三相變壓器的單相負(fù)載運(yùn)行分析

摘要：以 Yyn連接三相配電變壓器低壓側(cè)a相接單相負(fù)載，b、c相開(kāi)路為例，利用對(duì)稱(chēng)分量法，作出各序等效電路，列出邊界條件，計(jì)算負(fù)載電流，求一、二次側(cè)電壓、電流，根據(jù)結(jié)果分析單相負(fù)載是變壓器運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘭?fù)載;等效電路;對(duì)稱(chēng)分量法

0、引言

在供配電系統(tǒng)中，三相配電變壓器應(yīng)用很多，二次側(cè)三相負(fù)載經(jīng)常出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)情況，有些特殊情況，變壓器二次側(cè)會(huì)出現(xiàn)單相負(fù)載運(yùn)行情況，分析其單相負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電壓、電流情況，可以分析對(duì)變壓器運(yùn)行造成的影響及供電質(zhì)量。

本文以Yyn連接的三相變壓壓器單相負(fù)載運(yùn)行分析為例，作出變壓器各序等效電路，利用對(duì)稱(chēng)分量法計(jì)算出等效電路負(fù)載電流以及單相負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，以及其它連接組別和其它方式的不對(duì)稱(chēng)負(fù)載運(yùn)行情況。

1、Yyn連接的單相負(fù)載運(yùn)行

三相配電變壓器一次側(cè)接三相對(duì)稱(chēng)（正序）電壓，當(dāng)原邊空載時(shí)，一次側(cè)各相電壓為UA+、UB+、UC+。

進(jìn)行計(jì)算前，忽略正、負(fù)序激磁電流的影響，變壓器各項(xiàng)參數(shù)歸算到原邊。

圖1-1 Yyn連接帶單相負(fù)載運(yùn)行接線圖

2、等效電路

依據(jù)等效電路可計(jì)算負(fù)載電流及一二次側(cè)各相電壓、電流。

（1）、作出等效電路圖

圖2-1 各序等效電路? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2-2 串聯(lián)等效電路

圖2-1（a）是正序分量的簡(jiǎn)化等效電路，圖1-2（b）是負(fù)序分量的簡(jiǎn)化等效電路，由于一次側(cè)連接的電源是理想對(duì)稱(chēng)的，故沒(méi)有負(fù)序電壓，而負(fù)序電流可以流通，所以UA+=0，圖2-1（c）為零序等效電路，一次側(cè)為Y接，零序電流在一次側(cè)不能流通，圖中Ua+、Ua-、Ua0是負(fù)載ZL上的電壓Ua分接出來(lái)的對(duì)稱(chēng)分量。

（2）、列出邊界條件，計(jì)算各序等效電路中電流的各序分量。

邊界條件如下：

（2-1）

利用對(duì)稱(chēng)分量法求出二次側(cè)電流的各序分量為：

（2-2）

依據(jù)式（1-2）可知二次側(cè)正序、負(fù)序和零序電流是相等的。

又可計(jì)算：? ? ? ? ? ? ?（2-3）

可根據(jù)式（2-2）、（2-3）和等效電路可畫(huà)出Yyn連接單相負(fù)載時(shí)的等效電路。

由于，而且，因此可以把各序等效電路串聯(lián)起來(lái)，如圖2-2。這樣就可以依據(jù)串聯(lián)等效電路計(jì)算負(fù)載電流。

3、根據(jù)等效電路求解負(fù)載電流

依據(jù)串聯(lián)等效電路可得出

（3-1）

而依據(jù)式（2-2）可知，所以可求得

（3-2）

一般情況下，實(shí)際計(jì)算時(shí)忽略變壓器的自身阻抗阻抗，可得。

4、求解一、二次側(cè)電流電壓

根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系和串聯(lián)等效電路計(jì)算一次側(cè)電流，由于一次側(cè)為Y接，零序電流不能流通，所以。

（4-1）

根據(jù)式（3-2）、（4-1）和變壓器的實(shí)際參數(shù)即可求出一次側(cè)三相電流。

根據(jù)等效電路求解一、二次側(cè)電壓，一次側(cè)電壓為

結(jié)合式（3-2）可以得出：? ? ? ? ? ? （4-2）

同樣可以求出UB、UC。二次側(cè)電壓可以根據(jù)各序等效電路求出

若忽略漏阻抗壓降，則可得：

所以可求出，同理可求出，。

依據(jù)上述計(jì)算，可以做出單相負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖。

依據(jù)式（3-1），作出負(fù)載電流I，假設(shè)ZL為感性負(fù)載，則I落后于一角度，作出，作出零序電流產(chǎn)生的零序磁通φ0，考慮變壓器鐵心損耗，φ0落后于一鐵耗角。接著可作出零序電動(dòng)勢(shì)，均落后于φ0以90°，根據(jù)前邊計(jì)算，，，作出一次側(cè)電壓，，。

圖4-1 Yyn連接帶單相負(fù)載相量圖

作出相量圖如圖4-1所示，這種連接由于一次側(cè)沒(méi)有零序電流，因此二次側(cè)的零序電流全部成為激磁性質(zhì)的電流，從而在鐵心產(chǎn)生零序磁通φ0，感應(yīng)出零序電動(dòng)勢(shì)，會(huì)疊加到正序電動(dòng)勢(shì)（上，會(huì)使負(fù)載相的端電壓下降。在三相配電變壓器中，會(huì)感應(yīng)出，故負(fù)載相端電壓會(huì)下降，另外兩相的電壓會(huì)升高，以保持線電壓不變，于是會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象。零序磁通沿油和油箱外壁閉合，磁阻較大，當(dāng)單相負(fù)荷不太嚴(yán)重時(shí)，零序磁通和零序電動(dòng)勢(shì)較小，中性點(diǎn)位移不太嚴(yán)重，可以運(yùn)行。

5、結(jié)論

從前面的分析計(jì)算可知，三相變壓器Yyn連接不能接不對(duì)稱(chēng)負(fù)載的原因是由于一邊有零序電流，而另一邊沒(méi)有，形成零序激磁電流，產(chǎn)生零序磁通。同時(shí)由于零序激磁阻抗存在，產(chǎn)生零序電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象，會(huì)影響二次側(cè)負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行和供電質(zhì)量。

另外根據(jù)上述結(jié)論，在其它連接組別中都不會(huì)發(fā)生上述明顯的中性點(diǎn)偏移現(xiàn)場(chǎng)。例如Dyn連接，當(dāng)二次側(cè)有零序電流時(shí)，在一次側(cè)D連接繞組內(nèi)部也會(huì)感應(yīng)出零序電流來(lái)抵消二次側(cè)的的零序磁動(dòng)勢(shì)，因此零序磁通不會(huì)很明顯，零序電動(dòng)勢(shì)也不會(huì)很大。在二次側(cè)沒(méi)有中性點(diǎn)引出線的繞組連接中，根本不存在零序電流，因此不會(huì)產(chǎn)生零序電動(dòng)勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：孫蕾（1987-），男，漢族，河北保定人，本科，中鐵電氣工業(yè)有限公司設(shè)計(jì)工程師，從事變壓器設(shè)計(jì)工作。