电力变压器应用导则.doc

ICS 29.180K 41中华人民共和国国家标准GBT 134992002idt IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则Power transformersApplication guide2002-02-28发布 2003-03-01实施目 次前言IEC前言1 总则2 不同的三相绕组组合和磁路设计的特性3 自耦变压器的特性和应用4 零序特性中性点负载电流和接地故障条件、磁饱和及涌流5 中性点接地的三相三绕组变压器（独立绕组变压器和自耦变压器）中短路电流的计算6 三相系统中的变压器并联运行7 规定负载的电压降计算、三绕组变压器负载损耗8 额定参数和分接参数的规定9 标准变压器的变流使用10 电力变压器损耗测量导则附录A（提示的附录） 单相和两相接地故障的基本关系式前 言 本标准等同采用IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则，是对GBT 134991992电力变压器应用导则的修订。 本标准在技术内容和编写规则上与IEC 60076-8：1997等同，但对其印刷错误作了更正，详见标准中的采用说明注。 IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则是取代IEC 60606：1978电力变压器应用导则的技术修订版。GBT 134991992是等同采用IEC 60606：1978制定的。 本标准与GBT 134991992相比，增加了大量技术内容，主要有： 1）不同的变压器联结和磁路设计的基本特性，特别是关于零序现象； 2）具有YNynd和类似联结的变压器的系统故障电流； 3）变压器的并联运行，负载条件下电压降或电压升的计算方法，以及三绕组负载组合下的负载损耗计算方法； 4）定货时，如何根据预期的负载条件选择额定参数和分接参数； 5）按常规设计的变压器如何应用于变流负载； 6）有关损耗测量的测量技术和准确度。 本标准自实施之日起代替GBT 134991992。 本标准的附录A是提示的附录。 本标准由中国电器工业协会提出。 本标准由全国变压器标准化技术委员会归口。 本标准主要起草单位：沈阳变压器研究所、国家电力公司、武汉高压研究所、中国电力科学研究院。 本标准参加起草单位：辽宁电力科学研究院、沈阳变压器有限责任公司、华东电力试验研究院。 本标准主要起草人：韩庆恒、付锡年、李光范。 本标准参加起草人：王世阁、徐子宏、马仁明。 本标准1992年首次发布，2002年第一次修订。 本标准委托沈阳变压器研究所负责解释。IEC 前言 1）国际电工委员会（简写为IEC）是所有国家电工委员会（又称IEC国家委员会）组成的一个世界性的标准化组织。IEC的宗旨是推动电工和电子领域内的全部标准化问题的国际合作。为了此目的以及其他活动的需要，IEC出版了国际标准。IEC标准的制、修订任务是委托给各技术委员会负责。任何一个国家电工委员会，若对此表示特别关心，可以参加该标准的制、修订工作。与IEC有联系的国际组织，政府机构和非政府组织也可参加这些标准的制、修订工作。IEC与世界标准化组织（简写为ISO）已按它们之间的协议条件进行紧密的合作。 2）国际电工委员会（IEC）的各技术委员会是由对该技术问题表示特别关心的各国家委员会组成的。它所作出的决定或协议，最大限度的反映了国际上对此技术问题的一致意见。 3）这些决定和协议，以标准的形式供国际上使用，在这意义上已为各国家委员会所承认。 4）为了促进国际上的统一，IEC希望各国家委员会在其国内条件许可下，尽量采用IEC标准作为本国的国家标准，如果国家标准与相应的IEC标准有不同之处时，应在国家标准中尽可能明确地指出。 5）IEC 尚未制定任何有关认可标志的程序，因此，当某一台设备被宣布为符合某一IEC标准时，IEC对此不承担任何责任。 6）要注意本标准的一些内容有可能涉及专利权的问题，但IEC没有责任要将任何一个或所有这样的专利权给以验明。 本标准由IEC TC14技术委员会“电力变压器”负责制定。 本标准是第一版并取代1978年发布的IEC 60606。本版本（构成）是一个技术修订版。 本标准是以下述两个文件为基础编制的：最终表决文件表决报告14260FDIS14297RVD 本标准批准的详细情况见上表列出的表决报告。 总标题电力变压器下，IEC 60076包括下列部分： 第1部分：总则（1993） 第2部分：温升（1993） 第3部分：绝缘水平和绝缘试验（1980） 第5部分：承受短路的能力（1976） 第8部分：应用导则（1997） 附录A仅是提供信息的参考件。中华人民共和国国家标准GBT 134992002idt IEC 60076-8：1997代替GBT 134991992电力变压器应用导则Power transformersApplication guide中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2002-02-28批准 2002-03-01实施1 总则1.1 范围和目的 本标准适用于符合GB 1094系列标准和GB 6450等标准的电力变压器。 本标准的目的是为用户提供如下信息： 不同的变压器联结和磁路设计的基本运行特性，特别是关于零序现象； 具有YNynd和类似联结的变压器内的系统故障电流； 变压器的并联运行，负载条件下电压降或电压升的计算方法，以及三绕组负载组合下的负载损耗计算方法； 定货时，如何根据预期的负载条件选择额定参数和分接参数； 按常规设计的变压器，如何适用于变流负载； 有关损耗测量的测量技术和准确度。 本标准中有一部分内容具有通用性的性质并适用于各种容量的电力变压器。然而，有几章仅涉及大型高压变压器的规范和应用问题。 本标准所述的一些建议不具有强制性，因而，它不是规范要求。 关于电力变压器负载能力的信息，对于油浸式变压器，见GBT 15164；对于干式变压器，见GBT 17211。 有关电力变压器冲击试验的导则，见GBT 7449。1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 1094.11996 电力变压器 第1部分 总则（eqv IEC 60076-1：1993） GB 1094.31985 电力变压器 第3部分 绝缘水平和绝缘试验（neq IEC 60076-3：1980） GBT 2900.151997 电工术语 变压器、互感器、调压器和电抗器（neq IEC 60050（421）：1990、IEC 50（321）：1986） GBT 74491987 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作 冲击试验导则（eqv IEC 60722：1982） GBT 102291988 电抗器（eqv IEC 60289：1987） GBT 151641994 油浸式电力变压器负载导则（idt IEC 60354：1991） GBT 155441995 三相交流系统短路电流计算（eqv IEC 60909：1988） GBT 172111998 干式电力变压器负载导则（eqv IEC 60905：1987） GBT 18494.12001 变流变压器 第l部分 工业用变流变压器（idt IEC 61378-l：1997） GBT 190012000 质量管理体系 要求（idt ISO 9001：2000）2 不同的三相绕组组合和磁路设计的特性 本章对所涉及的内容作一概述性的说明。在第4章中给出了有关零序特性的补充信息。2.1 Y、D和Z联结绕组 变压器绕组的三相联结主要有下述两种形式：星形（Y）和三角形（D）。对于特殊用途，特别是对小容量变压器，也采用曲折形或称Z形联结。历史上，曾用过其他一些联结（例如，截顶三角形、外延三角形、T形和V形等）。但是，这些联结主要用于特殊用途的变压器，在通常的电力输电系统中，已不再采用。2.1.1 Y（形）联结绕组的优点 具有这种形式的绕组： 对高压绕组更经济实用； 可提供中性点； 允许中性点直接接地或通过阻抗接地； 允许降低中性点的绝缘水平（分级绝缘）； 允许在每相中性点端设置绕组分接和安装分接开关； 允许带具有中性点电流的单相负载（见2.2和4.8）。2.1.2 D（形）联结绕组的优点 具有这种形式的绕组： 对大电流、低电压绕组更经济实用； 与星形联结绕组相组合，可降低该绕组的零序阻抗。2.1.3 Z（形）联结绕组的优点 具有这种形式的绕组： 允许带具有固有零序阻抗低的中性点电流负载（它用于接地变压器，以建立系统的人为中性点端子）； 当相间负载不平衡时，可减少系统中电压的不平衡。2.2 绕组联结组的特性 对整台变压器的绕组联结组标号，按GB 1094.11996中第6章。 本条是对不同的绕组联结组合的中性点电流特性作一扼要的叙述。这些情况涉及电流和电压的零序分量。这个概念将在第4章和第5章中论及。 本条也适用于由单相变压器组成的三相变压器组。2.2.1 YNyn和YNauto 在安匝平衡条件下，零序电流可以在绕组之间传输，从而得到变压器的低零序短路阻抗，具备这种联结组的系统变压器，可附加提供具有三角形联结的稳定绕组（见4.7.2和4.8）。2.2.2 YNy和Yyn 具有中性点接地的绕组中的零序电流，不能使与其对应的且中性点不接地的另一个绕组具有平衡的安匝。由此构成铁心的励磁电流是受零序励磁阻抗控制。这个阻抗与磁路设计有关，可以比较高甚至很高（见2.3）。各相对中性点电压的对称性将受影响，此外，由于杂散磁通发热，允许的零序电流也将受到限制（见4.8）。2.2.3 YNd，Dyn，YNyd（带负载的第三绕组）或YNyd（不带负载的三角形联结的稳定绕组） 具有接地中性点的星形绕组中的零序电流将被三角形联结绕组中的环流补偿。其零序阻抗较小，大约等于绕组间的正序短路阻抗。 如果两个星形绕组的中性点均接地（包括具有公共中性点的自耦联结的情况），对零序电流而言，这是三绕组负载的情况。关于这部分，将在4.3.2和4.7.2及第5章中论及。2.2.4 Yzn或ZNy 曲折形联结绕组中的零序电流，将使每心柱上的绕组的两个半部分之间产生自动的安匝平衡，从而提供一个低零序短路阻抗。2.2.5 大型单相变压器的三相组采用三角形联结的第三绕组 用于联络高电压系统的变压器通常是用单相变压器联结成三相组。这种三相变压器组的成本、重量和损耗要比相应的三相变压器高（只要能制造出）。三相组的优点是：由于可将第四台作为备品，从而费用相当低。此外，相应的三相变压器还可能出现其重量超过运输极限的情况。 三台单相变压器具有独立的磁路，从而对零序电压分量提供高励磁阻抗。 三相变压器组可能需要一个具有三角形联结的稳定绕组，或者，也可能需要一个第三绕组以提供电压低的辅助电源。这一点，可以用外部母线将电站中的变压器逐台地相连接来达到。外部连接有可能增加三相变压器组的第三绕组接地故障或短路的危险。2.3 各种磁路的设计 对三相变压器，最普通的磁路设计是三柱心式（见图1）。三个相互平行、垂直放置的柱分别在顶部和底部通过水平的铁轭连接在一起。图1 三柱心式磁路 五柱心式磁路（见图2）有三个套有绕组的心柱和两个截面较小的不套绕组的旁轭柱。连接所有5个柱的铁轭，其截面也比套绕组的心柱小。图2 五柱心式磁路 常规的壳式三相磁路设计是一个框架形的结构，它具有公共中心线的：二个水平放置的套绕组的心柱（见图3）。绕组内的铁心柱实际上是矩形截面，并且，包围绕组的磁路邻接成一个外壳的形状。图3 三相常规型壳式磁路 一种新型的三相壳式磁路具有7个柱，其套绕组的心柱是用另一种方式排列（见图4）。图4 三相七柱壳式磁路 在此，在总和不等于0，即有零序电压分量的非对称三相电压条件下，对各种设计结构的主要特性差别进行讨论。 这种情况也可从其他任何一个绕组中安匝不平衡时的零序电流来叙述。对磁路而言，此电流就是励磁电流并且由励磁阻抗来控制，在该阻抗上将产生零序电压降。 常用的各种类型磁路的特点见2.3.1和2.3.2。2.3.1 三柱心式磁路 在三柱心式变压器中，各套绕组心柱中的正序和负序磁通分量会通过铁轭相互抵消，（在任何瞬间，它们的总和为0），但是剩下的零序磁通却必须在励磁绕组的外部找到一条从铁轭到铁轭的磁回路。这种外部铁轭漏磁将通过很高的磁阻，对于给定的磁通量（已知的零序电压）来说，需要相当大的磁势，从电路上看，这种现象可表示为一个相当低的零序（励磁）阻抗。这个阻抗，随零序分量的大小而呈非线性变化。 相反地，非补偿的零序电流便成为由零序励磁阻抗控制的励磁电流。其结果是增加了相中性点电压的非对称性，即有零序电压分量。 零序铁轭漏磁通将会在夹紧结构和油箱中感应出环流和涡流电流，从而在这些元件中产生额外的杂散损耗。此异常的杂散磁通也会使绕组中的涡流损耗增加。在运行中，需对长时间运行的中性点电流的幅值限制在许可值内。关于这方面的考虑，见4.8。2.3.2 五柱心式或壳式磁路 在五柱心式或壳式磁路变压器中，有供零序磁通通过的磁路中的不套绕组心柱部分的磁回路（即五柱铁心中的二旁柱，壳式铁心中的所有外侧部分以及七柱壳式铁心中的两个旁轭柱和两个不套绕组的心柱）。零序磁通经过低磁阻（相当于一个非常高的零序励磁阻抗），这与正常的正序电压的情况很相似。这仅适用于磁路内的未套绕组的心柱内磁通没有达到饱和时的情况。当饱和后，零序励磁阻抗便降低，由此便产生畸变的尖峰电流。 由单相变压器组成的三相组也有类似的情况，在任何外加的运行电压下，磁路都是分开且独立的。 由于上述的原因，这类三相变压器或三相变压器组通常是提供一个具有三角形联结的稳定绕组（见第4章）。3 自耦变压器的特性和应用3.1 根据定义，自耦变压器是指至少有两个绕组具有公共部分的变压器（见GB 1094.11996中3.1.2） 自耦变压器的“单线”图见图5。变压器的高压部分（图中用U1、I1标志）由串联绕组和公共绕组组成。低压部分（U2、I2）由公共绕组单独组成。其高、低压系统有电气连接。U1I1U2I2S图5 自耦变压器的“单线”图 采用说明： 1原文为“I1I2”有误，改为“I2I1”。3.2 降低因数或自耦因数， 在相同的通过容量下，自耦变压器同独立绕组变压器相比，具有体积小和损耗低的优点。当电压比愈接近于1时，节省也愈明显。两个绕组（串联和公共）具有相同的等值容量额定值，或者说它们具有平衡的安匝特性。图5所示的关系式直接阐明了自耦联结的降低因数如果S表示自耦绕组标注在铭牌上的额定容量，则从实际尺寸和重量来说，相当于额定容量为的独立绕组变压器。通常又可表示为固有额定容量或等值双绕组额定容量。 例： 一台500220 kV，360 MVA的自耦变压器是与一台额定容量（500220）500）360201.6 MVA的独立绕组变压器相当。 如果还带有一个额定容量为120MVA的非自耦连接的第三绕组（YNautod 360360120 MVA），那么，它的等值双绕组额定容量为：（201.6201.6120）2261.6 MVA3.3 短路阻抗和漏磁效应 变压器的短路阻抗可以用漏磁场中的无功功率来描述。它也与绕组的形状及其外形尺寸有关。 由于自耦变压器可降低外形尺寸，漏磁场中的无功功率自然要比具有相同额定容量的独立绕组变压器要小。因此，其阻抗百分数相应地要低些。自耦因数。也是阻抗百分数的一个基准标记。 然而，也应看出，如果自耦变压器的阻抗百分数规定的高一些（从限制二次侧系统中故障电流幅值来考虑）,那么，从设计角度而言，它将是一台尺寸小但漏磁场很高的变压器。这会带来较高的附加损耗（除结构部件中的杂散损耗外，还有绕组的涡流损耗）并且由于漏磁通将部分地通过磁路（即铁心），甚至还可能出现饱和效应。这种效应将使变压器在高于额定条件下的负载能力受到限制，且不能用标准试验表示出来。 在区分大型和中型电力变压器时，GBT 15164已考虑到上述这些现象。对于自耦变压器，应根据等值容量和相应的阻抗百分数来划分，而不应按铭牌上的额定数据。3.4 系统限制，绝缘配合 当一次和二次（三相）系统之间有直接的电气联系时，就意味着它们有共同的中性点，并且，自耦变压器的三相联结为星形。实际上，系统通常是有效接地，通常规定自耦变压器的中性点具有降低的绝缘水平。 如果变压器中性点直接接地，则所需的绝缘水平是非常低的（见GB 1094.31985中5.5.2）。 另外，亦可预计电站中有几台变压器时，其中性点并不都是直接接地。这样做是为了降低预期的接地故障电流。但是，不接地的中性点通常要接上一只避雷器以进行暂态冲击保护。避雷器的额定电压和中性点的绝缘水平应与系统接地故障时的不接地中性点上所出现的工频电压相配合。 在具有很长的架空线的特高压系统中，可以用特殊调谐电抗器接地来增加其单相重合闸成功概率。此时，通过调谐电抗器接地的变压器中性点需要具有相当高的绝缘水平。 自耦变压器串联绕组两端之间的绝缘有时存在着设计上的困难。当高压侧线端施加暂态过电压时，通常假定X端和低压侧线端均处于低电位。此时，高压侧所承受的全部冲击绝缘水平便只沿串联绕组分布。这表明串联绕组上所出现的匝间电压，与沿公共绕组分布的低压侧过电压相比，相应地要高。3.5 联络自耦变压器的电压调节 自耦变压器中的电压比改变可以用各种方法来进行。其中有些应遵循GB 1094.11996中5.l中的基本原则。另外一些，则不必遵循，这是因为两个绕组中的有效匝数是同时变化的。 分接匝数既可位于中性点端；也可位于公共绕组与串联绕组之间的连接点处（公共点）（见图6）。 在中性点处的调压，虽然将同时增加或同时减少高压绕组和低压绕组的匝数，但绕组之间的匝数比也在变化。对于规定的电压比变化范围需要很多调压匝数时的情况，本类型的调压是无法满足的。因此，在分接范围内的变压器每匝电压将会有显著的变化（变磁通）。当变压器变比愈接近1（低值）时，此现象愈明显。必须用一个适当加大的磁路尺寸来达到。这也将会导致每级电压不相等。 中性点调压最明显的优点是分接绕组和分接开关更接近中性点电压，因而，仅需较低的对地绝缘水平。图6 在公共中性点处的分接匝3.5.1 在中性点处的分接匝3.5.2 在X端处的分接匝 在自耦变压器内的自耦联结处（低压侧线端）配置的调压，要求分接绕组和分接开关设计成具有X端的绝缘水平。它们将直接受到雷电或操作冲击波的波前暂态电压的作用。图7示出一组不同的配置。 a）公共绕组中的匝数保持不变。如果高压系统电压变化较大，低压系统电压保持相对恒定，则这种选择是合理的。 b）本方式与a）相反，其低压侧的有效匝数是在变化，而相对于高压系统电压的匝数保持恒定。 c）高压侧的匝数恒定，但对于一定的再接入匝数而言，其匝数比的变化比b）还大。然而。从另一方面看,情况b）允许用图示的极性转换方式得到正或负的分接绕组使用。图7 低压线端处的分接匝4 零序特性中性点负载电流和接地故障条件、磁饱和及涌流 本章论述了在不对称三相运行条件下的三相变压器和单相变压器三相组的一些特性。 有些差别是与磁路的几何形状和绕组的三相联结组有关。 不对称情况包括暂态扰动和连续运行下引起的不对称，它会引起： 三相电压对称性暂时变差，从而，也使铁心励磁对称性受到暂时影响。 负载电流暂时或永久性不对称，特别是中性点电流对电压稳定性、漏磁和铁心励磁将产生影响。4.1 三相系统的对称分量 在4.1.1中简要地叙述了一种在电力系统分析中经常涉及的并被称之为对称分量的通用分析方法。关于这种方法和应用方面的更多信息请参阅电力系统分析方面的教科书。 在4.1.2中则进一步阐述了系统通过变压器中性点接地的实际状况。4.1.1 电压和电流的对称分量原理和术语 作为常规使用的方法，假定具有同步的正弦波电压和电流是用恒定的阻抗或导纳的线路元件联系的，其在三个相的数值是相等的。这种假定意味着所有电路方程式是线性的，并且变量可以用线性变换进行变化。对称分量就是这样一种变换。 在一般的非对称情况下，三个相电压或相电流的幅值不相等并且时间间隔也不相等（不是相隔120）。瞬时值之和可能不为0。相量图是一个非对称的星形。三个相量的矢量和不构成一个封闭的三角形（总和不为0）。 但是，原有的三个非对称变量总有可能用下述的三个分量组合来代替： 一个具有完全对称的正序分量，通常为一组三相电压或电流； 一个具有另一种对称形式的负序分量，此时，其相序相反； 在所有的三个相中存在着无相位移的相量值相同的零序分量。 前两个分量，各在每一瞬间的总和为0。第三个分量则表示原变量的非0和之剩余值，每相各占l3。 计算电压和电流的对称分量方法的优点是：原来用三个未知变数的三个联合方程组，对每个分量而言，可用三个独立的、只有一个未知数的单相方程式来代替。每个方程使用与各分量相对应的阻抗或导纳。 然后，将各独立对称分量方程式的解，按各相进行复原性叠加，便得到实际系统的相电压或相电流。 关于各相原始参数值变换到各对称分量以及其相反变换过程之算法，可从相应的教科书中查出。4.1.2 实际状况 电流和电压各分量的特性具有下列实际结论。 在一个没有接地回路或中性点导线的系统中，其三个线电流的总和为0。将其变换成对称分量后，只包括正序和负序分量，但无零序分量。 从系统流入到三角形联结绕组的电流亦具有这种特性。 如果有中性点电流流入地中或通过中性线（第四线），那么，相电流中就有一个零序分量。在相与中性点之间施加单相负载的四线配电系统，便是这样一种正常的情况。高压输电线通常没有中性点负载电流通过。即使在一定程度上出现不对称的负载时，也只是使两相之间的负载特性产生一个负序分量，而无零序分量。 零序分量以每相之值来定义，且所有三个相均具有相同的幅值。因此，零序分量电流正好为中性点电流的13。 三角形绕组上的一组线间电压，由于是闭合的角形联结，故其和为0。因此，不含有任何零序电压分量。但在角接绕组的内部，可能存在着零序电流，它是从其他绕组感应出来的，而在该角接绕组内部形成短路的环流。4.2 对称分量的阻抗特性 系统中不同元件的阻抗（或导纳）特性对三种分量而言可能也是不同的。在实际应用中，像变压器和电抗器一类元件的正序和负序阻抗分量具有相同的参数值。对于变压器，其值便是例行试验时的测试值。 然而，变压器的零序特性就不同了。根据磁路的类型、不同绕组的联结和位置以及漏磁通通过的路径等，具有相同的正序电抗值的不同的变压器，其零序阻抗特性有可能是不同的。 在某些情况下，零序阻抗可能是非线性的。关于这一点将在下列各条涉及变压器的物理现象时来叙述。同时，也提出了一些近似计算值，以作为一般的指导，如果对某台特定变压器要求有准确的数据，可按要求进行零序特性测量的特殊试验（见GB 1094.11996中10.7）。4.3 变压器零序现象的“单线”等效图 对称分量法的原理已在4.1、4.1.1、4.1.2和4.2中叙述了。一般认为不对称、线性、正弦现象是以单相的联立方程式来处理，每个分量均各有一个方程式。对于正序和负序，变压器是用正常的空载和短路阻抗来表示，但对于零序，则与变压器设计有关，其等效图有时可能不同。关于零序特性的量值信息可见本条。 三相双绕组变压器的零序等效图由一个串联阻抗和一个并联支路构成。在图8中，两个串联阻抗元件ZA和ZB之和等于正常正序电流的短路阻抗。ZA和ZB值之间的划分是任意的，并且，其中一个阻抗还可以为0。图8 双绕组变压器的零序阻抗图 采用说明： 1原文为“Zc”有误，改为“Zm”。 Zm为励磁阻抗，其数量级与磁路的设计有关。五柱心式或壳式结构的三相磁路，对零序电压（见4.4）来说，具有很高的励磁阻抗。 另一方面，三柱铁心结构对零序电压具有中等的励磁阻抗值。这种阻抗是随着电流或电压的大小呈非线性变化，并且不同的设计，其值也不同。由于铁轭漏磁通（见4.4）将在整个油箱体中感应出涡流电流，因此，用薄钢板做成的波纹油箱的变压器与由厚钢板做成平滑表面油箱的变压器之间存在着差别。当中性点电流等于绕组的额定电流时，对于用厚钢板做成油箱的变压器，其零序阻抗标幺值一般在0.251.0之间。此阻抗随电流变化的一般情况见图9。图9 三柱心式无角接绕组变压器的零序励磁阻抗随电流的变化图 对于新变压器，制造厂将按要求进行零序阻抗的测量（见GB 1094.11996中10.1.3和10.7）。 就所述的特定的变压器绕组联结情况而得出的一些结论见4.3.1和4.3.2。4.3.1 没有辅助三角形连接绕组的YNyn变压器 当两个绕组中性点均与有效接地系统相连接时，只要变压器呈低阻抗，零序电流可能在系统之间传输。此时，系统阻抗则不大于变压器串联阻抗值。对于三柱铁心，中等值的励磁阻抗是不能忽略的。它使变压器的有效通过阻抗大约降低到正序短路阻抗的9095。对于五柱铁心或壳式变压器，就不存在这种降低情况。 如果对侧的绕组系统不接受零序电流，任一绕组的输入阻抗就是励磁阻抗，它与上述的磁路设计有关。 如果对侧的绕组系统的中性点是通过一个阻抗元件Zn接地，在其零序线路图中要补入一个其值等于3Zn的串联阻抗（见图10）。图10 带有中性点接地阻抗的YNyn变压器零序阻抗图4.3.2 YNynd或YNynd变压器 这是一个三绕组的组合，具有一个由串联阻抗元件和零序励磁阻抗构成的星形连接。在图11中，ZAZC是绕组A和角接第三绕组C之间的短路阻抗，零序电流在其内流过（见4.5）。此阻抗是零序电流从系统I进入绕组A的输入阻抗。 同理，ZBZC是零序电流从系统进入绕组B的阻抗。 图11也表示出励磁阻抗Zm，在这种绕组组合的计算中，它通常是忽略不计。通常认为这种等效图中的零序阻抗与用正序电流测量时所得到的值是有些不同的。一般此差别在1015以内，它与各绕组之间的排列布置有关。图11 YNynd变压器零序阻抗图4.4 非对称条件下的励磁阻抗零序电压和磁路的几何形状 由于多种原因，使得在正常运行条件下的输电系统中的三相电压的对称性可以保持良好的状态，因此，一般不必担心变压器的运行问题。 当电网出现非对称接地故障时，相对地的电压中便含有一个零序分量。非对称的程度与系统接地方式有关。系统接地状态是用接地故障因数来表征的，它简要地表示为故障时的非故障相上的相对地交流电压与故障前的对称的相对地电压之比。此故障因数对绝缘配合来说是很重要的。 如果变压器的三个心柱均受到一组含有零序分量的感应电压（即电压的总和不为0）作用，那么，其反应与磁路结构和绕组的联结方式有关。 在一个三柱心式变压器中（见图12），由三个心柱出来的不相等量磁通不会在铁轭中抵消。剩余的零序磁通将通过铁心外部路径闭合。对于零序电压而言，它便表现为高磁阻和低励磁阻抗的特性。关于其数值方面的信息见4.3。在变压器合闸瞬间，亦可能出现相当多的磁通离开铁心而通过其外部空间闭合的现象。图12 三柱和五柱式铁心的零序磁化状态 在五柱式变压器中（见图12），无绕组的旁轭柱是一个低磁阻路径，故零序磁通可从该处通过。与此相应的励磁阻抗，像正常正序磁通产生的励磁阻抗那样，是比较高的。对于三相壳式变压器和由三台单相变压器组成的三相变压器组，情况均与上述相同。 然而，施加的零序电压和电流也受绕组三相联结方式的影响，见以下各条。4.5 零序和角接绕组 由于角接是一个闭合的三角形连接，故角接绕组上的三个相对相电压之和自然等于0。此外，角接绕组对零序电压而言，可看成是短路的。 零序电流不能在角接绕组的三个端子与外部系统之间进行转换。但是，可以由其他（YN联接）绕组（见图13）感应出短路环流。从其他绕组看去，变压器的零序阻抗具有此绕组与该角接绕组之间的短路阻抗特征。有关其值的信息见4.3。图13 在角接绕组中感应出的零序短路电流4.6 零序和曲折联结绕组 在曲折联结绕组中（见图14），变压器的每个心柱上套有两个分别属于两个不同相的部分绕组，且其方向彼此相反。每个心柱上的零序电流分量安匝数相互抵消，不产生励磁效应。该电流仅通过一个与每柱两个部分绕组之间漏磁通相联系的低短路阻抗（见4.7.3）。图14 曲折联结绕组对零序电流的固有平衡情况4.7 不同变压器联结组的零序阻抗特性 上述各条已叙述了变压器中特定磁路和各特定绕组的零序特性。本条将概述具有正常的绕组联结组变压器的零序特性。 表1给出了当一个绕组接到系统进行励磁时，各种双绕组和三绕组的联结组下的零序阻抗近似值。本表中所列值适用于同心式绕组结构，其中，编号（1）、（2）、（3）顺序是以（1）为最外侧的绕组。第一栏中的绕组标号是按与上述相同的顺序列出。至于哪个是高压绕组，则并不重要。 下列各条将作进一步的叙述。 表l中，标号YN表示绕组的中性点直接接地或通过一个低阻抗接地。标号Y则表示中性点不接地。 当给出百分数时，通常是以阻抗U2S为基准。 有些联结组用星号（*）标出。此时，励磁绕组中的零序电流不被任一其他绕组中的电流所平衡。零序阻抗便是比较高或很高的励磁阻抗，这与磁路特点有关。 在所有其他场合下，由于绕组之间的电流平衡，故零序阻抗等于或至少接近于相关绕组之间的正常短路阻抗。 本表仅表示变压器结构对零序阻抗的影响。对所连接的系统阻抗均已忽略不计。 这就是说，在零序阻抗图表中，一个YN接输出绕组被看成是所有三个相均短路接地。表1 零序阻抗的典型值绕组标注符号（1） （2） （3）阻 抗条款号励磁绕组，3柱铁心（1） （2） （3）励磁绕组，5柱铁心（或壳式）（1） （2） （3）YN Y *501044.3，4.4Y YN *601044.3，4.4YN YNalzl2a2z12z12z124.7.1YN Dalzl2Z124.7.2D YNa2z124.7.2YN Y Y*501044.3，4.4Y YN Y*601044.3，4.4Y Y YN*701044.3，4.4YN YN Ya1zl2（a2z12z12z124.7.1YN Y YNa3z13z13z134.7.1Y YN YNa3z23z23z234.7.1YN YN Da1（z1z2z3）a2（z2z1z3）zlz1z3z2z1z34.7.2YN D Da1（z1z2z3）z1十z2z34.7.2YN Y Dz134.7.2D YN YNa2（z2zlz3）a3（z3zlz2）z2z1z3z3z1z24.7.2D YN Ya2z12z124.7.2D Y YNa3z13z134.7.2D YN Da2（z2z lz3）z2十z1z34.7.2 注 l z12、z13和z23是短路正序阻抗。 2 z2和z3有相似的表达式。 3 z1z2和z2z3有相似的表达式。 4 a1、a2和a3是倍数，通常其范围为：0.8a1a2a31。 5 零序阻抗的特殊性见4.7.1、4.7.2和4.7.3条。 6 带有号的联结组，其零序阻抗值是比较高或非常高的励磁阻抗，它与磁路结构有关。4.7.1 无角接绕组的YNyn或YNauto 只要变压器的中性点接地，它便接受和传递两个系统之间的零序电流。对此电流，它表现为正常的短路阻抗。 如果一台自耦变压器的中性点不接地，仍有可能传输零序电流，但它表现的阻抗值与短路阻抗不同。 如果从一个系统来的零序电流可能不传递到对方系统时，那么，对此电流来说，变压器便是一个励磁阻抗。对于五柱心式和壳式变压器以及由三台单相变压器组成的三相变压器组，此励磁阻抗值是非常高的。4.7.2 YNd或Dyn或YNynd或YNynd（稳定绕组） 对于从一个有效接地系统进入一个yn联结绕组的零序电流而言，变压器便表现为一个低阻抗（属短路阻抗的性质）。角接绕组内的环流提供了补偿安匝（见图15）。图15 稳定绕组的作用 这就是在Yy联结变压器（或由三台单相变压器组成的三相组）中要用辅助的角接稳定绕组降低连接系统的零序阻抗的原因，由此，也降低了接地故障因数（见4.4）。此时，将导致接地故障电流增大。 在任一连接系统中出现接地故障时，重要的是要确保角接第三绕组或稳定绕组的承受短路能力足以满足最大的感应零序电流。或者，也可在角接绕组内部接入限流电抗器，以使故障电流降低到容许值。4.7.3 Yzn或ZNy 对于从与Z接绕组相连接的系统来的零序电流而言，变压器便表现为低阻抗（即短路阻抗特性）。对于零序电流来说，Z接绕组本来存在着安匝的平衡。 这就是当主变压器的绕组是角接绕组时，要用一台ZN联结组变压器提供一个中性点，以使中性点接地阻抗与系统相连接的原因。因此，Z接变压器便称为接地变压器或中性点耦合器，见GBT 102291988中第6章。接地变压器用YNd联结组的绕组也可获得同样的功能。 如果Y侧具有中性点接地（YNzn），大致与前述的YNyn一样，变压器对来自这一侧的零序电流便表现为一个励磁阻抗。对零序电流具有固有平衡的Z接绕组，不能为对方Y接绕组中的零序电流提供补偿的安匝。4.8 连续零序负载（中性点电流） 三相变压器的单相负载既可位于相间也可位于相与中性点之间。 在第一种情况下，一次和二次侧上的电流中含有正序和负序分量，但没有零序。变压器一次侧的相电流分布与三相联结组有关。不可能采用特殊的变压器联接使单相负载转换到一次侧的对称三相负载。允许的负载与各绕组的额定电流有关。 如果负载位于变压器的相与中性点之间，除了绕组的额定电流所引起的限制外，还可能受到其他的限制。根据GB 1094.l1996中8.1的要求，中性点端子的尺寸设计应按预期的接地故障电流和通过中性点的连续负载电流（如果规定了，这是配电变压器的一个正常运行条件）大小来进行。在GB 1094.11996附录A中，要求询价时应包括的信息为： 与变压器绕组相连接系统的预期运行方式，特别是规定了带有稳定绕组时； 任何预期的不平衡负载。 根据以上各条所述及绕组联结组、磁路设计和系统接地方式，二次绕组的中性点一般可以承受下述的连续负载： Dyn变压器的中性点，可承受绕组额定电流； 两个中性点均接地的YNyn变压器的中性点，只要系统接地允许（就电压不对称而言），可允许承受额定电流： Z接绕组中性点，可承受额定电流； Yynd变压器（即带有稳定绕组的变压器）的二次绕组中性点端子可带有直到额定电流值的负载，只要其角接绕组的额定容量至少等于二次绕组额定容量的13。（第二绕组每相的环流是与二次绕组中的零序电流相平衡，按定义，它是中性点电流的13）。 在带有能承受负载的第三绕组的Yynd变压器中，此第三绕组将具有与稳定绕组（见上面所述）相同的功能。角接绕组中的任何环流电流将会与绕组外部负载电流相结合（如果在变压器角接绕组内部装有电流互感器，此合成电流可以测出）； 没有任何辅助角接绕组的Yyn变压器不能提供良好的相电压对称（此时，一次侧中性点不接地）； Yyn接的三柱心式配电变压器，通常不宜在相与中性点之间带有负载。如果中性点承受的电流约大于绕组额定电流的10，电压非对称性将大到不能容许。所以，对于向四线配电系统供电的配电变压器，最好采用Dyn或Yzn联结； 具有这种联接的中等容量及中等电压的变压器，除承受100对称负载外，还可向消弧线圈供给2h的25额定电流负载而无发热的危险。但是，这种要求尚需特别的确认。4.9 在异常高的工频电压下的磁路磁阻、励磁阻抗和稳态饱和 电力变压器的等值“单线图”含有一个表示磁路的励磁电流的分路元件。正常运行时，此电流非常小，从而可以忽略不计。例如，在计算电压降时，这种等值线路图是正确的（见第7章）。换句话说，励磁电感非常高。就励磁特性而言，励磁磁通所遇到的磁阻很低，即主磁通的路