電力變壓器穩(wěn)定繞組對(duì)低壓繞組中性點(diǎn)電位漂移的影響

電力變壓器穩(wěn)定繞組對(duì)低壓繞組中性點(diǎn)電位漂移的影響詹小彬，蘇鐘煥，譚黎軍，王貴娟，張成飛(特變電工衡陽變壓器有限公司)摘要：介紹了穩(wěn)定繞組對(duì)低壓繞組中性點(diǎn)電位漂移的電磁耦合作用，推導(dǎo)中性點(diǎn)及線端對(duì)地電位的解析公式，并提出此類問題的解決方案。關(guān)鍵詞：穩(wěn)定繞組；電磁耦合；電位漂移InfluenceofStableWindingtoPotentialDriftageofNeutralPointofLVWindinginPowerTransformerZhanXiao-Bin，SuZhong-Huan，TanLi-Jun，WangGui-Juan，ZhangCheng-Fei(TBEAHengyangTransformerCo.Ltd.,Hengyang421007China)Abstract:TheelectromagneticcouplingeffectonstablewindingtopotentialdriftageofneutralpointofLVwinding,thendeduceanalyticalformulationofneutralpointandlineterminalpotentialtoground,andprovidesolutionoftheseproblem..KeyWords：Stablewinding，Electromagneticcoupling，Potentialdriftage前言大多數(shù)Y,y聯(lián)結(jié)組接變壓器，為了讓變壓器能夠獲得與施加電壓波形相對(duì)應(yīng)的正弦磁通，一般增加三角形接法的穩(wěn)定繞組用于提供三次諧波電流通路，使變壓器處于自由勵(lì)磁狀態(tài)。穩(wěn)定繞組通常在變壓器內(nèi)部形成三角形接法后由單套管引出或由雙套管引出在外部形成三角形接法，變壓器正常運(yùn)行時(shí)，引出套管均會(huì)可靠接地。在許多用作聯(lián)絡(luò)變壓器的220千伏自耦變壓器中，其接法通常為YNaOynO+d[l]有些500kV換流站站用變接法也常用YNyn0+d，這些變壓器都帶有附加的穩(wěn)定繞組，變壓器運(yùn)行時(shí)，由于低壓繞組中性點(diǎn)不接地,而穩(wěn)定繞組三角形中只有一點(diǎn)接地，典型連接示意如圖1所示。則此時(shí)繞組間的電容耦合作用將使得低壓側(cè)中性點(diǎn)電位產(chǎn)生漂移，從而導(dǎo)致低壓側(cè)三相對(duì)地電壓發(fā)生不同程度的偏移。oA（Am）0（Hm）C（Cm）Qabc也 %

圖1繞組聯(lián)接示意圖Fig.1Connectiondiagramofwinding對(duì)此類問題的計(jì)算分析，常見的方法有基于變壓器結(jié)構(gòu)圖和電壓矢量圖來推導(dǎo)y接繞組中性點(diǎn)電位如圖2所示，但此方法提出穩(wěn)定繞組的虛擬中性點(diǎn)電位［1，］無實(shí)際對(duì)應(yīng)物理量，分析具有一定難度；也有采用口形等值繞組建立穩(wěn)定繞組與Y繞組的等值電路如圖3所示，通過求解電路獲得穩(wěn)定繞組中性點(diǎn)電位的解析表達(dá)式，但此方法求解過程中網(wǎng)孔回路較多，過程比較繁瑣。本文主要針對(duì)這一問題的本質(zhì)，從電場、磁場耦合的基本原理對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行闡述求解，得出相關(guān)的解析表達(dá)式，方便讀者理解與計(jì)算。Fig.2Vectorgramofthree-phasevoltageB相C相1C223Fig.2Vectorgramofthree-phasevoltageB相C相1C223圖3三相等值電路Fig.3Equivalentcircuitbetweenthree-phase分析求解過程工頻下變壓器內(nèi)部電磁場符合似穩(wěn)場特性,電磁耦合作用使得低壓繞組（三相導(dǎo)體間）上的自由電子將在導(dǎo)體表面上重新分布以達(dá)到庫侖場與渦旋場的平衡，由于電荷不能通過電介質(zhì)以致于低壓繞組在開路

運(yùn)行時(shí)，這一懸浮體上的凈電荷始終保持為零。根據(jù)這一原理，我們可以解析高壓繞組、穩(wěn)定繞組通過電磁耦合作用在低壓繞組上所產(chǎn)生的電荷代數(shù)和來求解低壓繞組中性點(diǎn)對(duì)地電位9。LoYNynO+dl接法變壓器的典型性繞組連接如圖4所示，繞組局部排列圖如圖5所示，穩(wěn)定繞組線端a引s出接地。SVLVHV(MV)圖4繞組連接示意圖圖5繞組排列圖Fig.4ConnectiondiagramofwindingFig.5Arrangementofwinding0A(Am)B(Bm)口帥)oobcasbscSVLVHV(MV)圖4繞組連接示意圖圖5繞組排列圖Fig.4ConnectiondiagramofwindingFig.5Arrangementofwinding高低繞組間電容、低穩(wěn)高低繞組間電容、低穩(wěn)設(shè)高壓繞組、低壓繞組、穩(wěn)定繞組上的額定相電壓分別為%、Ulv、Usv繞組間電容分別為c C，低壓繞組中性點(diǎn)對(duì)地電位為9；空載運(yùn)行時(shí)，由于交變主磁通的存在,TOC\o"1-5"\h\zHLLS Lo任一時(shí)刻線圈對(duì)地電位沿電抗高度方向呈線性分布。假設(shè)繞組電抗高度均為1,貝吮時(shí)刻距繞組下端部x(xwHlj的位置A相高壓、低壓、穩(wěn)定繞組電位分別為<2Usin(?t)x,J2Usin@t)x+9小2U sin@t)(x一1)；\o"CurrentDocument"HV LV Lo SVt時(shí)刻在距繞組下端部x(xwHlj的位置B相高壓、低壓、穩(wěn)定繞組電位分別為V-'2Usin@t-120°)x,J2Usin@t-120°)x+9,%2U(sin@t+120°)+sin@t-120°)x)HV LV Lo SVt時(shí)刻在距繞組下端部x(xet),1])的位置C相高壓、低壓、穩(wěn)定繞組電位分別為<2Usin(wt+120°)x,p2Usin@t+120°)x+9,J2Usin@t+120°)xHV LV Lo SV低壓繞組t時(shí)刻通過電容耦合過來的電荷總量為:

Q=J*1(邁U sin(?t)x+0-v'2U sin(et)x)Cdx0 LV Lo HV HL+J1( 2U sin(?t-120。)x+Q=J*1(邁U sin(?t)x+0-v'2U sin(et)x)Cdx0 LV Lo HV HL+J1( 2U sin(?t-120。)x+0 -J2U sin(?t-120。)x)C dxLV Lo HV HL+ sin(?t+120。)x+0 -、.2U sin(?t+120。)x)C dx0 LV Lo HV HL+J1(J2U sin(?t)x+0-\.2U sin(?t)(x-1))Cdx0 LV Lo SV LS+J1(\：2U sin(?t-120。)x+0--：2U (sin(?t+120。)+sin(?t-120。)x))Cdx+J1(、2U0LoLo SVsin(?t+120。)x+0-\2U sin(?t+120。)x)CdxLV Lo SV LSLVLSQ=3(C+C)0+CG；2Usin(?t)—邁U sin(?t+120。))LsHLLoLS SV SVLo(1)根據(jù)電荷守恒Q二0得：0=(邁Usin(?t+120。)―、遼U sin(?t))C/3(C+C)Lo SV SV LS Ls HL(2)t時(shí)刻低壓繞組線端A、B、C對(duì)地電位分別為:0 =0+、2U sin(?t)ao Lo LV(3)0=0 +、.2U sin@t-120。)bo Lo LVLo(4)0=0*2U sin@t+120。)co Lo LVLo(5)從式3-5可以看出低壓繞組中性點(diǎn)對(duì)地電位、線端對(duì)地電位均為隨時(shí)間t作周期性變化的正弦量，為了方便記憶，我們將低壓繞組中性點(diǎn)對(duì)地、線端對(duì)地電位寫成相量形式如式6-9:0ao0bo0coC(UZ120。一UZ0。)=—LSSV S^-3(C+C)LSHL=0 +U Z00LoLV=0 +UZ-120。LoLV=0 +U420。LoLV(6)(7)(8)(9)ss同理可以推導(dǎo)出YNynO+dl接法變壓器，穩(wěn)定繞組線端b、c分別引出接地時(shí)中性點(diǎn)電位如式10、式ssb接地時(shí)中性點(diǎn)電位:0b接地時(shí)中性點(diǎn)電位:0s LoC(UZ0。一UZ-120。)=—LSSV S^-3(C+C)

LSHLc接地時(shí)中性點(diǎn)電位:C=CLS『Z120°-八一120°)c接地時(shí)中性點(diǎn)電位:C=CLS『Z120°-八一120°)s Lo弁 SV-3(C+C)LSHL(11)YNynO+dll接法變壓器繞組如圖1所示,穩(wěn)定繞組線端a、b、Css分別引出接地時(shí)中性點(diǎn)電位如式12-14所示：接地時(shí)中性點(diǎn)電位:CPLoC(UZ-120°-UZ0°)=—LS SV SV—3(C+C)LSHL(12)接地時(shí)中性點(diǎn)電位：CPLoC(UZ120°-UZ-120。)=—LS弁 SV-3(C+C)LSHL(13)接地時(shí)中性點(diǎn)電位：化C(UZ0°-U Z120°)=―LS SV SVC—3(C+C)LSHL(14)但在現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)低壓繞組與電壓互以上解析求解過程僅考慮變壓器內(nèi)部自身部分電容的耦合作用，感器、母線等相連接，接線原理圖如圖6所示。有時(shí)CVT等效電容、低壓母線對(duì)地分布電容不但不能忽略而但在現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)低壓繞組與電壓互且有時(shí)還比繞組間電容要大，為了提高計(jì)算精度，在計(jì)算中應(yīng)予以考慮。圖6運(yùn)行接線原理圖Fig.6Thewiringdiagramofoperation設(shè)CVT等效電容為C 、低壓母線等效電容C ，若變壓器繞組聯(lián)接如圖1所示，則式1應(yīng)改為:CVT busQ=3(C+C+C+C)C+CG;'2U sin(?t)—2U sin@t+120°))LsHL CVTbusLoLS SV SVC=(邁Usin@t+120°)-邁U sin@t))C/3(C+C+C+C)Lo SV SV LS Ls HL CVTbus寫成相量形式:(15)C(UZ120°-UZ0°)(15)(p =LSSV SV—Lo 3(C+C+C+C)LSHLCVTbus同理，式10-14可根據(jù)式15進(jìn)行更改。實(shí)例計(jì)算

例1口］某臺(tái)OSFS10-120000/220自耦無載調(diào)壓變壓器，其接法為YNa0ynO+dll,額定電壓為：(220±2X2.5%)/115/37.5/llkV；繞組聯(lián)接圖見圖1,線圈排列穩(wěn)-低沖-高，見圖5；繞組間電容C =2.33nF、C=3.60nF。求：該變壓器處于高壓■中壓自耦運(yùn)行狀態(tài)，低壓側(cè)開路時(shí)的中性點(diǎn)及MLLS低壓各相對(duì)地電位。C(UZ-120?！猆Z0。) 3.6x(11Z-120?！?1Z0。)■SV SV3(C+C)LsHL3x(3.6+2.33)=—■SV SV3(C+C)LsHL3x(3.6+2.33)0=e+UZ0°=3.86Z-150。+37.5Z0。I込=18.41Z-6.02°TOC\o"1-5"\h\zao Lo LV0=0+UZ-120。=3.86Z-150°+37.5Z-120°/?込=24.78Z—124.47。bo Lo LV0=0+U/120。=3.86Z-150°+37.5Z120。/訂=21.99Z130.11。co Lo LV表1低壓側(cè)中性點(diǎn)及線端電壓計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比表Table1ThecomparisionbetweencalculatedandtestedvoltageoftheneutralpointandlineterminalofLVwinding幅值/相位中性點(diǎn)A相B相C相幅值實(shí)測值/kV1.920.0826.6823.47計(jì)算值/kV3.8618.4125.0721.99計(jì)算誤差/%103.2%-8.32%-6.03%-6.31%相角實(shí)測值/度----計(jì)算值/度-150°-6.02°-124.47°130.11°計(jì)算誤差/%-——例2某臺(tái)站用變SFP-240000/500無載調(diào)壓變壓器，其接法為YNOynO+dl,額定電壓為：(500±2X2.5%)/35/35kV；繞組聯(lián)接圖見圖4,線圈排列穩(wěn)-低-高，見圖5。高低間繞組電容實(shí)測值：C=2.6nF、MLC=8.33nF，現(xiàn)場運(yùn)行接線原理圖如圖6所示，CVT等值電容20nF。求：該變壓器高壓勵(lì)磁，低壓側(cè)空載Ls開路時(shí)的中性點(diǎn)及低壓各相對(duì)地位；C(UZ120。-UZ0。)8.33x(35Z120。-35Z0。)解:3x(8.33+2.6+20)0 =lssv sv解:3x(8.33+2.6+20)Lo 3(C+C+C)LsHLCVT0=0+U上0。=5.44/150。+35Z0°/舅=15.73Z9.96。ao Lo LV0=0+UZ-120°=5.44Z150。+35Z-120°/込=20.93Z-135.07°boLo LV(p=e+U420。=5.44450。+35420。/込=25.07Z126.23。co Lo LV表2低壓側(cè)中性點(diǎn)及線端電壓計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比表Table2ThecomparisionbetweencalculatedandtestedvoltageoftheneutralpointandlineterminalofLVwinding幅值/相位中性點(diǎn)A相B相C相幅值實(shí)測值/kV5.2416.520.924.3計(jì)算值/kV5.4415.7320.9325.07計(jì)算誤差/%3.82%3.6%0.5%-2.2%相角實(shí)測值/度143.04°9.96°-131.04°126.96°計(jì)算值/度150°9.96°-135.07°126.23°計(jì)算誤差/%4.87%--3.08%-0.57%結(jié)論本文針對(duì)D接穩(wěn)定繞組一點(diǎn)接地時(shí)對(duì)Y接低壓繞組中性點(diǎn)電位產(chǎn)生影響這一現(xiàn)象，從原理上進(jìn)行分析，推導(dǎo)出解析公式便于計(jì)算，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)測值證明解析公式的正確性。例1采