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变压器高次谐波及其对单相接地电流的影响

作者: 来源: 日期:2016/5/23 16:03:24 人气:2820
  变压器主要是通过磁路系统进行电能传递,但由于磁路系统存在铁磁饱和现象,当配电系统中存在谐波以及系统发生单相接地短路时,不同连接组别的变压器对配电系统的影响是不同的。
  下面就配电系统中三相变压器的全Y型和Y-A型接线方式所产生的谐波对供电系统的影响进行分析。
  1不同接线的变压器对谐波的影响1.1Y/Yn型联接的三相变压器当三相配电系统中含有高次谐波电流时(以3次谐波为主),因3次谐波在各相中的电流大小相等、方向相同,且同时流入或流出中性点;又因变压器一次侧为Y型接线,无引出中性点,3次谐波电流无法流通,因此在励磁电流中也就不含有3次谐波,基本上可以认为是正弦波。由于变压器磁路系统的非线性,当励磁电流的曲线为正弦波时,相应的磁通曲线则为一平顶波,如。
  根据富氏级数,此波形的磁通可分解为1次、3次、5次等局次谐波,其中1次和3次谐波影响最大,其它的高次谐波的影响可忽略不计。
  当三相变压器为三相变压器组或三相五柱式时,各相磁路系统彼此独立,1次和3次磁通可沿各自的磁路形成闭合流通回路,此时1次和3次磁通会分别在各自的原、副绕组中产生相应的感应电势和,并分别滞后磁通90*,其波形如。
  由可知,£,和63的波峰刚好相互叠加,其合成电势e的幅值将高出其基波幅值的40%~60%,这种相电势的升篼是很危险的。
  而三相三柱式变压器,每相的磁路系统并不独立,3次谐波磁通由于其大小、相位相同,只能在3个铁芯中同时向上或向下流动,并且不能在铁芯中形成闭合回路,只能通过非磁性介质(如空气、油以及变压器箱体等)构成闭合回路,由于此闭合回路的磁阻很大,使得3次谐波磁通大大减弱,主磁通基本接近正弦波,感应电势也接近正弦波。
  由于3次谐波磁通的存在,在Y/Y*型闭合回路的构件中将产生涡流损耗,引起局部发热,降低效率。
  1.2A/Y或Y/A型变压器当变压器A/Y联结时,其电流基波、3次谐波、吡工技术|技术交流合成波曲线以及磁通曲线、磁化曲线如。因其高压侧为A型接线,3次谐波电流可以在A内沿同一方向形成环流。由可知,当磁化电流含有3次谐波时,其合成电流亦为一尖顶波,但合成磁通却为正弦波,即保证了感应电势也为正弦波。
  而Y/A联结的变压器,由于其高压侧不含有3次谐波电流,合成磁通CP的波形为平顶波,磁通中的3次谐波CP3将在副绕组中产生3次谐波电势£23,五23相对于由3落后7t/2,五23产生的3次谐波电流/23又滞后于五23近7:/2,而/23产生的3次谐波磁通023又滞后于/23个很小的角度(磁滞损耗的影响)。因此少23和03几乎反相,可相互抵消,使得磁通和电势接近正弦波。
  由以上分析可知,为保证电网波形经过变压器后不产生畸变,在同等条件下应优先采用一边绕组为A接线的变压器。
  2Y/Yn、A/Yn接线变压器对单相接地电流的影响对于中性点直接接地的系统,经常发生单相接地短路故障,而单相接地短路电流的大小除与系统的短路容量、故障回路的零序接地阻抗有关外,还与变压器的零序阻抗有关。不同连接组别的变压器,其零序阻抗的大小也不同。
  以石化企业经常使用的6/0.4kV等级变压器为例,分析当低压侧发生单相接地短路故障时,不同连接组别的变压器对单相接地短路电流的影响。
  假定低压侧单相接地回路的零序阻抗和系统高压侧的短路容量恒定。由于Y/Yn接线和A/Yn接线的同容量、同型号的变压器零序电流不能在高压侧流通,因此对高压侧来讲,变压器也就无此零序阻抗。为计算单相接地短路电流,可先将高压侧的零序阻抗折算到低压侧。低压侧的零序阻抗等值电路如。
  当变压器为Y/Yn联结时,由于高压侧为Y型接线,零序电流无法流过,Z1相当于开路,则由低压侧ax端看进去的等值零序阻抗Zy=Z2+Zm;当变压器为A/Yn联结时,由于高压侧为A接线,A和X注:'为高压侧折算到低压侧的阻抗。Z;为低压侧的阻抗。
  折算到低压侧的励磁阻抗。
  变压器零序阻抗图端相当于短路,因此从ax端看进去的等值阻抗为z02=z2+(zmx由于Zf〉',比较',和:可知,2u|*Zm,也就是说Y/Yn*结的变压器零序阻抗要远大于A/Yn联结的变压器的零序阻抗,因此单相接地电流的大小就会因变压器联结组别的不同而不同。下面举例说明。
  表1中短路点为变压器低压侧的出口,低压母线以5m长度的阻抗计算;低压母线的间距在变压器容量小于630kVA时取250mm,变压器容量大于630kVA时取350mm;短路电流为周期分量的有效值。
  表1不同连接组别的变压器参数比较系统短路容量/mva变压器容量/kVA母线规格LMY变压器联结正、负序/mQ零序/m三相短路电流/kA单相短路电流/kA由表中的计算结果可知,在同等的外部条件下,Y/Yn联结的变压器低压侧出口的单相短路电流远小于三相短路电流,而A/Yn联结的变压器低压侧出口的单相短路电流几乎和三相短路电流相等。因此在6/0.4kV配电系统中,若采用A/Yn联结的变压器,对于低压侧的单相接地短路的保护,就可以利用作为三相短路保护的空气开关或熔断器兼做单相接地保护,而不需单独设专用的零序保护。而Y/Yn联结的变压器,由于其低压侧出口的单相短路电流远小于三相短路电流,需要设单独的零序保护回路。
  3结束语综上所述,在配电系统中进行三相双绕组的变压器选择时,应尽可能地选择一边为A接线的变压器,以降低变压器损耗、提高单相接地短路电流、抑制高次谐波的传递。在石油化工企业的供电系统中,通常选用A/Yn联结的变压器。

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