电力变压器稳定绕组对低压绕组中点电位漂移的影响.doc

精品文档电力变压器稳定绕组对低压绕组中性点电位漂移的影响 詹小彬，苏钟焕，谭黎军，王贵娟，张成飞 (特变电工衡阳变压器有限公司)摘要：介绍了稳定绕组对低压绕组中性点电位漂移的电磁耦合作用，推导中性点及线端对地电位的解析公式，并提出此类问题的解决方案。关键词：稳定绕组；电磁耦合；电位漂移Influence of Stable Winding to Potential Driftage of Neutral Point of LV Winding in Power TransformerZhan Xiao-Bin，Su Zhong-Huan，Tan Li-Jun，Wang Gui-Juan，Zhang Cheng-Fei (TBEA Hengyang Transformer Co.Ltd., Hengyang 421007 China)Abstract: The electromagnetic coupling effect on stable winding to potential driftage of neutral point of LV winding , then deduce analytical formulation of neutral point and line terminal potential to ground , and provide solution of these problem.Key Words：Stable winding，Electromagnetic coupling，Potential driftage1 前言 大多数Y,y联结组接变压器，为了让变压器能够获得与施加电压波形相对应的正弦磁通，一般增加三角形接法的稳定绕组用于提供三次谐波电流通路，使变压器处于自由励磁状态。稳定绕组通常在变压器内部形成三角形接法后由单套管引出或由双套管引出在外部形成三角形接法，变压器正常运行时，引出套管均会可靠接地。 在许多用作联络变压器的220千伏自耦变压器中，其接法通常为YNa0 yn0+d1，有些500kV换流站站用变接法也常用YNyn0+d，这些变压器都带有附加的稳定绕组，变压器运行时，由于低压绕组中性点不接地，而稳定绕组三角形中只有一点接地，典型连接示意如图1所示。则此时绕组间的电容耦合作用将使得低压侧中性点电位产生漂移，从而导致低压侧三相对地电压发生不同程度的偏移。 图1 绕组联接示意图 Fig.1 Connection diagram of winding 对此类问题的计算分析，常见的方法有基于变压器结构图和电压矢量图来推导y接绕组中性点电位如图2所示，但此方法提出稳定绕组的虚拟中性点电位1，无实际对应物理量，分析具有一定难度；也有采用形等值绕组建立稳定绕组与Y绕组的等值电路如图3所示，通过求解电路获得稳定绕组中性点电位的解析表达式，但此方法求解过程中网孔回路较多，过程比较繁琐。本文主要针对这一问题的本质，从电场、磁场耦合的基本原理对这一现象进行阐述求解，得出相关的解析表达式，方便读者理解与计算。 图2 三相电压矢量图 Fig.2 Vectorgram of three-phase voltage 图3 三相等值电路 Fig.3 Equivalent circuit between three-phase2 分析求解过程 工频下变压器内部电磁场符合似稳场特性, 电磁耦合作用使得低压绕组(三相导体间)上的自由电子将在导体表面上重新分布以达到库仑场与涡旋场的平衡，由于电荷不能通过电介质以致于低压绕组在开路运行时，这一悬浮体上的净电荷始终保持为零。根据这一原理，我们可以解析高压绕组、稳定绕组通过电磁耦合作用在低压绕组上所产生的电荷代数和来求解低压绕组中性点对地电位。 YNyn0+d1接法变压器的典型性绕组连接如图4所示，绕组局部排列图如图5所示，稳定绕组线端引出接地。 图4 绕组连接示意图 图5 绕组排列图 Fig.4 Connection diagram of winding Fig.5 Arrangement of winding 设高压绕组、低压绕组、稳定绕组上的额定相电压分别为、,高低绕组间电容、低稳绕组间电容分别为、，低压绕组中性点对地电位为；空载运行时，由于交变主磁通的存在，任一时刻线圈对地电位沿电抗高度方向呈线性分布。假设绕组电抗高度均为1，则t时刻距绕组下端部的位置A相高压、低压、稳定绕组电位分别为,；t时刻在距绕组下端部的位置B相高压、低压、稳定绕组电位分别为,t时刻在距绕组下端部的位置C相高压、低压、稳定绕组电位分别为,低压绕组t时刻通过电容耦合过来的电荷总量为： (1)根据电荷守恒 得： (2)t时刻低压绕组线端A、B、C对地电位分别为： (3) (4) (5) 从式3-5可以看出低压绕组中性点对地电位、线端对地电位均为随时间t作周期性变化的正弦量，为了方便记忆，我们将低压绕组中性点对地、线端对地电位写成相量形式如式6-9： (6) (7) (8) (9) 同理可以推导出YNyn0+d1接法变压器，稳定绕组线端、分别引出接地时中性点电位如式10、式11所示：接地时中性点电位: (10)接地时中性点电位: (11) YNyn0+d11接法变压器绕组如图1所示，稳定绕组线端、分别引出接地时中性点电位如式12-14所示： 接地时中性点电位: (12)接地时中性点电位: (13)接地时中性点电位: (14) 以上解析求解过程仅考虑变压器内部自身部分电容的耦合作用，但在现场运行时低压绕组与电压互感器、母线等相连接，接线原理图如图6所示。有时CVT等效电容、低压母线对地分布电容不但不能忽略而且有时还比绕组间电容要大，为了提高计算精度，在计算中应予以考虑。 图6 运行接线原理图 Fig.6 The wiring diagram of operation 设CVT等效电容为、低压母线等效电容，若变压器绕组联接如图1所示，则式1应改为：写成相量形式： (15)同理，式10-14可根据式15进行更改。3 实例计算 例11 某台OSFS10-120000/220 自耦无载调压变压器，其接法为YN a0 yn0+d11，额定电压为：(22022.5%)/115/37.5/11kV；绕组联接图见图1，线圈排列稳-低-中-高，见图5；绕组间电容、。求：该变压器处于高压-中压自耦运行状态，低压侧开路时的中性点及低压各相对地电位。 解: 表1 低压侧中性点及线端电压计算值与实测值对比表 Table 1 The comparision between calculated and tested voltage of the neutral point and line terminal of LV winding 幅值/相位中性点A相B相C相幅值实测值/kV1.920.0826.6823.47计算值/kV3.8618.4125.0721.99计算误差/%103.2%-8.32%-6.03%-6.31%相角实测值/度-计算值/度-150-6.02-124.47130.11计算误差/%- 例2 某台站用变SFP-240000/500无载调压变压器，其接法为YN0 yn0+d1，额定电压为：(50022.5%)/35/35kV；绕组联接图见图4，线圈排列稳-低-高，见图5。高低间绕组电容实测值：、,现场运行接线原理图如图6所示，CVT等值电容20nF。求：该变压器高压励磁，低压侧空载开路时的中性点及低压各相对地位； 解: 表2 低压侧中性点及线端电压计算值与实测值对比表 Table 2 The comparision between calculated and tested voltage of the neutral point and line terminal of LV winding 幅值/相位中性点A相B相C相幅值实测值/kV5.2416.520.924.3计算值/kV5.4415.7320.9325.07计算误差/%3.82%3.6%0.5%-2.2%相角实测值/度143.04 9.96-131.04126.96计算值/度1509.96-135.07126.23计算误差/%4.87%-3.08%-0.57%4 结论 本文针对D接稳定绕组一点接地时对Y接低压绕组中性点电位产生影响这一现象，从原理上进行分析，推导出解析公式便于计算，同时结合现场运行实测值证明解析公式的正确性。例1采用文献1中给出的例子，中性点电位计算精度不高，主要原因是由于该试验采用电容式电压互感器进行测量，但在分析时忽略了互感器电容对试验误差的影响。例2改进了试验测量的方法，中性点电位由求得，同时考虑了母线对地电容和CVT对地电容的影响，从而提高了计算精度。根据以上分析，得出相关结论及此类变压器设计的相关建议如下： (1) 稳定绕组一点接地运行,低压绕组与稳定绕组间及低压绕组与高压绕组间的电容耦合作用是低压绕组中性点电位产生漂移的根本原因； (2)有些变压器协议中对稳定绕组的绝缘水平要求较高，达到 35kV水平如例2所示产品，为了满足协议且考虑对y接绕组中性点电位漂移的影响，建议稳定绕组的绝缘水平按照35kV设计但额定相电压取10kV及以下水平，稳定绕组的容量最多取主绕组容量的三分之一； (3)变压器运行时，低压绕组所带负载为YN接的感性负载或阻性负载时则三相电压将回归对称，而Y接或D接负载则不能，YN接容性负载随着负载的增加可以减轻中性点漂移程度，但不能消除中性点漂移现象； (4)为了消除低压绕组中性点飘移这一现象，充分论证绝缘可靠性后或采取相关措施后可将稳定绕组接地点解开，例如在稳定绕组解开接地后加装相应绝缘水平的避雷器等