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            變壓器高次諧波及其對單相接地電流的影響

            作者: 來(lái)源: 日期:2016/5/23 16:03:24 人氣:10124
              變壓器主要是通過(guò)磁路系統進(jìn)行電能傳遞,但由于磁路系統存在鐵磁飽和現象,當配電系統中存在諧波以及系統發(fā)生單相接地短路時(shí),不同連接組別的變壓器對配電系統的影響是不同的。
              下面就配電系統中三相變壓器的全Y型和Y-A型接線(xiàn)方式所產(chǎn)生的諧波對供電系統的影響進(jìn)行分析。
              1不同接線(xiàn)的變壓器對諧波的影響1.1Y/Yn型聯(lián)接的三相變壓器當三相配電系統中含有高次諧波電流時(shí)(以3次諧波為主),因3次諧波在各相中的電流大小相等、方向相同,且同時(shí)流入或流出中性點(diǎn);又因變壓器一次側為Y型接線(xiàn),無(wú)引出中性點(diǎn),3次諧波電流無(wú)法流通,因此在勵磁電流中也就不含有3次諧波,基本上可以認為是正弦波。由于變壓器磁路系統的非線(xiàn)性,當勵磁電流的曲線(xiàn)為正弦波時(shí),相應的磁通曲線(xiàn)則為一平頂波,如。
              根據富氏級數,此波形的磁通可分解為1次、3次、5次等局次諧波,其中1次和3次諧波影響最大,其它的高次諧波的影響可忽略不計。
              當三相變壓器為三相變壓器組或三相五柱式時(shí),各相磁路系統彼此獨立,1次和3次磁通可沿各自的磁路形成閉合流通回路,此時(shí)1次和3次磁通會(huì )分別在各自的原、副繞組中產(chǎn)生相應的感應電勢和,并分別滯后磁通90*,其波形如。
              由可知,£,和63的波峰剛好相互疊加,其合成電勢e的幅值將高出其基波幅值的40%~60%,這種相電勢的升篼是很危險的。
              而三相三柱式變壓器,每相的磁路系統并不獨立,3次諧波磁通由于其大小、相位相同,只能在3個(gè)鐵芯中同時(shí)向上或向下流動(dòng),并且不能在鐵芯中形成閉合回路,只能通過(guò)非磁性介質(zhì)(如空氣、油以及變壓器箱體等)構成閉合回路,由于此閉合回路的磁阻很大,使得3次諧波磁通大大減弱,主磁通基本接近正弦波,感應電勢也接近正弦波。
              由于3次諧波磁通的存在,在Y/Y*型閉合回路的構件中將產(chǎn)生渦流損耗,引起局部發(fā)熱,降低效率。
              1.2A/Y或Y/A型變壓器當變壓器A/Y聯(lián)結時(shí),其電流基波、3次諧波、吡工技術(shù)|技術(shù)交流合成波曲線(xiàn)以及磁通曲線(xiàn)、磁化曲線(xiàn)如。因其高壓側為A型接線(xiàn),3次諧波電流可以在A(yíng)內沿同一方向形成環(huán)流。由可知,當磁化電流含有3次諧波時(shí),其合成電流亦為一尖頂波,但合成磁通卻為正弦波,即保證了感應電勢也為正弦波。
              而Y/A聯(lián)結的變壓器,由于其高壓側不含有3次諧波電流,合成磁通CP的波形為平頂波,磁通中的3次諧波CP3將在副繞組中產(chǎn)生3次諧波電勢£23,五23相對于由3落后7t/2,五23產(chǎn)生的3次諧波電流/23又滯后于五23近7:/2,而/23產(chǎn)生的3次諧波磁通023又滯后于/23個(gè)很小的角度(磁滯損耗的影響)。因此少23和03幾乎反相,可相互抵消,使得磁通和電勢接近正弦波。
              由以上分析可知,為保證電網(wǎng)波形經(jīng)過(guò)變壓器后不產(chǎn)生畸變,在同等條件下應優(yōu)先采用一邊繞組為A接線(xiàn)的變壓器。
              2Y/Yn、A/Yn接線(xiàn)變壓器對單相接地電流的影響對于中性點(diǎn)直接接地的系統,經(jīng)常發(fā)生單相接地短路故障,而單相接地短路電流的大小除與系統的短路容量、故障回路的零序接地阻抗有關(guān)外,還與變壓器的零序阻抗有關(guān)。不同連接組別的變壓器,其零序阻抗的大小也不同。
              以石化企業(yè)經(jīng)常使用的6/0.4kV等級變壓器為例,分析當低壓側發(fā)生單相接地短路故障時(shí),不同連接組別的變壓器對單相接地短路電流的影響。
              假定低壓側單相接地回路的零序阻抗和系統高壓側的短路容量恒定。由于Y/Yn接線(xiàn)和A/Yn接線(xiàn)的同容量、同型號的變壓器零序電流不能在高壓側流通,因此對高壓側來(lái)講,變壓器也就無(wú)此零序阻抗。為計算單相接地短路電流,可先將高壓側的零序阻抗折算到低壓側。低壓側的零序阻抗等值電路如。
              當變壓器為Y/Yn聯(lián)結時(shí),由于高壓側為Y型接線(xiàn),零序電流無(wú)法流過(guò),Z1相當于開(kāi)路,則由低壓側ax端看進(jìn)去的等值零序阻抗Zy=Z2+Zm;當變壓器為A/Yn聯(lián)結時(shí),由于高壓側為A接線(xiàn),A和X注:'為高壓側折算到低壓側的阻抗。Z;為低壓側的阻抗。
              折算到低壓側的勵磁阻抗。
              變壓器零序阻抗圖端相當于短路,因此從ax端看進(jìn)去的等值阻抗為z02=z2+(zmx由于Zf〉',比較',和:可知,2u|*Zm,也就是說(shuō)Y/Yn*結的變壓器零序阻抗要遠大于A(yíng)/Yn聯(lián)結的變壓器的零序阻抗,因此單相接地電流的大小就會(huì )因變壓器聯(lián)結組別的不同而不同。下面舉例說(shuō)明。
              表1中短路點(diǎn)為變壓器低壓側的出口,低壓母線(xiàn)以5m長(cháng)度的阻抗計算;低壓母線(xiàn)的間距在變壓器容量小于630kVA時(shí)取250mm,變壓器容量大于630kVA時(shí)取350mm;短路電流為周期分量的有效值。
              表1不同連接組別的變壓器參數比較系統短路容量/mva變壓器容量/kVA母線(xiàn)規格LMY變壓器聯(lián)結正、負序/mQ零序/m三相短路電流/kA單相短路電流/kA由表中的計算結果可知,在同等的外部條件下,Y/Yn聯(lián)結的變壓器低壓側出口的單相短路電流遠小于三相短路電流,而A/Yn聯(lián)結的變壓器低壓側出口的單相短路電流幾乎和三相短路電流相等。因此在6/0.4kV配電系統中,若采用A/Yn聯(lián)結的變壓器,對于低壓側的單相接地短路的保護,就可以利用作為三相短路保護的空氣開(kāi)關(guān)或熔斷器兼做單相接地保護,而不需單獨設專(zhuān)用的零序保護。而Y/Yn聯(lián)結的變壓器,由于其低壓側出口的單相短路電流遠小于三相短路電流,需要設單獨的零序保護回路。
              3結束語(yǔ)綜上所述,在配電系統中進(jìn)行三相雙繞組的變壓器選擇時(shí),應盡可能地選擇一邊為A接線(xiàn)的變壓器,以降低變壓器損耗、提高單相接地短路電流、抑制高次諧波的傳遞。在石油化工企業(yè)的供電系統中,通常選用A/Yn聯(lián)結的變壓器。

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