变压器主要是通过磁路系统进行电能传递,但由于磁路系统存在铁磁饱和现象,当配电系统中存在谐波以及系统发生单相接地短路时,不同连接组别的变压器对配电系统的影响是不同的。
下面就配电系统中三相变压器的全Y型和Y-A型接线方式所产生的谐波对供电系统的影响进行分析。
1不同接线的变压器对谐波的影响1.1Y/Yn型联接的三相变压器当三相配电系统中含有高次谐波电流时(以3次谐波为主),因3次谐波在各相中的电流大小相等、方向相同,且同时流入或流出中性点;又因变压器一次侧为Y型接线,无引出中性点,3次谐波电流无法流通,因此在励磁电流中也就不含有3次谐波,基本上可以认为是正弦波。由于变压器磁路系统的非线性,当励磁电流的曲线为正弦波时,相应的磁通曲线则为一平顶波,如。
根据富氏级数,此波形的磁通可分解为1次、3次、5次等局次谐波,其中1次和3次谐波影响最大,其它的高次谐波的影响可忽略不计。
当三相变压器为三相变压器组或三相五柱式时,各相磁路系统彼此独立,1次和3次磁通可沿各自的磁路形成闭合流通回路,此时1次和3次磁通会分别在各自的原、副绕组中产生相应的感应电势和,并分别滞后磁通90*,其波形如。
由可知,£,和63的波峰刚好相互叠加,其合成电势e的幅值将高出其基波幅值的40%~60%,这种相电势的升篼是很危险的。
而三相三柱式变压器,每相的磁路系统并不独立,3次谐波磁通由于其大小、相位相同,只能在3个铁芯中同时向上或向下流动,并且不能在铁芯中形成闭合回路,只能通过非磁性介质(如空气、油以及变压器箱体等)构成闭合回路,由于此闭合回路的磁阻很大,使得3次谐波磁通大大减弱,主磁通基本接近正弦波,感应电势也接近正弦波。
由于3次谐波磁通的存在,在Y/Y*型闭合回路的构件中将产生涡流损耗,引起局部发热,降低效率。
1.2A/Y或Y/A型变压器当变压器A/Y联结时,其电流基波、3次谐波、吡工技术|技术交流合成波曲线以及磁通曲线、磁化曲线如。因其高压侧为A型接线,3次谐波电流可以在A内沿同一方向形成环流。由可知,当磁化电流含有3次谐波时,其合成电流亦为一尖顶波,但合成磁通却为正弦波,即保证了感应电势也为正弦波。
而Y/A联结的变压器,由于其高压侧不含有3次谐波电流,合成磁通CP的波形为平顶波,磁通中的3次谐波CP3将在副绕组中产生3次谐波电势£23,五23相对于由3落后7t/2,五23产生的3次谐波电流/23又滞后于五23近7:/2,而/23产生的3次谐波磁通023又滞后于/23个很小的角度(磁滞损耗的影响)。因此少23和03几乎反相,可相互抵消,使得磁通和电势接近正弦波。
由以上分析可知,为保证电网波形经过变压器后不产生畸变,在同等条件下应优先采用一边绕组为A接线的变压器。
2Y/Yn、A/Yn接线变压器对单相接地电流的影响对于中性点直接接地的系统,经常发生单相接地短路故障,而单相接地短路电流的大小除与系统的短路容量、故障回路的零序接地阻抗有关外,还与变压器的零序阻抗有关。不同连接组别的变压器,其零序阻抗的大小也不同。
以石化企业经常使用的6/0.4kV等级变压器为例,分析当低压侧发生单相接地短路故障时,不同连接组别的变压器对单相接地短路电流的影响。
假定低压侧单相接地回路的零序阻抗和系统高压侧的短路容量恒定。由于Y/Yn接线和A/Yn接线的同容量、同型号的变压器零序电流不能在高压侧流通,因此对高压侧来讲,变压器也就无此零序阻抗。为计算单相接地短路电流,可先将高压侧的零序阻抗折算到低压侧。低压侧的零序阻抗等值电路如。
当变压器为Y/Yn联结时,由于高压侧为Y型接线,零序电流无法流过,Z1相当于开路,则由低压侧ax端看进去的等值零序阻抗Zy=Z2+Zm;当变压器为A/Yn联结时,由于高压侧为A接线,A和X注:'为高压侧折算到低压侧的阻抗。Z;为低压侧的阻抗。
折算到低压侧的励磁阻抗。