ ~2 m   变压器型号:CUP-120000/220
+ E  ?. Y% {1 O2 @8 y! F1 F  
9 f& G  q" i2 m7 l   额定容量:高:120 000 kVA中:120 000 kVA低:60 000 kVA) l- A" m' |8 w1 c8 o
  3 K  d( G( i+ e! s8 E
   额定电压:220 kV/121 kV
& k/ J, y6 e) P5 D% T  
# n) k* U5 }( V- b5 _   电流:35 A/573 A/3 300 A" J7 J. ^/ ?; W9 F' h
  ! B* N2 W' ?' |/ v
   厂家:日本三菱
2 e! N5 ^5 s+ }+ U# S4 z  
4 f4 j4 t' O8 t% N* q' a   三柱芯式结构铁芯绕组排列:铁芯→DY→ZY→GY" M4 y" x+ h3 G
  * y+ ^% z- Z0 r$ n4 B
   额定分接头:5
' H! c* X" G5 ^9 Y0 C  
0 l+ x5 w2 y, a) l% n5 T   试验项目:零序阻抗测试温度:14 ℃* a1 {  k" P$ a* s7 ]7 j
  3 N) M: M, ~* T" w. P# S
  ; c$ }1 |# i9 h& p+ k9 @0 i/ q
  
9 l/ G+ t4 y9 Z4 Y; t8 _" _   
. k, j1 V# \1 V7 H" }- f0 `; |  i  
/ Q6 ?2 g6 T: w* L, w# a   将中压侧电阻折算到高压侧(折算系数K=2202/1102=4):
! G4 e3 i# U+ p' Q) O  m/ W2 i  0 Z: q' n& q& y
  / d! u3 N6 y' Q7 s1 U& Y7 x
  
, S7 ]5 m0 T: u/ f4 M! |5 [$ M  
3 G/ M2 K& K/ V" D7 k+ D  + o- @' B4 }; e+ Z' g- k* m& n
  5.2正序阻抗与零序阻抗对比3 u! z) ~, X$ D- e" @
  * }5 C6 X$ j2 i- @" r
   正序阻抗与零序阻抗的对比见表4。
! a) e* x- Y4 F$ X3 i  
! A& L" X* p. r! \' \/ X  6小结
; B- \$ N' n  j  s  & y. S9 C+ @' ^$ }( o
   变压器的零序阻抗作为继电保护整定计算的重要参数,与变压器组的连接型式、铁芯结构等各种因素有关。因此在计算中建议取实测值。

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发表于 2007-8-28 19:59:05 | 显示全部楼层 来自: 中国湖北武汉
正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时,把三相的不对称分量分解成对称分量(正、负序)及同向的零序分量。只要是三相系统,就能分解出上述三个分量(有点象力的合成与分解,但很多情况下某个分量的数值为零)。对于理想的电力系统,由于三相对称,因此负序和零序分量的数值都为零(这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因)。当系统出现故障时,三相变得不对称了,这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了(有时只有其中的一种),因此通过检测这两个不应正常出现的分量,就可以知到系统出了毛病(特别是单相接地时的零序分量)。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法,先决条件是已知三相的电压或电流(矢量值),当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图,请大家按文字说明在纸上画图。 - b. O/ b: M, e
) m; ]# h, i: |0 B3 @
从已知条件画出系统三相电流(用电流为例,电压亦是一样)的向量图(为看很清楚,不要画成太极端)。
+ p( U* q. M; q* r5 y$ ?4 X" m' z. a) b8 t
1)求零序分量:把三个向量相加求和。即A相不动,B相的原点平移到A相的顶端(箭头处),注意B相只是平移,不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量(些时是箭头对箭头),这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一,这就是零序分量的幅值,方向与此向量是一样的。 1 k- ^' N5 R( i

' U0 s0 y6 @  p0 ?' R# L9 O9 e% s9 m  P3 r, V
2)求正序分量:对原来三相向量图先作下面的处理:A相的不动,B相逆时针转120度,C相顺时针转120度,因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一,这就得到正序的A相,用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。
% |+ O1 E, R& p$ g- ]$ j1 p+ J% M2 v) Q/ G% k
3)求负序分量:注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动,B相顺时针转120度,C相逆时针转120度,因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。
/ E6 d' b/ y2 Z# @, U' x' W3 W) f0 Z! i# @% U
通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况,如为何出现单相接地时零序保护会动作,而两相短路时基本没有零序电流。 3 U$ ?  ~! q4 }3 P
, z6 |2 S# i, L' M
在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系,故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述,之所以要把基波分解成三个分量,是为了方便对系统的分析和状态的判别,如出现零序很多情况就是发生单相接地,这些分析都是基于基波的,而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差,因此谐波是个外来的干扰量,其数值并不是我们分析时想要的,就如三次谐波对零序分量的干扰。
发表于 2007-8-28 20:00:01 | 显示全部楼层 来自: 中国湖北武汉
晕,咋有些图贴不过来!
发表于 2007-8-28 21:28:36 | 显示全部楼层 来自: 中国河北保定
原帖由 shineliu 于 2007-8-28 20:00 发表 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif5 R* H+ B" i. K
晕,咋有些图贴不过来!
4 W1 X6 f8 s+ }
将图片存为jpg文件,作为附件上传,然后再调整其在帖子中出现的位置即可。
发表于 2007-8-29 16:24:24 | 显示全部楼层 来自: 中国山东淄博
谢谢shineliu (Sunny)!说得很好!
发表于 2007-8-31 11:09:55 | 显示全部楼层 来自: 中国天津
说得很好。就是这个意思!!
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