詹铸 王坤 李俊华 许辉 侯艳 张旭超
（河南省电力公司郑州供电公司 河南郑州 450000）
摘要：电力系统中变压器接线形式一般采用YN,d,少数YN,yn接线的变压器也必定加入一个不带负荷的三角形平衡绕组，那么三角形绕组到底在变压器中起到什么作用，以至于在YN,y接线的变压器中需要加入一个“累赘”平衡绕组？本文深层次从磁通波形，电动势波形分析了三角形绕组在变压器中必不可少的作用。
关键词：三角形绕组，平衡绕组，磁通，电动势
1、引言
随着电力系统的发展，全球能源互联在即，联网规模也由小到大，电压等级不断升高。在建设跨国甚至是跨洲电力网的同时，电力变压器承担着不可或缺的作用，而变压器的联结组别一直是变压器运行的重要参数。变压器的接线组别对于降低损耗，提高供电质量和供电可靠性起着至关重要的作用。我们知道国标规定110kV及其以上电压等级的变压器中性点必须可靠接地，目的是降低变压器绝缘要求，节省成本，同时在电网三相不平衡时可以有效抑制中性点电压漂移。那么为何绝大多数变压器都必定有一侧绕组为三角形绕组，即使YN,yn联结的变压器还要再加入一个三角形平衡绕组呢？
2变压器空载运行简析
为简单起见，先以单相变压器进行分析，在对称负载的情况下，分析的结论完全适用于三相变压器。由于空载是变压器副边电流为零的一种运行状态，它是负载运行的一个特殊情况，通过空载运行分析，可以清楚地分析变压器的电磁关系。
2.1主磁通感应电动势分析
2.2空载电流波形分析
变压器铁芯中存在铁耗，包括磁滞损耗和涡流损耗，而且磁滞损耗占铁耗大部分。利用动态磁滞回线，用图解法可求出激磁电流的波形如下：
图2考虑铁耗时空载电流波形
在图2中，首先作出磁通波形1，磁化电流波形2（考虑到饱和的影响为尖顶波），根据电动势落后主磁通90°可作出电动势波形3，铁耗电流与电动势反相，可作出铁耗电流4波形，最后把铁耗电流4与磁化电流5波形叠加得到空载电流5。可见空载电流为尖顶波，超前主磁通一个α角。
由图解法分析可知：
当施加电压 为正弦波时，与其平衡的电动势 以及感应电动势的主磁通 也应是正弦波，但由于铁芯的饱和关系，使得激磁电流畸变为尖顶波，饱和程度越高畸变越厉害。尖顶波的激磁电流可分解为基波和3,5,7等一系列奇次谐波，由于高次谐波幅值很小，主要是三次谐波。
2.3三相变压器空载运行时电动势波形分析
由图1 、图2分析知道单相变压器空载电流，当外部施加电压为正弦波时，主磁通为正弦波，由于变压器铁芯的饱和原因，空载电流为尖顶波，分解之后，除了含有基波外还有较强的三次谐波。在三相变压器中，由于原边绕组的联结方式不同，空载电流中的三次谐波电流不一定能流通，这将影响主磁通和相电动势波形！
三相三次谐波电流表达式如下
图3正弦激磁电流产生的磁通波形
可见正弦激磁电流产生的主磁通为一平顶波，平顶波的主磁通中除了含有基波磁通外还含有一定量的三次谐波磁通。导致感应电动势 也含有一定量的三次谐波，当三次谐波电动势过大就有可能导致过电压，破坏绝缘，电力系统绝对不允许这种情况发生。
在三相变压器组中，三相磁路彼此独立，三次谐波磁通和基波磁通沿同一磁路闭合，由于磁路的磁阻小，故三次谐波磁通较大，加上三次谐波的频率为基波频率的三倍，所以由它感应的三次谐波电动势相当大，结果使相电动势的波形畸变，最大值升高许多，可能将线圈击穿。
在三相心式变压器中，由于三相磁路彼此相互联系，三相三次谐波磁通又彼此同相位同大小，不能沿铁芯闭合，只能借助油、油箱壁、空气等形成通路，引起附加的涡流损耗，使变压器效率降低，局部发热。
2.3.2 D,y和Y,d联结的三相变压器
当三相变压器采用D,y联结时，原边相电动势中的三次谐波电动势在三角形内产生三次谐波电流，最终使主磁通接近正弦波，由它感应的原、副边电动势 和 也接近正弦波。
当三相变压器采用Y,d联结时，这时原边空载电流中的三次谐波分量不能流通，因此原、副边相电动势都出现三次谐波。但因副边为三角形联结，三次谐波相电动势边在副边三角形的闭合回路内产生三次谐波电流。由于原边没有三次谐波电流和副边平衡，因此副边的三次谐波电流起着激磁电流的作用。这是变压器的主磁通就由原边正弦的空载电流和副边的三次谐波电流共同建立。
3总结
由以上分析可知，在三相变压器中，通常将原、副绕组中一个接成三角形，以保证相电动势接近正弦波。在大容量的电力变压器中，当需要在原、副边都接成星型接法时，需要再加上一个三角形绕组。这个三角形绕组不带负荷，主要目的是为三次谐波提供电流的通路，以保证主磁通接近正弦波，改善相电动势波形，进而保证变压器输出的电压接近正弦波，确保供电质量，防止电力系统继电保护装置误动作，避免造成不必要的损失。
参考文献：
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[2]张成飞,李英,苏忠焕,王贵娟,胡伟. 平衡绕组对星形绕组中性点电位漂移影响的计算与仿真[J]. ,2014,v.51;No.52102:34-37.
[3]李永刚,李俊卿,孙丽玲. 电机学[M]. ,2014,41-80.
作者简介：
詹铸(1966－)，男，河南郑州人，高级技师，高级工程师，研究方向：变电运维；
王坤（1965－），男，河南郑州人，高级技师，高级工程师，研究方向：变电运维智能化；
李俊华（1970－），男，河南登封人，高级技师，研究方向：变电运维；
许辉（1979－），男，河南郑州人，高级技师，研究方向：变电运维；
侯艳（1978－），女，河南郑州人，技师，研究方向：变电运维智能化；
张旭超(1992－)，男，河南新野人，研究方向：变电运维；
论文作者:詹铸,王坤,李俊华,许辉,侯艳,张旭超
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/1
标签：电动势论文; 谐波论文; 电流论文; 绕组论文; 角形论文; 波形论文; 变压器论文; 《电力设备》2016年第9期论文;