变压器接线形式（精选8篇）
变压器接线形式 第1篇
随着我国社会经济高速发展,城市电网也进入一个快速建设期。为适应陕西电网高电力负荷密度区域经济和社会发展的需求,提高输变电设施资源利用率,陕西电网中的110 kV枢纽变电站,特别是按3台主变压器设置的110 kV GIS枢纽变电站得到快速发展。按3台主变压器设置的110 kV GIS变电站是陕西电网近几年才出现的变电站形式,它具有供电可靠性高、扩建便捷、适应性强等一系列优点,而变电站典型设计推荐的电气主接线形式存在供电可靠性差、变电资源利用率低、投资效益相对较低及无法满足负荷的最终发展需要等问题。因此,及时研究及规范按3台主变压器设置的110 kV GIS枢纽变电站电气主接线形式具有十分重要的意义。
1 按3台主变压器设置的110 kV GIS变电站电气主接线形式选择
1.1 110 kV电气主接线形式方案
1.1.1 具有可比性的5种方案
由于带母线的电气主接线已具备转供负荷的条件,且母线故障对进出线和主变压器供电可靠性影响不同,本文仅针对不同的110 kV电气主接线形式,分析比较母线发生故障对变电站的供电可靠性及变压器容量利用率的影响。有5种可比性方案(假设110 kV进出线均为4回、主变压器容量均为50 MV·A)。
(1)方案1。采用单母线分段3台主变压器断路器接线[1],1、2号主变压器接入Ⅰ段母线,3号主变压器接入Ⅱ段母线,其接线见图1。
(2)方案2。采用单母线分段4台主变压器断路器接线,1号主变压器接入Ⅰ段母线,3号主变压器接入Ⅱ段母线,2号主变压器通过2台断路器分别接入Ⅰ、Ⅱ段母线;2号主变压器进线设置备自投装置,接线见图2。
(3)方案3。采用单母线3分段接线,3台主变压器分别接入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母线,接线见图3。
(4)方案4。采用双母线接线[2],3台主变压器同时接入Ⅰ、Ⅱ段母线,接线见图4。
(5)方案5。采用单母线分段4组主变压器进线隔离开关接线,1号主变压器接入Ⅰ段母线,3号主变压器接入Ⅱ段母线,2号主变压器通过2组隔离开关分别接入Ⅰ、Ⅱ段母线,接线见图5。
1.1.2 技术经济比较
1.1.2. 1 技术比较
(1)调度灵活性分析。方案1的1、2号主变压器接入Ⅰ段母线,方案2、5的2号主变压器可以在Ⅰ、Ⅱ段母线间自由切换,方案3的3台主变压器分别接入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母线,方案4的3台主变压器均可以在Ⅰ、Ⅱ段母线间自由切换。可见,方案4的调度灵活性最高,其次为方案2、3、5。
(2)母线故障对主变压器供电的影响分析。不同的110 kV电气主接线形式、母线故障对主变压器的影响效果不同。对于主变压器而言,接入母线相当于单电源出线,母线故障可能直接导致该段母线上主变压器的停运。另外GIS站电气母线故障几率较小,但故障情况下故障判别、隔离、处理相对AIS站时间较长,很有必要研究不同电气主接线在母线故障情况下对供电可靠性的影响。
方案1:当2台主变压器所联母线发生故障,2台主变压器的运行受到影响时,即使考虑主变压器低压侧转供1.3倍主变压器过负荷,也存在较大限负荷问题,供电可靠性差。要满足供电可靠性要求,主变压器最大负载率只能按2台主变压器考虑,最大为43.3%,正常1台主变压器处在备用状态,主变压器利用率较低。
方案2:当2台主变压器所联母线发生故障,2台主变压器瞬间停电时,通过主变压器备自投可恢复2台主变压器运行,不影响对外供电。考虑主变压器低压侧转供1.3倍主变压器过负荷能力,不存在限负荷问题,供电可靠性较高,主变压器负载率最高可达到87%。
方案3:和方案2基本相同,区别在于方案3无须通过主变压器备自投即可实现2台主变压器连续供电。
方案4和方案5:当2台主变压器所联母线发生故障,2台主变压器短时停电时,变电站对外部分停电,虽可通过手动操作2组隔离开关和主变压器进线断路器,恢复3台主变压器运行,相对方案2存在较长时间停电问题(隔离开关操作时间)。另外在母线故障情况下存在以下情况:1)故障判断时间较长;2)若故障点在2号主变压器运行母线隔离开关时,也将引起该主变压器停电,供电可靠性和方案1相同。
为了减少母线发生故障的概率,枢纽变电站进出线原则按6回控制为宜。
可见,方案2、3在母线故障情况下供电可靠性最高,主变压器负载率最高可达87%,相当于方案1、2、5的2倍。
(3)适应性分析。主要分析由于区域经济发展变化使主变压器最终台数减少及110 kV进出线回路数增加情况。
方案1、2、4具有很强的适应性,在用电负荷发生变化时,2号主变压器间隔可作为2个进出线间隔使用;方案3由于一次性建设了2台母联间隔及Ⅱ段母线PT间隔,届时存在电气主接线不标准问题;方案5由于3号主变压器通过2组隔离开关接入母线,位置预留仅能扩建一个进出线间隔。
可见,方案1、2适应性较广。
(4)母线扩建性分析。主要分析母线扩建时供电可靠性的保证,减少停电范围和次数。
假设主变压器初期安装2台、远期3台,进出线扩建类同主变压器情况。方案1、2在扩建期间,仅使1段母线停电;方案4、5扩建期间会使2段母线分别较长时间停电;方案3在扩建期间虽不会使母线停电,但初期必须一次上齐2台母联断路器。
可见,方案1、2母线扩建性最好。
(5)设备改造便捷性分析。主要分析设备达到设计寿命整体更新问题。
方案1、5均引起2台主变压器长时间停电;方案4引起3台主变压器长时间停电;而方案2、3仅引起1台主变压器较长时间停电、2台主变压器较短时间停电。
可见,方案2、3设备更换较为便捷,且对外停电时间较短。
综合以上分析,方案4、5虽调度灵活性较强,但在母线故障情况下,引起变电站对外部分停电,且扩建性和设备更新改造性较差,方案1也存在此问题;方案1、2、3的扩建性和设备更新改造性较强,在母线故障情况下,方案2、3中的变电站不对外停电,主变压器负载率较高。
可见,方案2、3技术性较优。
1.1.2. 2 经济性比较
主要比较方案2、3。
方案2需断路器共计9台,母线PT 2台,配电装置宽度共计18 (8×1.5+2×1.5+3)m。方案3需断路器共计9台,母线PT 3台,配电装置宽度共计21 (7×1.5+3×1.5+2×3)m。另外为保证扩建期间的供电可靠性,方案3初期需一次上齐2台母线断路器,经济性较差。
可见,方案2经济性优于方案3。
综合比较,建议采用单母线分段4台主变压器断路器接线作为陕西城市110 kV GIS枢纽变电站110 kV电气主接线典型接线方式。
1.2 10 kV电气主接线形式方案
1.2.1 具有可比性的3种方案
(1)方案1:采用单母线3分段2台断路器接线[3],接线见图6。
(2)方案2:采用单母线4分段2台断路器接线[3],接线见图7。
(3)方案3:采用单母线6分段3台断路器接线[3],接线见图8。
1.2.2 技术经济比较
(1)技术性比较。主要分析主变压器N-1情况下转供负荷能力及供电可靠性。按照110 kV电气主接线方案2,主变压器负载率为87%,假设负荷按照主变压器均匀地分布在每段母线,主变压器每台容量为50 MV·A。方案1中1台主变压器最大短时承担负荷86.67 MV·A,过载1.73倍,允许运行时间约7 min(环境40℃),即使通过出线负荷转移0.3倍主变压器容量负荷,此时主变压器也严重过负荷,必须限负荷。方案2中最大短时造成1台主变压器过载1.73倍,但通过操作母联断路器,2号主变压器进线断路器可以将全站负荷较为均匀地分布在另2台主变压器上,同时通过出线转移0.3倍主变压器容量负荷,使2台主变压器处在安全的范围内。方案3和方案2基本一致,不同之处在于仅通过母联断路器备自投即可实现全站负荷较均匀地分布在另2台主变压器上。
可见,方案2、3技术性优于方案1。
(2)经济性比较。主要比较方案2、3,仅统计主变压器进线、母联断路器。方案1中的断路器共计6台,方案2中的断路器共计9台。
可见,方案2的经济性优于方案3。
综合比较,建议10 kV电气主接线采用单母线4分段2台断路器接线,作为与110 kV电气主接线采用单母线分段4台主变压器断路器接线相适应的10 kV母线典型接线形式。
2 110 kV变电站采用单母线分段4台主变压器断路器接线的应用
以陕西电网典型的110 kV双环网结构为例,说明110 kV电气主接线采用单母线分段4台主变压器断路器接线的应用,接线见图9。
3 座变电站的主变压器均按50 MV·A选择,计算负荷均按100 MW考虑,均采用单母线分段4台主变压器断路器接线;变电站A、C均双回接入不同330 kV变电站的110 kVⅠ、Ⅱ段母线,导线截面2×300 mm2;变电站B分别双回接入变电站A、C,导线截面300 mm2。
(1)运行方式安排。变电站A、C接入330 kV变电站2回线路并列运行;变电站B 110 kV母线分裂运行,变电站A通过1回线路主供变电站B 1台主变压器、备供变电站C,变电站C通过1回线路主供变电站B 2台主变压器、备供变电站A。每座变电站2号主变压器进线断路器1主1备运行(设置备自投装置),
(2)线路故障分析。线路“N-1”时均不造成对外停电。共塔双回线路“N-1-1”时,一是变电站A、B或B、C之间线路故障时,短时造成变电站A或C全站失压,通过断开变电站A或C接入330 kV变电站双回110 kV进线断路器、母线断路器,合上与之联络的两侧110 kV备用进线断路器,通过变电站C或A恢复变电站A或C的全站对外供电;二是变电站A、B或C、B之间线路故障时,均会引起变电站B中1台或2台主变压器停电,引起2台主变压器停电时可通过2号主变压器110 kV进线备自投恢复2台主变压器运行,然后通过10 kV母联备自投恢复全站对外供电,最后通过合上变电站A或C备用110 kV进线断路器,恢复3台主变压器运行。
通过分析,变电站采用单母线分段4台主变压器断路器接线组成的双环网结构具有较高的供电可靠性。
在具体应用时,根据变电站进出线规划及实际情况,可取消母联断路器,简化为环进环出接线,以节约电网投资和提高供电可靠性,有关分析和上文基本相同,接线见图10。
3 结论
通过以上对按3台主变压器设置的城市110 kV GIS枢纽变电站电气主接线形式的研究,110 kV电气主接线采用单母线分段4台主变压器断路器接线,10 kV电气主接线采用单母线4分段2台断路器接线具有供电可靠性高、扩建便捷、适应性强等一系列优点,完全适应负荷不断发展的陕西城市电网按3台主变压器设置的110 kV GIS枢纽变电站典型电气主接线形式的选择需要。
参考文献
[1]国家电网公司．110kV变电站典型设计——陕西省电力公司实施方案[S]．北京：中国电力出版社，2006．
[2]水利电力部西北电力设计院．电力工程电气设计手册电气一次部分[M]．北京：中国电力出版社，2005．
变压器接线形式 第2篇
关键词：变电站 接线形式 调度运行
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0089-01
随着我国经济的持续发展，城市电网的建设有着飞速的进步，逐渐满足了人们对电能的需求，并促进着社会的和谐与经济的稳步发展。在电力系统中，变电站有着众多的接线方式并各具优点，其中运用的较为广泛的便是环进环出的接线形式，保证了电力系统供电的安全与可靠，同时，电力系统要采用相适应的调度方式，才能促进变电站的持续运行。文中将对变电站运行的接线方式与调度运行进行详细的分析。
1 变电站运行接线形式分析
在变电站运行过程中其接线形式是众多的，下文将对其环进环出的接线形式进行分析，对其优缺点进行阐述。
1.1 变电站环进环出接线形式的优势
在变电站中，环进环出的接线形式应用广泛，主要是由于其拥有的优势影响着变电站的选择。变电站环进环出接线形式的优势主要体现在以下几方面：环进环出接线形式最为重要的一点优势便是其电源点的数量少，在传统的接线形式中，电源点的数量颇多，影响着变电站的建设，环进环出的接线形式，有利于变电站的整体建设与规划，通过降低电源点的数量，实现了减少变电站的建设总面积，进而降低了变电站的投资成本。环进环出接线形式能够有效地调整运行方式，实现对线路的有效检修，从而保证供电的安全性与可靠性。同时，环进环出的接线形式，提高了变电站接线的工作效率，降低了对电能的损耗，利于实现资源的合理配置，让电力企业获得更多的经济收益[1]。
1.2 变电站环进环出接线形式的劣势
变电站环进环出接线形式在运用过程中，仍存在不足，需要不断利用科学技术进行改进，使其能够发挥更加积极的作用。环进环出接线形式的劣势主要表现在以下两方面：其一，在变电站采用环进环出接线形式时，由于变电站过于集中，线路的长度存在问题，严重影响着环进环出接线形式的线路后备防护的整体配合。其二，在变电站采用环进环出接线形式时，一旦未能形成环运，在对电网线路的检修过程中，极容易形成一条线路供电的情况，这将严重影响供电的稳定性、可靠性与安全性，甚至将对电力系统造成无法挽回的损失。
1.3 变电站环进环出主要的接线形式
变电站环进环出接线形式主要有以下几种：第一种，当变电站运行过程中存在超过两段母线时，其中将不存在相应的电线联络；第二种，当变电站在一段母线运行时，其中将存在两根线路，它们分别为出线线路与进线线路；第三种，当变电站在一条母线上运行时，在较小的变压器上将存在两段母线[2]。
2 变电站调度运行探讨
关于变电站调度运行的探讨主要涉及两方面的内容，即：重合闸使用与纵差保护的问题。
2.1 重合闸使用方面存在的问题
在变电站调度运行方面，其重合闸使用的问题比较严重，要给予重点关注，才能保证在变电站调度运行过程中重合闸使用的科学性与准确性。当变电站系统中设有专用的架空线时，在变电站调度运行时，要有效地运用重合闸，才能促进架空线的正常运作，避免因重合闸使用不当，进而对架空线造成不必要的影响。同时，在变电站调度运行过程中，由于其自身存在的问题，可能会对电缆造成一定的影响，电缆故障问题时常发生，直接影响着电力系统的正常运作，进而影响人们的生活与生产。当变电站出现相关问题时，其工作人员要进行及时、有效的检修，对其故障进行科学、全面的处理，运用准确的调度运行方法，实现变电站的正常供电。
2.2 纵差保护方面存在的不足
变电站在调度运行工作方面，要严格遵守调度运行的規章制度，进行规范化的操作，采用科学的调度方法进行工作，才能保证变电站调度运行的有效性与科学性。
在变电站调度运行方面存在着纵差保护的问题，要提高对这一问题的认知，才能避免因其影响电力系统的正常运行。当变电站未能采用环进环出的接线形式时，在对变电站进行保护作业过程中，可以采用第三段与零序电流第四段，进而实现对变电站的保护。一旦变电站内部系统出现纵差保护问题，要对其进行适当的调度运行，通过改变其信号从而实现对变电站的保护，保证变电站的正常运行。当变电站采用环进环出的接线形式时，一旦变电站出现故障，通过调度运行，不仅要改变信号，还要对存在故障的线路进行停运处理，才能促进变电站的有效运行[3]。
3 结语
随着社会的发展，人们对电能的需求不断提高，电网建设的规模持续扩大，在为人们的生产与生活提供便利的同时，电力企业也获得了相应的经济收益。电力系统不断运用科学技术，来提升自身的工作能力，保证电力系统的正常运行，在变电站运行接线形式与调度运行方面进行了系统的研究与应用，通过科学的接线形式与调度运行，保证了供电的安全性与可靠性。文中对环进环出的接线运行进行了全面的分析，对其优缺点进行了阐述，对其存在的不足要不断改善，以满足变电站对其接线形式的需求。同时文中还介绍了变电站在调度运行方面存在的不足，相信，通过逐渐完善，变电站的供电将更加安全与可靠。
参考文献
[1]周云柯，毕红强.110kV变电站运行接线形式及调度运行的探讨[J].科技与企业，2013，11（12）：311.
[2]蔡高乐.10kV变电站运行接线方式及调度运行探究[J].企业技术开发，2013，7（21）：117-118.
变压器接线形式 第3篇
城区110 kV变电站出于节省占地的考虑,经常采用内桥接线方式,即高压侧为单母分段接线,配置两回进线分别接于两段母线,两回进线及分段间隔均配有开关、CT、刀闸,主变高压侧没有开关、CT,只有一组隔离刀闸。
由于主变高压侧没有CT,目前的设计思路一般是主变差动保护高压侧电流回路采用硬件接线求和的方法产生,即与本台主变接于同一母线的进线和分段间隔CT二次回路在保护盘端子排处按相并接求和后[1],再接入主变差动保护高压侧电流回路,从而实现了一次与二次接线的统一。
只要进线和分段间隔CT变比一致,在一般情况下,这种和电流均能正常反映主变差动保护高压侧电流,不会出现拒动和误动情况。但当110 k V系统发生短路,进线和分段间隔流过较大穿越性故障电流时,因二者CT的稳态误差特性不可能完全一致,所产生的差流有可能引起差动保护误动;当系统出现某种冲击,二者CT的暂态误差特性不一致时,所产生的差流也有可能引起差动保护误动;进线或分段间隔CT根部至保护盘端子排这一段出现CT开路时,和电流不能正确反映主变差动保护高压侧电流,在某些运行方式下,主变差动保护无法判断为CT开路,而是将判为主变发生内部故障从而引起差动保护误动。
本文对这两种可能引起的差动保护误动的原因做出了全面分析计算,提出了内桥接线变压器保护电流回路二次接线改进方案。
1 差动保护误动的原因分析
1.1 CT误差特性不一致导致差动保护误动
依据DL/T684-1999《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》规定,差动动作电流最小动作门槛应躲过变压器额定负载时的不平衡电流,Iop.min=Krel(Ker+ΔU+Δm)IN/na,在实用整定计算中可选取(0.2~0.5)IN/na[2]。分析图1所示的系统,主变高压侧外部发生短路时,很大的穿越性电流流经进线和分段间隔,此时主变保护差动电流主要为I1、I2的不平衡差流,以5P20级CT为例,如果此时进线和分段间隔CT一个为正误差,一个为负误差,不平衡差流最大可能为0.1Id/na,因主变中、低压侧没有流过短路电流,不会产生相应的制动电流,差流一旦大于动作门槛Iop.min,就会导致保护误动作。
即使进线和分段间隔CT稳态误差特性一致,当系统有某种冲击时,如当一台主变工作,一台主变充电投入时,系统产生的和应涌流含有大量非周期分量,当二组CT暂态特性不一致时会产生差流,也可能导致运行主变保护误动。
1.2 CT开路导致差动保护误动
目前国内110 k V电网一般采用闭环设计、开环运行的供电方式,故经常出现一条电源线路串带几台110 k V主变的情况。以图2所示系统例,110 k V A站为内桥接线,线路1作为电源线带A站的1#和2#主变,并通过线路2串带B站的3#和4#主变,系统潮流分布如图2所示,为分析方便,图中电流均为折算至同一变比下的二次电流。
对1#主变差动保护来说,其高压侧采用进线和分段电流和接线方式,二者CT一次极性端必须一致,假设极性端均放在非母线侧,图2中所标电流流向均为实际潮流流向,故的规定正方向与图中所示相反,则为线路1电流与A站分段开关电流之和[3]。设流入1#主变差动保护高压侧电流(未进行Y—△补偿前的实际电流)为,正常运行情况下,,说明这种和电流接线能够正确反应主变高压侧电流[4];但当进线或分段间隔CT根部至保护盘端子排这一段任意一个环节出现CT二次开路时,均将由CT开路前的本主变高压侧电流值跳变至另外一个值,其跳变幅度取决于开路点位置和系统潮流分配情况。若是进线CT开路,;若是分段CT开路,
由此可知,当进线间隔某相CT开路,且各台主变负载较重时,主变差动保护对应相的高压侧电流值上升至较大值,其他各相电流均无变化。对于通过软件计算实现Y—△补偿的微机主变差动保护,正常运行时的差动电流为零,A相差流,n为低压侧平衡系数,计算进线CT开路时的A相差动电流测量值
可以看出当进线1所带负荷较重时,差动电流测量值很可能会大于动作门槛。
再参照PST1200微机主变差动保护CT回路断线判据进行分析:
1)|ΔIφ|≥0.1IN且|IH|<|IQ|
2)相电流≤IWI且ID≥IWI
3)本侧|Ia+Ib+Ic|>IWI
4)max(Ida,Idb,Idc)>IWI
其中:ΔIφ为相电流差突变量;Ida,Idb,Idc为A、B、C三相差流值;Icd为差动保护定值;IN为主变高压侧额定电流;IQ为前一次测量电流;IH为当前测量电流;ID为无流相的差动电流;IWI为无电流门槛;取0.04倍CT额定电流,同时满足1)~4),立即判为CT断线并经控制字选择是否闭锁保护[5,6]。
由上述判据可知,因开路相电流由增大至,不存在无流相,此时仅能满足3)、4),不能判为CT断线,无法闭锁保护,且启动条件已满足,当差动电流测量值大于Iop.min时,保护将误动作跳闸。
2 解决问题的方法
为解决内桥接线采用硬件接线求和可能会出现的保护误动问题,最佳方案是采用软件求和方式,即将进线和分段间隔视为主变的电压等级、CT变比均相同的两侧,将其CT二次回路分别接入保护,然后由软件分别进行差动电流、制动电流、CT断线的计算处理。
为保证在主变区外故障具有可靠的制动作用,在区内故障有较高的灵敏度,如图1所示三圈主变,差动电流应取,制动电流应取这四者模值较大者。进线和分段CT二次电流一定要作为主变的两侧电流来处理,严禁先对二者进行软件求和后,再进行差动、制动电流的计算以及CT回路断线的判断处理,由上节分析可知,进线和分段CT二次电流分别处理,当任一个元件发生开路时,CT回路断线判据1)~4)均满足,可立即判为CT断线,不会发生保护误动作。
对目前已经运行的采用硬件接线求和的内桥接线主变保护,则应在运行方式上采取措施,将高压侧桥开关断开,两台主变分裂运行,一定不能出现一回进线串带两台或多台主变的情况,同时尽快安排更换保护。
3 总结
本文分析了一次接线为内桥方式的主变保护采用传统接线,将进线和分段二次电流回路并接进差动保护,在外部故障或CT开路时可能出现差动保护误动的原因,提出了进线和分段作为主变的两侧接入差动保护后分别进行运算处理的解决方案,杜绝了可能发生的保护误动事故,消除了潜在的隐患,满足了系统安全稳定运行的要求。
参考文献
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变压器接线形式 第4篇
变压器直流电阻传统测量方式需要花费大量的时间用于高空接线、换线[1], 特别三芯五柱大型变压器助磁法测试要把高、低压绕组串联起来, 试验人员在进行直流测试时若采用常规接线方法测试将会耗费大量的时间, 由于接线的复杂性经常会导致接线错误, 更改接线时带来反复的高空作业还会带来更多的安全隐患[1,2,3]。根据规程规定需定期对变压器直流电阻进行试验[5], 工作量较大。本文通过一种变压器直流电阻快速测量辅助接线装置的研究, 实现快速、准确测量变压器直流电阻的目的。
为缩短绕组直流电阻测量时间, 同时将大量复杂的高空作业转移到地面进行, 从而有效减少传统高空测试接线的复杂、反复性, 减少高空接线作业时间及高空作业带来的危险, 降低长时间高处作业带来的危险因素, 减少传统测试花费较多的人力、物力。
同时为提高大型变压器直流电阻测试工作效率, 方便测试接线, 在不改变助磁法原理的情况下, 测试线和直流电阻仪的连接容易操作, 数据稳定可靠[3,4]。问题检查简单, 维护方便。不限制于在一台直流电阻仪上使用, 较为灵活, 有金属箱体保护, 便于运输的特点。研制一种新型的辅助工具势在必行。
1 测试装置原理
为缩短变压器绕组直流电阻的测量时间, 必须快速迫使变压器铁心磁通迅速趋于饱和, 从而降低自感效应, 变压器直流电阻快速测量辅助接线装置通过下列技术方案完成:它将测试面板固定于箱体内部, 测试面板上有专用接线柱, 用于连接变压器本体和仪器本体测试线之间的连接, 根据直流电阻测试需要选用相应的接线柱进行接线, 同时面板上有助磁法测试接线图[2], 便于接线时使用。
变压器直流电阻快速测量辅助接线装置, 包括接线面板固定于箱体内。面板上含电压、电流接线柱36个 (a、b、c、A、B、C、O、+I、+V、-I、-V) 和测试Rac、Rbc、Rab接线图, 接线面板正面示意图如图1所示。
试验人员在进行变压器直流电阻的测试工作时, 根据所需测量将变压器a、b、c、A、B、C、O相直流电阻测试接线分别与虚线框1面板接线柱连接, 测量仪器与虚线框3面板接线柱连接, 虚线框2面板接线柱用于所需测试换相接线连接, 即实现了高空换相接线转移至地面方便操作。
2 现场使用实例
利用研制成功的变压器直流电阻测试辅助接线装置, 在3个变电站中各选取一台主变进行变压器直流电阻的测试实验, 并对传统测试方法及采用辅助接线装置方法进行测试时间和测试数据的对比试验。
从测试数据中可以看出, 采用直流电阻测试辅助接线装置后, 高空作业时间由原来的16分钟, 降低为4分钟;变压器上作业由原来的11~12分钟, 降低为3~4分钟, 接线总耗时由原来的28~29分钟, 降低为9~10分钟, 大大降低了变压器直流电阻的测试时间, 高空接线时间的减少, 更降低了试验人员高空作业的风险。
采用该套直流电阻测试辅助接线装置测试数据与传统测试数据相比较, 误差低于0.005%, 测试数据能有效反映变压器直流电阻。
通过现场使用效果显示, 使用该套变压器直流电阻测试辅助接线装置, 能有效缩短变压器直流电阻测试时间, 测试数据真实、准确, 满足所有110 k V及以上变压器直流电阻测试的要求[5], 实用性强, 有效减少高处作业带来的危险。因此该测试工具可在电力系统内可以全面推广运用, 具有较强的实用价值。
3 结束语
通过变压器直流电阻测量辅助接线装置的研制成功, 有效降低了变压器直流电阻测试时时间长、风险大的缺点, 且经现场测试效果反映使用该套装置, 不会增加测量误差, 测试时间短, 数据真实、准确, 能够真实反映变压器的直流电阻, 具有很好的现场实用性。
参考文献
[1]梁志瑞, 甄旭锋, 牛胜锁.大型电力变压器低压侧绕组直流电阻测试新方法[J].电力自动化设备, 2007, 27 (6) .
[2]袁燕岭, 甘景福, 陈震, 等.助磁法测量变压器直流电阻的应用研究[J].电气技术, 2010 (2) .
[3]李满坤, 周理兵.大型电力变压器直流电阻测试的方法及特点[J].电力变压器, 2000, 37 (7) .
[4]徐新扬.三芯五柱大型变压器直流电阻的快速测量[J].江西电力, 1992 (2) .
Z型接线接地变压器原理及特点 第5篇
IEC发布的60076-6《电抗器》接地变压器一节中, 对于被研究的电抗器使用的术语是“接地变压器 (中性点耦合) ”。对于正序和负序电压, 它拥有很大的电抗, 要高出类似容量双绕组变压器空载电抗的若干倍;对于零序电压, 它的电抗值则很小。
接地变压器结构上实际上是油浸三相三柱电力变压器, 此变压器无二次绕组, 每个芯柱上有两个中性点引出的Z接圆筒层式半绕组。
运行时, 将电网 (空载状态) 的对称三相电压施加到接地变压器上。因此, 在研究制作接地变压器时, 首先要降低硅钢片中的磁通, 以保证空载损耗低和噪声水平低。所有状态下, 接地变压器能够在额定及最大电网电压下运行。
电网内产生单相对地短路时, 接地变压器的所有绕组上流过值相同的零序电流, 即中性点电流和相应的接通中性点的消弧线圈的电流 (如果电阻器并联接入消弧线圈, 这个电流可能要高出几个百分点) 之和。按照接地变压器所用的消弧线圈的额定工作状态, 当它的绕组内流过下列电流时应确定其工作状态:
———接地变压器的额定电流, 采用等于消弧线圈额定电流 (额定电压下) 的值, 此时, 允许接地变压器和电抗器在长时状态下运行;
———接地变压器的两小时负载电流, 采用等于消弧线圈极限电流 (额定电压下) 的值, 此时, 允许接地变压器和电抗器工作不超过2小时。
在电网正常对称状态下, 电网三相电压的对称系统施加到接地变压器的A、B、C套管上。因此, 中性点对地电压———O套管上的电压———等于零, 接地变压器所有三相的电流是闭合铁心硅钢片的磁化电流。这个电流很小 (类似于三相变压器的空载电流) 。由于电压对称, 中性点的流出电流 (消弧线圈的电流) 自然等于零。
当电网内产生单相对地短路时, 如相C (图1) , 电压对称被破坏, 在中性点上就会出现相电压。这个电压基本上成为施加到消弧线圈上的电压 (由于接地变压器的短路电压不大, 所以其上的电压降不大) 。消弧线圈的电感自动与电网的分布电容“微调”共振, 结果是, 对地短路点中的电流几乎降低到最小值 (这个最小值主要由电流有功分量和高次谐波确定) 。这是消弧或 (没有发生消弧的极少数情况下) 电网修理前几个小时内继续运行所要求的。对地短路期间, 零序电流通过接地变压器的绕组, 对于此, 正如前面已叙述过的, 接地变压器的电感由于其绕组为Z接而变小。结果是, 在这种状态下, 基本电压没有降到接地变压器上, 而是降到了消弧线圈上。因此, 当三相对称电网电压施加到接地变压器时, 决定接地变压器电气强度的状态实际上是空载持续无电流状态的电压水平。
对于接地变压器的所有“通流”工作状态 (或负载状态) , 接地变压器上的电压低, 因为, 如上所述, 它存在小的零序电阻 (其短路电压仅是百分之几) 。在接地变压器的这些负载状态下, 铁心硅钢片中的损耗实际上几乎没有, 这是接地变压器与变压器的区别。
1——电力变压器;2———接地变压器 (中性点耦合) ;3———消弧线圈;4———电网的分布电容。
同样接地变压器可以采用中性点引出、Y/D联结的普通三相变压器, 也可以实现中性点耦合引出, 但是将使用接地变压器的结果与使用普通三相变压器的结果相比较, 可以发现:使用接地变压器有以下技术-经济优势:由于损耗增加, 所以不希望变压器在零序电流持续通过的情况下运行, 普通变压器应有比较大的容量, 相应重量及价格也高;在相反的情况下, 考虑到状态特性, 要求在变压器上采取特殊措施, 例如在铁轭上安装短路环或在油箱上安装屏蔽。
对于接地变压器, 容量概念是有限制条件的, 因为在“有电流”状态下, 接地变压器的电压很小, 而在空载状态下高电压时, 接地变压器的电流小。因此, 接地变压器型号上的容量, 采用等于两小时负载电流与接地变压器额定电压的乘积。
IEC发布的60076-6《电抗器》接地变压器一节中, 规定了额定零序阻抗, 当电压附加到三个线性套管连接点和中性点上时的试验中确定此阻抗。针对所研究的接地变压器, 采用了类似的条件参数———短路阻抗, 这个参数表示额定 (持续) 电流和接地变压器零序阻抗的乘积, 以额定电压的百分数表示, 变压器和电抗器一般都这样表示。通常在接地变压器技术文献里建议短路电压不超过10%, 所有接地变压器符合这个条件 (留有裕度) 。
接地变压器所采用的温升要高于电力变压器。IEC60076-6颁布标准中, 对于接地变压器也类似于消弧线圈, 其温升标准规定很大 (IEC标准中指出:温升考虑到这个因素——电网中不常出现短路且通常时间短) 。
根据60076-6《电抗器》接地变压器一节中的建议, 接地变压器应满足如下要求, 即能够承受接地变压器额定电流的热负荷及点动力作用而不损坏。在被研究的接地变压器中, 两小时负载电流即对应其最小电感的电流。进行的两小时负载电流下接地变压器电磁稳定性计算显示其具有很大的安全系数。因此, 可以不考虑两小时负载电流下稳定性试验。稳定性试验实际上与两小时负载 (两小时的补偿) 电流下温升试验在形式上是一致的。
参考文献
[1]国际标准IEC 60076-6.Power transformers Part 6:Reactors[S].
变压器差动回路CT接线校验方法 第6篇
关键词：CT,差动保护,故障录波,Y/△-11,380V
绪论
变压器是输配电系统的关键元件, 直接影响供电可靠性和系统的正常运行, 若变压器差动保护的二次回路接线有误, 当变压器的负荷较大或发生穿越性相间短路时, 就会发生误跳闸, 导致巨大的停电损失;若断路器的控制回路和差动保护接线错误, 一旦发生故障, 则可能会引起断路器误动或拒动, 造成变压器设备损坏甚至影响电网的稳定运行。
对设计以及施工单位而言, 由于差动保护的复杂性, 导致容易出现各种问题, 并且有的问题是隐性的, 需要在特定条件下才能触发表现出来。由于施工中技术水平参差不齐, 各试验过程之间没有较强的衔接, 在施工完成后仪器设备所限等因素, 经常出现变压器保护屏差动二次接线、变压器侧CT组别以及极性连接等错误, 根据差动保护的原理, 差动保护能够躲开空载时的不平衡电流, 故部分变压器空载或者轻载时运行正常, 当投入较大负载时则差流过大导致差动跳闸。故必须采用特别的试验方法, 保证差动保护二次回路接线的正确性, 从根本上消除人为失误导致的保护误动作。
1. 变压器差动保护原理
差动保护作为变压器的主保护, 通过比较变压器各侧电流的相位和幅值来实现保护, 在正常运行或者变压器外部故障时, 流过继电器的电流为两侧电流之差, 当在保护区域内发生故障时, 流过的电流为两侧电流之和[1,2], 继电器动作, 跳开主变进线开关。输配电系统中的变压器通常为Y/△-11、△/Y-11接线, 两侧电流的相位差为30°, 由于采用差动微机保护装置, 在主变保护设计中, 不再通过改变CT二次接线来实现星角变换补偿, 各侧统一使用CT星形接法, 在装置内部进行幅值和相位校正, 通过软件算法实现, P63X在进行相位校正时, 对低压侧进行移相向高压侧变换[3]。具体如下图:
图1为CT一次侧电流矢量, 由于P63X规定以流入保护的方向为正向, 在微机保护内部将低压侧进行等效电流计算 (逆时针30度移相, 幅值为二者的线电流) , 保护内部使用修正后的虚线表示的矢量进行两侧差流运算。按照差动保护原理, 在正常运行以及区外故障时主变两侧一次的流进和流出的电流标么值相等, 但由于低压侧的同名端也朝向母线侧, 导致该侧CT感应的二次电流相位和实际一次电流相位相反相差180°[4], 因此, 高低压两侧的CT二次电流相位差为330-180=150°。
2. 差动回路试验方法
为了保证变压器的可靠运行, 避免差动跳闸导致的停产损失, 有必要进行差动保护的系统试验, 通常采用交流法、相位表法、直流感应法来确认接线的极性和组别, 采用功率表法和钳形功率因数表法绘制两侧的电流向量六角图来分析差动接线的正确性[5], 试验过程复杂, 工作量大, 并且由于试验过程不直观容易出错。另外现场也有采用数字录波仪记录两侧电流波形确认接线是否正确, 为了保证分析的正确性, 需要多个通道同时记录各侧的电流变化, 对仪器的精度要求较高, 在采集电流时需要改动主变保护柜内的接线, 容易导致主变误动以及人身事故。
结合上述问题, 参考现场部分施工单位的试验方法, 利用差动保护的故障录波功能, 实现差动二次回路系统检查确认, 该试验方法不用增加任何仪器, 仅需要AC380V试验电源, 具有成本低、效率高、检查全面、可靠性高等优点, 差动二次回路典型接线如图2, 其中虚线部分为试验需要临时增加:
采用三相AC 380V电源加到变压器的高压侧上, 确认相序顺序正确, 低压侧短接, 模拟负载情况下的电流状态, 模拟变压器的重瓦斯等跳闸信号触发差动保护内部的故障录波, 可一次性地系统检查整个差动电流回路, 在差动保护内部直观的读出各相电流的幅值和相位, 同时测试了差动保护的跳闸出口回路的正确性。通过提取故障波形直观的分析, 能够比常规测试方法更加准确的检查差动回路接线的正确性。某63MVA、Y/△-11变压器正确接线时高低压两侧的二次电流波形为:
上述方法已用于三十多台变压器的差动保护的CT接线校验, 经过校验后的变压器, 无一例出现由于CT接线而导致的误动作, 极大的提高了差动保护的可靠性和系统的稳定性。
3. 结束语
通过直接提取差动内部的电流波形等数据, 将常规复杂的变压器接线校验工作清晰直观化, 对差动保护二次回路的变比和极性进行全面检查, 由于此方法是模拟变压器的实际运行方式进行相位、相序检查, 同时检查跳闸回路接线。能够发现施工中存在的隐蔽问题, 三相380V电源检查变压器差动保护回路准确、简单、高效、经济。
参考文献
[1]王维俭, 电气主设备继电保护原理与应用 (第二版) , 中国电力出版社, 2002年1月
[2]贺家李, 宋从矩, 电力系统继电保护原理 (增订版) , 中国电力出版社, 2004年9月
[3]AREVA, MiCOM P63X技术说明书, 2007年2月
[4]吴克勤, 变压器极性与接线组别, 中国电力出版社, 2006年6月
变压器接线形式 第7篇
关键词：变压器保护,母线保护,失灵保护,断路器
1 前言
电力变压器是电力系统中十分重要的供电组件。作为电力系统的转换枢纽, 变压器的安全运行直接关系着整个电力系统的稳定, 它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。同时, 大容量的电力变压器也是十分贵重的组件, 必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好, 工作可靠的继电保护装置。
下面对变压器保护与母线保护的各种接口配合方案做简要分析, 根据规程规定:220kV及以上电压等级变压器的断路器失灵时, 除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外, 还应跳开本变压器连接其它侧电源的断路器。本条规定是为了在变压器断路器失灵时, 能较快的切除变压器各侧电源, 以保证变压器的安全。对于500kV变压器而言, 当中压侧断路器失灵时, 应跳开变压器500kV断路器和220kV侧所在母线上所有断路器, 当低压侧断路器失灵时, 由低压侧后备保护最后一段时限跳开高中压侧断路器即可, 当500kV侧断路器失灵时, 失灵保护动作后应跳开500kV侧断路器。
这一条规定, 在工程实践中出现了多种实现的方式, 各有利弊, 所以有必要对这些方式进行分析比较, 选取其中的最优方案。
2 断路器失灵保护动作分析
1) 线路故障线路断路器失灵时, 可不再考虑变压器断路器也同时失灵, 此时失灵保护不应跳变压器其它电源侧断路器。
2) 变压器故障变压器断路器失灵时, 变压器保护动作已经将其它侧断路器跳开, 断路器失灵保护切除了变压器所在母线上的所有电源支路, 这种情况下失灵保护也不需要跳变压器其它电源侧断路器。
3) 母线故障变压器断路器失灵时, 母差保护跳开了变压器所在母线上其它有源支路, 变压器其它侧电源会继续向故障母线提供短路电流;而变压器后备保护动作切除故障的时间较长, 可能会烧毁变压器, 此时应采取措施跳开变压器其它侧电源断路器。
3 失灵保护方案
1) 母差保护动作跳变压器断路器时, 跳闸接点接到变压器非电量保护的跳闸输入回路, 由其完成跳各侧的功能。严格来讲, 这种方案是不符合反措要求的, 它是“母线故障时, 跳变压器各侧断路器”而不是“母线故障变压器断路器失灵时, 跳各侧断路器”, 但现场确实存在这种用法, 因此将其列出。该方案的优点是:二次回路接线简洁, 只要将原来的母差动作跳变压器相应侧断路器的回路改接在非电量跳闸回路即可。缺点是:母线故障时, 会多跳断路器。不过, 在双母线系统中, 母差动作, 线路保护同样会跳对侧断路器。而且, 这种方案也解决了变压器断路器与CT之间故障, 切除时间长的问题。
2) 母差保护动作跳变压器断路器时, 一对接点接入变压器断路器的跳闸回路, 另一对接点接到变压器非电量保护的跳闸输入回路, 由其完成跳各侧的功能。为了防止变压器断路器未失灵时误跳变压器各侧断路器, 可经100ms左右的短延时出口跳闸。该方案二次回路接线简洁, 现有母线保护和变压器保护均能满足要求。
3) 母差保护动作跳变压器断路器时, 一对接点接入变压器断路器的跳闸回路, 另一对接点作为变压器保护的开入, 变压器保护经电流判别确认变压器断路器失灵后延时跳各侧断路器。本方案充分利用了变压器保护资源, 仅需要增加母差保护开入, 母差保护需提供两对接点即可, 母线保护对线路支路和变压器支路完全通用。但高中压侧母差保护动作开入应分开设置, 使开入与电流判别具有对应关系, 确保该功能正确实施。
4) 母差保护动作跳变压器断路器时, 一对接点接入变压器断路器的跳闸回路, 另一对接点作为失灵起动装置的开入, 经电流判别后瞬时输出CKJ接点作为非电量保护跳闸输入, 由非电量保护跳各侧断路器。该方案不仅接线回路复杂, 而且母差保护动作变压器断路器失灵和变压器保护动作启动断路器失灵保护两者电流判别整定原则不同, 前者一般按母线故障有1.2倍灵敏度整定, 后者一般按变压器低压侧相间故障有1.2倍灵敏度整定, 若两者的电流判别均由失灵起动装置完成, 则需要两套电流定值和两个功能压板 (一个为母线故障变压器断路器失灵、另外一个为变压器启动断路器失灵保护) , 开入、开出和逻辑回路均很复杂, 很容易混淆, 增加了出错的可能, 因此不推荐采用此方案。
5) 母差保护动作跳变压器断路器时, 一对接点接入变压器断路器的跳闸回路, 另一对接点作为失灵起动装置的开入, 经电流判别后瞬时输出CKJ接点作为变压器保护的跳闸输入, 由变压器保护跳各侧断路器。该方案与方案四的不同之处在于最终跳闸是由变压器保护完成。
6) 母差保护动作跳变压器断路器时, 一对接点接入变压器断路器跳闸回路, 另一对接点作为母线保护的开入 (母线保护含断路器失灵保护) , 由母线保护内含的断路器失灵保护跳变压器其它侧断路器。此方案不可取, 理由如下:
a.当母线故障断路器失灵时, 对于线路支路均是采用远传 (远跳、发信、停信) 方案由对侧保护跳闸切除故障, 而对于变压器支路来说, 也应该只给变压器保护一个开入, 其断路器是否失灵的判别和跳变压器其它电源侧的逻辑, 均应由变压器保护实现最为合理, 这样不仅简化了二次回路, 而且保护装置之间的界限也很清晰, 便于运行、管理和维护。
b.因失灵保护和母差保护共用出口回路, 母线保护一般均双重化, 失灵保护按双重化设计, 实际运行时往往只投入一套失灵保护, 因此两套母线保护之间需要相互起动, 这样就增加了接线的复杂性;否则该连跳逻辑应独立于失灵保护, 即不受失灵保护投退的影响, 此时母线保护动作后不需要相互起动。母差保护动作, 变压器断路器失灵时, 不应由母差保护完成跳变压器其它电源侧断路器的功能, 母差保护只跳与母线直接相连的变压器断路器, 其断路器是否失灵的逻辑判别和跳其它电源侧断路器的功能应由变压器保护自身去完成。但对于目前已经投运的保护, 因难于修改保护软硬件, 可以采用第一种方案。对于新保护在以上所有方案中第二种是最好的, 应将此方案作为母差动作变压器断路器失灵连跳变压器其它电源侧的标准方案。
4 应用实例
对3/2接线的母线保护与变压器保护的接口问题做简单分析, 为了便于叙述, 同串中的断路器编号为:主变边断路器为5011、中间断路器为5012、线边断路器为5013。见图1。
母线故障母差保护动作5011断路器失灵时, 5011断路器失灵保护动作后, 应跳开5012断路器和变压器中压侧断路器。同理, 当5012断路器失灵时也应跳5011断路器和变压器中压侧断路器, 此时可以将5011和5012失灵连跳变压器的接点并联接入非电量保护中, 由非电量保护完成跳变压器各侧功能。因为失灵判别逻辑已经分别由5011和5012断路器保护完成, 变压器保护执行的仅是开入直跳变压器各侧断路器功能而己, 而非电量保护抗干扰性能要优于电气量的变压器保护, 因此失灵直跳不应接入变压器电气量保护回路中, 而应接入非电量保护跳闸回路中。
5 结束语
以上通过对电网联络变在母线故障变压器断路器失灵连跳其它电源侧的实现方案进行了详细全面的分析, 在满足保护配置要求的前提下, 本着简化二次回路、便于运行、检修和管理的原则, 提出了切实可行的方案。
参考文献
[1]国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[S].2000.
变压器接线形式 第8篇
常用的输配电系统大多为三相系统,而许多用户需要单相或两相供电电源,造成三相系统不对称运行,使得供电网中产生较多的负序电流[1]。特别是现有电气化铁道牵引网,不对称运行尤为严重,负序电流问题突出。通常的解决方法是按照特殊的方法设计和制造牵引变压器,在一定程度上抑制不对称运行时产生的负序电流[2,3,4,5,6,7,8,9,10]。目前各国牵引变压器的接线形式不尽相同,常用的有Yd11接线变压器、V/V接线变压器、斯科特变压器和阻抗匹配平衡变压器等。其中Yd11接线变压器和V/V接线变压器抑制负序电流效果不佳[6],斯科特变压器和阻抗匹配平衡变压器对制造工艺和占地面积要求较高且材料利用率不能达到100%[7]。
为了更好地解决负序电流问题和提高变压器的效率,文献[2]首次提出了星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器。该平衡变压器采用三相三柱铁芯结构,一次侧为星形接线,允许中性点接地;二次侧有3次谐波闭合通路,改善了电压波形,并极大抑制了负序电流的产生。另外,其绕组结构简单,制造方便,材料利用率达到100%。本文将对该平衡变压器两相运行方式下的负序及效率特性进行理论推导,并通过仿真验证其在抑制负序电流方面的效果及高效运行的条件。
1 星形-双梯形接线平衡变压器基本原理
星形-双梯形接线平衡变压器[2]接线见图1。
变压器高压侧采用星形接线,其中性点可引出接地,低压侧接成双梯形,即以a、b、f、e为顶点构成一个闭合倒置梯形,以f、c、d、e为顶点构成一个闭合正置梯形。
假设一次侧三相绕组1的匝数均为W1,绕组对应的阻抗分别为ZA、ZB、ZC;二次侧绕组A相和C相的绕组2、3匝数均为W2,绕组对应的阻抗分别为Za2、Za3、Zc2、Zc3;B相的绕组2、3匝数均为W3,绕组对应的阻抗分别为Zb2、Zb3;B相的绕组4匝数为W4,绕组对应的阻抗为Zb4。ZA=RA+j XA1,Za2=Ra2+j Xa2,其余阻抗表达式与之类似。为了从ac和bd引出两相大小相等、相位相差90°的电压,二次侧绕组的匝数关系应为。令变比为:K1=W/W1,K2=W/W2,K3=W/W3,K4=W/W4。其中,W为基准匝数(W=W1),Ki(i=1,2,3,4)为各绕组匝数向基准匝数折算的变比。
根据图1中标注的电流、电压方向,在满足变压器平衡条件情况下,得到一次侧三相电流与负载电流关系为:
其中,K=K2/K1;Iα、Iβ为两相负载电流。
二次侧各绕组电流与负载电流的关系如下:
式(1)、(2)综合表征了星形-双梯形接线三相变两相平衡变压器的绕组约束特性。
2 变压器负序特性及效率特性分析
2.1 负序特性分析
利用对称分量法,由式(1)可得星形-双梯形接线平衡变压器的正序电流和负序电流表达式为:
若牵引侧α相和β相阻抗角分别为αz、βz,则有:
其中,αu、αi分别为α相电压、电流相角;βu、βi分别为β相电压、电流相角。
定义电流比m=Iβ/Iα,则星形-双梯形接线平衡变压器电流不平衡度为:
因为αu-βu=90°,式(5)简化为:
V/V接线牵引变压器[7]一次侧三相电流与负载电流关系如式(7)所示:
已知αu-βu=60°,由式(7)可得V/V接线牵引变压器的电流不平衡度如式(8)所示(推导过程参考星形-双梯形接线平衡变压器):
阻抗匹配平衡变压器[8]一次侧三相电流与负载电流关系为:
已知αu-βu=90°,由式(9)可推出阻抗匹配平衡变压器的电流不平衡度如式(10)所示(推导过程参考星形-双梯形接线平衡变压器):
由式(6)、(8)和(10)可得3种变压器电流不平衡度的变化曲线如图2所示。
图2表明上述3种变压器的电流不平衡度均随着m-1或负荷阻抗角度差αz-βz的增大而增大,但在m=1且αz=βz时,达到最小值0。
3种变压器电流不平衡度特性如表1所示。
由表1可知,V/V接线变压器的电流不平衡度最大值为2.7,大于其他2种平衡变压器的最大值。这意味着在负载不平衡的工况下,星形-双梯形接线平衡变压器因负载不平衡产生的负序电流小于V/V接线变压器;星形-双梯形接线平衡变压器与阻抗匹配平衡变压器抑制负序电流的效果相同。文献[7]给出阻抗匹配平衡变压器材料利用率为91.91%,阻抗匹配要求十分严格,生产实施较为困难,在这方面星形-双梯形接线变压器要优于阻抗匹配平衡变压器。
2.2 效率特性分析
变压器损耗可分为基本损耗和杂散损耗,基本损耗在变压器正常运行中为主要损耗,杂散损耗为次要损耗,一般可以忽略不计。基本损耗包括可变损耗(铜耗)和固定损耗(铁耗)[9]。可变损耗Pd为:
其中,I1N、I2N为变压器一次侧、二次侧的额定电流;R1、R2为变压器一次绕组、二次绕组的电阻。
将式(2)中的二次侧绕组电流归算到一次侧后,可得三相损耗为:
其中,电阻均为归算到一次侧的值。
计算变压器总的可变损耗Pd:
当星形-双梯形接线平衡变压器满足平衡条件和解耦条件时,等值阻抗有如下关系[2]:
已知一次侧绕组的匝数相等,则RA1=RB1=RC1,式(13)可简化为:
为了比较变压器两输出端口功率分配不同时变压器的效率,假设变压器输出视在功率一定,有:
其中,C为实数。
变压器运行时,二次侧端口电压的变化不大,故忽略不计[10],有Uα=Uβ,代入式(16)得:
其中,C1为实数。
变压器效率η为:
将式(15)—(17)代入式(18)得:
其中,X、Y、R′a2、RA1、P0为定值,P0为变压器空载损耗。
在0≤Iβ≤C1,0≤cosαz≤1,0≤cosβz≤1形成的区域内寻求效率最大值。对式(19)中3个未知数Iβ、cosαz、cosβz分别求偏导,发现在上述区域边界内无驻点,即无极大值。最后在区域的顶点(C1/2,1,1)处找到此区域内的效率最大值。点(C1/2,1,1)意味着Iβ=Iα=C1/2,cosαz=cosβz=1,即两相负载电流相等,且两相负载的功率因数为1。因此,变压器在两相负载完全平衡且功率因数为1时,运行效率最高。
综上所述,星形-双梯形接线平衡变压器在两相负载不平衡时能有效抑制负序电流的产生;变压器输出的视在功率一定时,运行效率最大值在两相负载对称时出现。
3 仿真分析
为研究星形-双梯形接线平衡变压器两相运行方式下的负序特性及变压器效率特性,本文利用MATLAB仿真工具建立系统仿真模型。由于电气化高速铁路机车一般为交直交电力机车,采取四象限脉宽调制整流控制方式,功率因数接近1[11,12,13],因此用电阻来模拟负载。仿真模型如图3所示。
利用对称分量法分析不同负载工况下一次侧电流的正、负序分量,从而计算出不平衡度[14,15,16];同时通过测量变压器的输入、输出功率,计算变压器的效率。
变压器参数设置如下:SN=20 MV·A;三相交流电源电压为110 k V,二次侧两端口输出电压均为27.5 k V;变压器A相和C相的参数设置相同,对照图3的变压器模型给出A相和B相的具体仿真参数如表2所示,其中电阻、电感均为归算到一次侧的标幺值。
由以上参数可算出额定电流下变压器的短路损耗PKN=I21NR∑,R∑为折算到一次侧的所有电阻之和;I1N=105 A,I2N=364 A,PKN=152 k W;设P0=0.25PKN,则计算得P0=37.8 kW,变比K1=1,K2=5.657,K3=3.266,K4=7.727 6。将表2中的标幺值换算成实际值可得RA=3.36Ω,R′a2=1.815Ω。
3.1 负序特性仿真
根据不同的负载运行工况,对一次侧的正序电流、负序电流和负载电流进行测量,给出了6种运行工况下的数据,如表3所示。
由表3可知,一相负载电流的任意变化对另一相负载电流基本没有影响,这说明星形-双梯形接线平衡变压器二次侧两相之间既无电气上的联系,又无互感阻抗的影响。依据表3绘制二次侧负载电流比变化时一次侧电流的不平衡度曲线,如图4所示。
仿真模拟纯电阻负载,因此变压器二次侧两相端口的阻抗角αz=βz。由图4可知,当其中一相空载时,负序电流基本等于正序电流,电流不平衡度约为1;两相负载对称时,负序电流为0,电流不平衡度为0;两相负载不相等且负荷呈一定比例关系时,电流不平衡度随着比例m的减小而增大。仿真分析结果与第2.1节中的理论推导相符合,证明了推导的正确性。
3.2 效率特性仿真
改变负载的大小,使端口两相负载电流关系符合Iβ/Iα=m。将设置的参数代入式(15)得:
由式(19)、(20)得变压器效率:
对m分别取0.1、0.4、0.7、1,使α相电流从0增大到370 A,测量其对应工况下的变压器效率,相关数据如表4所示,并依据表4绘制不同m值下变压器效率曲线如图5所示。由图5可知,变压器效率随负载电流增大而增大。在同等负载电流情况下,m越接近1,效率越高,说明两相负载对称的情况较不对的情况,变压器运行效率更高。
文献[10]给出以负载系数γ为变量的变压器效率公式,并指出处变压器效率最高。根据本文设置的仿真参数,可计算出本变压器最大效率时的负载系数γmax=0.5,而γ=I2/I2N(I2为变压器二次侧电流),则:
由表4可知,m=1且Iα=182.4 A时效率最大为0.992 8。仿真结果与理论研究相符,证明星形-双梯形接线平衡变压器在变压器输出功率一定的情况下,两相负载对称且功率因数为1时能取得最大效率,负载系数由变压器的空载损耗和短路损耗决定。
4 结语
本文通过对星形-双梯形接线三相变两相平衡变压器仿真分析得到如下结论。
a.二次侧端口负载完全对称时,负序电流几乎为0;负载不对称时,能在一定程度上抑制负序电流的产生,效果优于电气化铁道中常用的V/V接线变压器。
b.在变压器输出视在功率相同的情况下,两相负载对称且功率因数为1时,变压器运行效率最高。
c.星形-双梯形接线三相变两相平衡变压器作为主变压器应用于电气化铁道中时,应最大限度使牵引变电所两臂负荷对称,同时采用四象限脉宽调制整流控制方式使功率因数接近1,既可大幅减少电力系统中的负序电流,又能提高变压器的运行效率。
摘要：由于现有电气化铁道牵引负荷的不对称性,导致电力系统含有大量负序电流,牵引变压器运行效率不高。为了解决上述问题,对星形-双梯形接线三相变两相平衡变压器进行了研究,重点分析其负序特性及效率特性,并在不同负载工况下,探讨一次侧电流不平衡度及变压器运行效率的情况,得出了电流不平衡度为零且变压器运行效率最高的条件。通过MATLAB建模对其负序特性与效率特性进行了仿真研究,结果表明该变压器能抑制负序电流的产生。