030 变压器零序阻抗的实测与计算

变压器零序阻抗的实测与计算

袁凌

(武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072)

摘要：文章阐述了变压器零序电抗的实测方法并给出了折算成标幺值的公式，同时分析了常用的变压器零序电抗与正序阻抗之间的关系，为简化计算提供了方便。

关键词：变压器；零序阻抗；实测；简化

1变压器零序阻抗及等值电路图

电力系统中为了对接地性质的系统短路故障采用相应的有效的保护措施，需要确定系统中各电气设备的零序参数，变压器的零序阻抗便是其中之一。

变压器零序阻抗是指零序电流流过变压器三相对称电路时遇到的阻抗。

变压器的零序等值电路可以用三端T型电路来表示，见图

1。X G0、X Z0相当于零序漏电抗，X m0为零序激磁电抗。

2 实测与计算目的

三相变压器的零序阻抗特性与绕组的连接方式有关。在有三角形接线绕组时，在三角形接线绕组形成的平衡安匝作用的情况下，电压与电流间的关系是线性的，也就是说，零序阻抗是个定值。但对于没有三角形接线绕组的变压器，例如全星形三相三芯式自耦变压器来说，其零序阻抗由于油箱外壳磁化作用的影响，是一个变化的数值。图2所示为全星形三相三芯式自耦变压器做零序开路试验的特性曲

线，Z1，0(%)、Z2，0(%)、Z3，0(%)代表从高、中、低三侧加压时，Z0(%)

随着外施零序电压U0(%)的变化而呈现的非线性变化关系。因此其零序阻抗的稳定饱和值要实测确定。

零序阻抗还取决于绕组和铁芯之间的结构布置，因此在不同绕组上测量时就会有差异。零序阻抗也与铁芯结构型式有关。三相三柱式铁芯结构的变压器，零序磁通必须通过铁芯与油箱之间的空气隙和油箱形成回路，其零序阻抗较小。而三相五柱式铁芯结构的变压器，零序磁通则可通过旁轭形成回路，因此其零序阻抗较大。

即使2台相同规格，但绕组排列方式不同的变压器，例如Y0/y0/Δ型接线与Y0/Δ/y0接线的变压器零序阻抗也有差别。因此，在实际计算中，变压器零

序阻抗最好取实测值。

3不同类型变压器零序阻抗实测、计算与等值电路图

根据变压器接线组别、中性点引出线的不同，零序阻抗的测试方法有所不同，下面对电网中应用广泛的几种变压器的零序阻抗的测量、计算方法逐一论述。

3.1Y0/y0/Δ和Y0/Δ型接线变压器

Y0/Δ接线双绕组变压器与Y0/y0/Δ接线三绕组变压器，只有一个中性点引出线，其Y、Δ绕组中零序电流无法流通，零序阻抗的测量只需在带有中性点的Y0绕组上进行，将单相电压U0施加于Y0绕组中接在一起的

三相端子与中性点端子之间，其余绕组的外部连接可以开路，也可以短路。测量其输入三相绕组的电流I，得到零序阻抗 X0=3U0/I0其零序阻抗实验接线见图3、图4，实测数据结果见表1。

3.2Y0/y0/Δ型接线变压器

Y0/y0/Δ型接线变压器具有2个中性点引出线，由于2个Y0绕组的中性点都引至箱盖上。因此在实测时采取分别从2个绕组的三相连在一起的线路端和中性点端之间施加电压，而另一绕组的三相连在一起的线路端和中性点端之间开路和短路的方法，共做4次测量。

a. 高压方加零序电压，中压方开路(低压除Δ绕组封闭外，对外永远开路)，得：

X G0 +X m0=A

b. 高压方加零序电压，中压方三相对中性点短路(低压同上)，得：

X G0+X Z0∥X m0=B c. 中压方加零序电压，高压方开路(低压同上)，得：

X Z0+X m0=C

d. 中压方加零序电压，高压方三相对中性点短路(低压同上)，得

X Z0+X m0∥X G0=D

根据4个实测数据A、B、C、D可推出：

其零序阻抗实验接线见图5。实测数据结果见表2。　

4变压器零序阻抗与正序阻抗的关系及简化

根据零序阻抗实测及计算结果表明，变压器零序阻抗与正序阻抗之间存在经验关系式。

4.1三柱芯式变压器

普通的三相变压器广泛采用三柱铁芯式结构和Y0/y0/Δ型、Y0/y/Δ接线型式。三柱芯式变压器的零序磁通在铁芯中不能构成回路，它必须逸出铁芯，经绝缘油，最后由变压器油箱返回，因此变压器油箱成为零序磁路的组成部分，零序磁通在油箱中将感应产生涡流，这些涡流与三相绕组零序电流反向，使变压器油箱表现为一个附加“Δ”绕组的作用。这种作用加上零序磁路磁阻大的特点，使三柱芯式变压器不论从哪一绕组供电，其零序阻抗均比正序阻抗小。根据实测结果约为X0≈0.8X1，即2绕组间零序阻抗为相应绕组间正序阻抗的80%。

4.2三相五柱芯式变压器

容量很大的普通变压器，为了改善零序磁路，同时降低本身高度，采用三相五柱芯式结构。三相五柱芯式变压器的铁芯由于零序磁通可以通过旁轭在铁芯内形成回路，因此当中压绕组在高、低压绕组之间，即最广泛应用的YN/yn/d11接线时，高压供电的开路零序阻抗与高—低运行的短路阻抗(正序阻抗)相同，短路零序阻抗与高—中运行的短路阻抗(正序阻抗)也相同，根据实测结果有X0≈X1，即2绕组间零序阻抗等于相

应绕组间正序阻抗。

同样是五柱芯式变压器，如果低压绕组在高、中压绕组之间即Y0/Δ/y0接线时，高压和中压供电时的开路、短路零序阻抗相同，且开路零序阻抗与变压器高—低运行及中—低运行时的短路阻抗(正序阻抗)相同，但高压供电时的零序阻抗由于受到低压绕组的影响远小于高—中运行时的短路阻抗(正序阻抗)。因此其零序阻抗与正序阻抗无特定关系式。

4.3三相变压器组

特高压变压器或特殊要求的变压器一般设计成三相变压器组。在三相变压器组中，各相磁路彼此无关，各相零序主磁通沿各自的铁芯闭合，磁路的磁导很大，因此零序激磁阻抗Z0m与正序激磁阻抗X1m几乎相等。

5实用计算举例

5.1零序阻抗试验报告及计算

变压器型号：CUP-120000/220

额定容量：高：120 000 kVA中：120 000 kVA低：60 000 kVA 额定电压：220 kV/121 kV

电流：35 A/573 A/3 300 A

厂家：日本三菱

三柱芯式结构铁芯绕组排列：铁芯→DY→ZY→GY

额定分接头：5

试验项目：零序阻抗测试温度：14 ℃

将中压侧电阻折算到高压侧(折算系数K=2202/1102=4)：