Znyn曲折接线接地变压器的原理及试验方法.pdf

第26 卷 第 6期水利电力机械Vol 26 No 6 2004 年 12 月WATER CONSERVANCY 2 河海大学机电学院 江苏 常州 213022 摘 要 介绍了曲折接线接地变压器的原理 结构与设计特点和该变压器的直流电阻 电压比 空载 负载 零 序阻抗等项目的试验方法 提供了现场试验的有关数据和经验 分析了现场试验中应注意的问题和解决的 方法 关键词 变压器 曲折接线 磁通 移相 零序 中图分类号 TM411 2 文献标识码 B 文章编号 1006 6446 2004 06 0037 04 收稿日期 2004 08 18 作者简介 韩挺 1975 男 江苏常州人 常州市武进供电公司助理工程师 从事电气试验与检测方面的研究工作 变压器的接线方式除了 Y Y Y 等几种 外 还有些比较特殊的接线方式 例如曲折接线 通 常用 Z 来表示 有人将它称为 千鸟接法 但多数都 称为曲折接线法 曲折接线的变压器既具有三角型 接线变压器可以承担单相负荷的特点 同时也有星 形接线变压器具有的中性点的特点 但同普通的 Y Y 形接地变压器比较 它具有普通接地变压器所 不具有的优点 曲折接线变压器的零序阻抗小 更适 合做接地变压器使用 能够更好的配合消弧线圈使 用 由于曲折接线变压器有同普通变压器的不一样 性 因此 本文主要就其原理 特性以及在试验中注 意的问题进行分析 1 曲折接线变压器的原理及结构特点 1 1 原理 曲折接线变压器通常有 Znyn11 或 Znyn1 2 种接 法 这里以 Znyn11 接线来加以叙述 曲折接线变压 器由所用变负载和消弧线圈负载组成 高压绕组的 每相线圈分成匝数相等的 2 部分 分别依次套装于三 相铁心的上 下 2铁心柱上 如图 1所示 上半部分线 圈是带调压分接的主绕组 下半部分是具有移相作用 的移相绕组 移相绕组与调压绕组在每相上具有 60 的相位关系 如图2 所示 其有关原理如下 在图1中 AA BB CC 为高压带调压主绕组 图 1 Znyn11接线图 A O B O C O 为高压移相绕组 ao bo co 为低压绕组 如图 2 所 示 依据余弦定理得 UAO U 2 AA U2A O UAA UA O UBO U2BB U2B O UBB UB O UCO U2CC U2C O UCC UC O 式中 UAO A 相相电压 UOB B 相相电压 UCO C 相相电压 UAA A 相主绕组电压 UBB B 相主绕组电压 UCC C 相主绕组电压 UA O A 相移相绕组电压 UB O B 相移相绕组电压 UC O C 相移相绕组电压 依据余弦定理得低压为 Uab 3 Uao Ubc 3 Ubo Uca 3 Uco 在曲折接线变压器的现场试验中 相电压 K 是 1 个重要的试验参数 可用以下计算方法得出 38 水利电力机械2004 年 12月 图 2 Znyn11 向量图 以A 相为例 依据余弦定理得 主绕组电压为 UAA U2AO 3 4 U2A O 1 2 UA O 移相绕组电压为 UA O U2AO 3 4 U2AA 1 2 UAA 依据电压与电压比关系公式得 相电压比K UA0 Uao 又 主绕组电压比为 KZ UAA Uao 移相绕组电压比 KY UAO Uao 同样 也可由 KZ和 KY依据余弦定理得相电压 比K K K 2 Z K 2 Y KZ KY 1 2 结构特点 在运行过程中 当变压器通过一定大小零序电 流时 在同一铁心柱上的 2 个单绕组的电流方向相 反且大小相等 使得零序电流产生的磁势正好相反 抵消 从而使零序阻抗也很小 在发生故障时 接地 变压器中性点过补偿电容电流 呈现感性 由于有很 小的零序阻抗 使零序电流通过时 产生的阻抗压降 尽可能的小 以保证系统的安全 但在制造过程中 高压绕组的上下包的匝数和几何尺寸不可能完全相 等 使得零序电流产生的磁势不可能正好相反抵消 还是产生了一定的零序阻抗 通常在 6 10 左右 相对于星形接线的变压器的零序阻抗 600 而言 其优势不言而喻 此外 曲折接地变压器还可以使 空载电流和空载损耗尽可能小 同普通星形接线变 压器比较 由于曲折接线变压器的一相是由 2 个铁 心柱的绕组组成 结合其向量图可知 与普通星形接 线变压器比较 当电压相同时要多绕 2 3 1 16 倍 匝数的线圈 因此 就决定了其磁通密度要比星形接 线变压器高 1 16 倍 2 变压器的现场试验方法 曲折接线变压器现场交接试验项目有 绝缘测 试 交流耐压 变比测量 绕组直流电阻 由低压励磁 测量空载电流 I0和空载 P0以二次容量为基准 测 量阻抗压降 测量一次绕组的零序电抗 同普通 10 kV 配电变压器比较增多了零序的测试项目 另外 曲折接线变压器在电压比的测试方法上同普通变压 器是有所区别的 在短路阻抗上的注意事项也不一 样 例如 某变电所安装的 1台 Znyn11 型干式曲线 接线接地变压器 上海思源电气公司变压器铭牌如 下 型号 DKSC 400 50 10 容量 315 50kV A 电 压 10 5 2 2 5 0 4kV 电流 17 32 72 1687 A 阻 抗 2 41 零 序电 抗 6 6 接线 组别 Znyn11 该变压器安装结束后 我们对以下项目进行了 现场试验 方法如下 2 1 绝缘电阻的测试 曲折接线变压器的绝缘试验包括高压对低压及 地的绝缘电阻和低压对高压及地的绝缘电阻测试 交流工频耐压 相关试验注意事项和技术标准可以 参照10kV 配电变压器的要求 这里就不再赘述 2 2 直流电阻的测试 直流电阻测试方法同 10kV 配电变压器的试验 方法一样 但有 2 点应引起重视 第一点是曲折接 线接地变压器在正常运行时为了能产生一定的位移 电压以满足自动调谐消弧线圈装置信号电压的需 要 三相绕组并不在同一分接位置上工作 这样做的 目的是采用绕组的不平衡方式从接地变压器获取位 移电压 如某变电所的接地变压器 A B C 三相高 压绕组的无载开关工作分接位置分别是第 2 级 第 4 级 第 4 级 此时测量的直流电阻见表 1 表 1 某变电所曲折接线接地变压器工作位置时直流电阻 分接位置A 相 B 相 C 相 三相不平衡率 23 120 4 2 8862 912 7 8 由表 1 可知 此时三相不平衡率达到 7 8 超 过了变压器试验规程要求的同相间不大于 2 的技 术要求 原因在于曲折接线接地变压器不在同一分 接位置工作 因此 直流电阻的同相偏差较大 此时 考核曲折接线变压器直流电阻的三相不平衡率是没 有意义的 在了解这一特点后 应该在接地变压器 第26 卷第 6 期韩挺 等 Znyn 曲折接线接地变压器的原理及试验方法 39 安装完毕投入运行时进行测试此时的直流电阻 并 加以保存 以便将来预防性试验时供判断之需 第二点 曲折接线接地变压器的直流电阻是由 位于上铁心柱的主绕组的直流电阻以及位于下铁心 柱的移相绕组的直流电阻相加而成 而分接绕组是 在主绕组上还是在移相绕组上直接影响了三相间的 直流电阻大小的顺序 在试验时容易产生误判 因 此 在分析试验结果时 应当正确判断直流电阻的大 小顺序 如某变电所的接地变压器分接绕组是位于 上铁心柱的主绕组上 此时 A 相的主绕组在 2 分接 位置 B C 相的主绕组在 4 分接的位置 参考图 1 可 判断出主绕组的直流电阻大小顺序是 AA BB CC 而移相绕组的直流电阻 A O B O C O 由AO AA A O BO BB B O CO CC C O 得出 AO BO CO 在表 1 中现场测试数据也验证这一推导 某变电所接地变压器的接线组别为 Znyn1 它的分 接绕组在下铁心柱的移相绕组上 现场测试工作位 置的直流电阻见表 2 表 2 某变电所曲折接线接地变压器工作位置时直流电阻 分接位置A 相 B相 C 相 23 649 3 3 869 4 3 781 图 3 Znyn1接线图 此时对照图 3 可知 A B C 相的移相绕组的无载开关工 作分接位置分别是第 2 级 第 3 级 第 4 级 因此 此时移相绕 组的直流电阻大小顺序应是 B O C O A O 而主绕组的直 流电阻 AA BB CC 由AO AA A O BO BB B O CO CC C O 得出 BO CO AO 在表 2 中的数据也反映出这一 规律 从以上2 个注意点可以看 出 曲折接线变压器直流电阻在运行中的这一特点 对于指导在预防性试验中作出准确判断有着重要 意义 2 3 电压比测试 曲折接线接地变压器的电压比测试同普通 10 kV 配电变压器是有所区别的 这是由其曲折接线的 特点决定的 处于上铁心柱的绕组接线方式有星形 接线的特点 但处于下铁心柱的绕组接线将上铁心 柱的绕组相位进行了移相 如图 2 所示 当采用常 规电桥和单相双电压表法测试时 由于不能保证被 测试绕组中的磁通与加压绕组的铁心柱中的磁通一 致性 所以测试结果不是太理想 结合曲折接线的 特点以及在实际中的经验 作者推荐以下 3 种方式 1 采用能测试 Z 接线的变比电桥 这里就不再 赘述 2 使用三相电源结合双电压表法 这就绕开了 其接线的特殊性 避开采用单相电源可能导致的磁 通不一致性问题 但采用三相电源不易区分接线组 别 只能验证电压比 例如不能区分 Znyn11 和 Znyn1 接线组别 3 将曲折接线接地变压器的高压侧的 Z 联结 拆除 用一导线将处于上铁心柱的绕组下端人为短 接 这样就可以构造出一个三绕组变压器 其接线方 式为 Ynynyn 这样就便于用普通电桥进行测试 以 某变电所接地变压器 Znyn11 处于第 1 分接位置为 例 有关原理及公式如下 从铭牌值可知 处于1 分接位置的 UA0 11025 3 6365 4V Uao 400 3 230 9V 计算相电压比 K UA0 Uao 6365 4 230 9 27 56 以A 相为例现场测试数据如下 主绕组电压比 KZ 15 93 移相绕组电压比 KY 15 91 依据工作原理公式可得 K K 2 Z K 2 Y KZ KY 27 57 从上述结果的对比看出 测试值的误差能够满足计 算相电压比不超过 0 5 的要求 对接线组别的认定也可通过分别认定 2 绕组对 低压绕组的接线组别来判断 依据曲折接线变压器 的原理再结合图 2 可推导出 Znyn11 型变压器的主 绕组对低压接线组别为 Yn Yn 12 移相绕组对低压 绕组的接线组别为 Yn Yn 10 然后分别测试 2 绕 组对低压绕组的接线组别 这一过程可以和变比试 验一同进行 在某变电所的接地变压器试验中采用 此法 取得了较为理想的结果 2 4 空载短路试验 同电压比试验一样曲折接线变压器的空载试验 也存在单相空载时磁通不一致性的问题 其结果较 用三相电源时有较大误差 因此 建议用三相 400V 电源由低压励磁加压 毕竟三相电源更符合变压器 实际运行状况 具体试验方法和要求可参照普通配 40 水利电力机械2004 年 12月 电变压器的做法 接地变压器的负载包括消弧线圈的负载和所用 变的二次负载 在做短路试验时 应以二次容量为基 准 以某变电所曲折接线接地变压器为例 其所用 变的二次额定电流为 72 1687A 高压绕组额定电流 为17 32A 若采用从低压加额定电流的方法进行试 验 则现场试验条件很难满足其要求 因此 必须从 一次高压绕组加额定电流 但此时的额定电流并非 17 32A 而应将所用变压器二次额定电流换算至一 次测 其电流为 2 82A 现场实测数据为 U 251 5 V 短路损耗 P 360 33kW 短路阻抗 Z 52 9 计 算阻抗为 2 4 其铭牌阻抗为2 41 实测数据 与厂家提供的名牌数据基本相同 2 5 零序阻抗的测定 10kVYnyn 配电变压器的零序阻抗都在 570 600 之间 某变电所接地变压器的零序阻抗为 6 6 显然 从上述可知 Z 型接线更适合做接地变压 器 其具体测试方法如下 以Znyn11 为例 二次开路 将 A B C 三相短 路 在中性点N 与短路的高压绕组间加一定电流读 取电压 然后依据公式计算零序阻抗 公式为 X0 3U0 I0 升电流时应取整数 以便于计算 对电流的大小 还是有要求的 电流太小计算误差会增大 电流太大 会超出接地变压器零序的负载 电流数值可见变压 器铭牌额定零序电流标定 一般取 10A 20A 之 间 例如 某变电所接地变压器实测值如下 I0 10A U0 28V X0 3U0 I0 6 5 铭牌 零序电抗 X0 6 6 实测值与变压器铭牌值基本 一致 3 结束语 随着我国城乡电网改造的不断深入 曲折接线 接地变压器将会被广泛的采用 作为近几年来出现 的新设备 掌握其结构原理及试验方法对电气技术 人员来说是十分重要的 作者认为 在原理上要知 道由于同一铁心柱上下绕组按 Z 方式接线 使得它 的零序阻抗比较小 在试验方法上要理解由于存在 移相绕组和磁通不一致性 使其在变比测量 短路损 耗 空载损耗上同普通配电变压器的不同 参考文献 1 范钧伟 谈曲折接线变压器在城区变电站的应用及本体 和配套消弧线圈的设计 J 电气开关 2000 3 18 21 2 张成玺 杨江海 一种测量曲折形联结绕组的变压器电 压比的方法 J 变压器 2000 5 30 32 编辑 王书平