配电变压器的接线组别比较

接线图 2023年10月06日 21:10 362 admin

我国在城乡配电网建设与改造中，Yyn0接线组别的配电变压器（以下简称配变）使用量最大，Dyn11接线的配变应用较少，而Yzn11接线的配变应用更少。而国际上，如日本、德国、瑞士等多数国家则采用Dyn11接线的配变；在非洲湿热带地区，雷暴日多达130～154天，这些地区普遍采用Yzn11接线的配变。
为什么Yyn0接线的配变在我国应用如此普遍呢。早期建设的低压电网，均采用Yyn0接线的配变，因为Dyn11接线的配变不能满足并列运行条件，因此影响了它的推广应用。20世纪80年代以前，电网负荷结构比较简单，谐波的危害并没有引起人们的重视。20世纪80年代以后，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波的危害也日趋严重。我国于1993年才完成了国家标准（GB/T14549-93）《电能质量公用电网谐波》的制定，这也影响了Dyn11接线配变的推广应用。Yzn11接线的配变，到20世纪80年代才列入国家系列标准，由于宣传力度不够，人们对此产品缺乏认识，加上造价较高，因此影响了它的推广运用。
深入开展配变接线组别的应用研究，做到配变接线组别的科学选用，对降低配网线损、改善电能质量、提高供电可靠性、实现配电网的安全稳定运行具有重要的意义。为此，本文拟对Yyn0、Dyn11和Yzn11三种接线组别配变的性能进行分析与比较，以明晰配变接线组别的科学选用。
1 不同接线组别对电势波形的影响
要使变压器铁芯中的磁通波形保持正弦波，励磁电流中的各种奇次谐波电流是必要的，特别是较强的三次谐波电流，尤为重要。三次谐波电流的流通情况，是与绕组的接线组别密切相关的，而三次谐波磁通的流通情况，又与铁芯的结构型式密切相关。变压器三相空载电流中的三次谐波电流的特点是：同时、同相位、同大小。它在不同接线组别的变压器中，对电势波形的影响是不同的。
1.1 Yyn0配变中的三次谐波
对于Yyn0接线的三相配变，因高压侧绕组为“Y”形连接，励磁电流中所必需的三次谐波电流分量不能流通，其波形接近于正弦波。因此磁通波形呈平顶波而含有三次谐波分量，引起磁通波形畸变。此时，变压器一、二次各相绕组中感应出的相电势中出现三次谐波。但是配变低压侧为“yn”接线，且有中性线引出，三次谐波相电势便在二次回路中产生三次谐波电流。由于一次侧没有三次谐波电流和二次侧相平衡，因此二次侧三次谐波电流起到了励磁作用，它与高压侧空载电流一起共同建立主磁通，使一、二次侧的感应相电势近似保持为正弦波形，相电势中含有三次谐波。
1.2 Dyn11配变中的三次谐波
对于Dyn11接线的三相配变，因高压侧绕组为“D”形连接，励磁电流中三次谐波分量可在一次绕组三相线圈中形成环流。每相绕组中的励磁电流叠加后呈尖顶波，铁芯中的磁通呈正弦波，在一、二次侧绕组中感应的相电势基本上保持正弦波形，三次谐波分量大为减少。
1.3 Yzn11配变中三次谐波
对于Yzn11接线的三相配变，三次谐波在此系统中的情况与Yyn0接线的配变基本相同，只有一点不同，就是Yyn0接线的配变低压侧的三次谐波电流能起到励磁作用，而Yzn11接线的配变低压侧中的三次谐波电流在每个铁芯中所产生的总磁势为零，故不起励磁作用，因而使高、低压侧的相电势波形稍有畸变，相电势仍近似保持为正弦波形。三次谐波分量大。
北京电力公司为了调查、了解、分析、研究居民社区低压电网的电能质量状况，从1998～2000年对北京20个居民住宅小区和3座居民楼进行了长时间的谐波监测，有关数据统计见表1。
表1 谐波测量数据
配电变压器的接线组别比较第1张
为了验证不同接线组别对电势波形的影响，将变压器F由原来的Yyn0接线换为Dyn11接线。换前进行测试，电压总谐波畸变率为5.88%，3次谐波电压含有率为5.61%；换后，在负荷及背景不变的情况下，电压总畸变率降为1.8%，3次谐波电压含有率降为0.5%。
通过以上谐波监测数据和实验证明，不同接线组别的配变对电势波形的影响是有较大差别的。
2 耐雷性能比较
运行经验证明，当变压器采用避雷器作为防雷保护后，仍有一些变压器（特别是多雷区）发生雷击事故。为减少雷害事故、提高供电可靠性，现对常用的几种不同接线组别的配电变压器的耐雷性能做简单比较。
2.1 Yyn0接线配变的耐雷性能
当变压器高压侧遭受直击雷或感应雷时，避雷器动作，雷电流经避雷器和接地装置泄入大地，在接地电阻上产生压降。此压降绝大部分作用在低压侧绕组的中性点上，使中性点的电位大大抬高。由于变压器一次侧绕组采用星形接线，且中性点不接地，因此在一次侧绕组上，虽有脉冲电动势，但无冲击电流通过。冲击电流只在低压绕组中流通，而一次侧绕组中没有对应的冲击电流与此相平衡，因此低压绕组中的冲击电流全部成为励磁电流，产生很大的零序磁通，在变压器高压侧产生一个很高的感应电压，这个感应电压沿着绕组分布，在高压侧中性点处电位最高，因此中性点绝缘最容易被击穿。同时，层间和匝间的电位梯度也相应提高，可能在其它部位发生层间或匝间的绝缘击穿。这种过电压首先是由高压侧雷电波引起的，再由低压绕组感应至高压绕组，这种过电压通常称为逆变换过电压。它的幅值取决于雷电波电流的幅值、波长、接地电阻以及变压器的变压比等因素。
当雷电波由低压线路侵入时，配电变压器低压绕组中就有冲击电流流过，这个冲击电流也同样按匝数比在高压绕组上产生感应电动势，使高压侧中性点电位大大提高，层间和匝间的电位梯度也相应的增加，这种由低压侧雷电波在高压侧感应出过电压的过程，通常称为正变换过电压。
根据理论分析和雷电击坏Yyn0变压器的解体分析，可知Yyn0变压器的主要威胁来自正、逆变换所引起的过电压。不管是正变换过电压，还是逆变换过电压，均是由于低压绕组中有雷电流流过，并在高压绕组中感应出高电压而击坏变压器的。由此不难看出，Yyn0接线变压器抵御雷电过电压的能力是较差的。
2.2 Yzn11接线配变的耐雷性能
Yzn11接线的配变，把每一相低压绕组分成匝数相等的两个“半绕组”，分别绕在不同相的铁芯柱上，把一个铁芯柱上的上部的“半绕组”与另一个铁芯柱上的下部的“半绕组”进行反向串接形成相绕组。当低压侧落雷时，雷电流同时通过三相绕组经接地装置入地。此时，每个铁芯柱上的两个“半绕组”产生的零序磁通，大小相等，方向相反，铁芯柱中零序总磁通为零。当高压侧落雷时，避雷器动作，压降作用在低压绕组的中性点上，低压绕组有雷电流通过，在此情况下，铁芯中的零序总磁通仍为零，所不同的只是雷电流在低压绕组的流动方向与低压侧雷电波时相反，因此可防止逆变换过电压。关于Yzn11变压器，我国华南地区曾有应用，有的运行了30年之久，也未发生雷害损坏变压器的事故。根据海南岛多雷区Yzn11变压器试运行记录资料分析，8台Yzn11配电变压器，高压侧受雷100次，雷电流大于1kA的有8次，其中检测到最大的雷电流幅值为8.44kA，8台变压器都经受了考验，没有一台损坏，运行情况良好。大量研究结论和运行经验表明，Yzn11接线配电变压器是一种耐雷性能良好的配电变压器。
2.3 Dyn11接线配变的耐雷性能
Dyn11接线的配电变压器，由于高压侧采用三角形接线，所以雷电流可以在“D”接线的高压绕组的闭合回路内流通，雷电流在每个铁芯柱上的总磁势几乎为零，消除了正、逆变换过电压。Dyn11接线配电变压器的耐雷性能较好。