10kV配电变压器缺相运行分析

10kV配电变压器缺相运行分析
【摘要】随着我国经济社会的发展，对电能的可靠、稳定供应提出了更高的要求。

然而，在配网系统的实际运行维护过程中，发现了一些经常出现却又较为棘手的问题，例如10KV配电线路缺相导致10KV配电线路上的所有变压器高压侧缺相问题。

由于10KV线路上挂着较多的10KV用电用户专用变压器及使用公用配电变压器供电的0.4KV用户，10KV线路缺相，将影响线路所属的全部用户的用电，轻则影响正常用电，重则引起用电设备损坏，甚至危及生命安全。

本文结合目前使用十分普遍的Dyn11接法和Yyn0接法变压器进行具体分析，得出变压器高压侧缺相运行时低压侧的输出电压，以说明变压器缺相运行对用户用电的影响，同时也希望进一步引起电力运行研究工作者着手解决此问题，积极为配网系统的安全和可靠运行出谋划策，更好地服务经济的发展和为用电客户提供稳定合格的电能。

【关键词】变压器；缺相运行
为顺应电力工业发展的要求、极大地满足用电客户的用电需求，我国电力事业面临着许多压力和挑战。

但是从我国配网供电系统现状来看，情况不容乐观，配网的安全和稳定水平亟待提高。

例如，配网系统中10kV配电线路的缺相运行就是一个常见问题。

在电网运行维护过程中，高压线路发生断线事故、配电变压器高压熔断器发生熔断、负荷开关三相触头合闸不同时……这些因素都会导致10kV配电变压器高压侧缺相运行，致使线路上出现负序分量和零序分量。

这些分量的出现将严重影响配网供电的可靠性，直接关系到广大用电客户的切身利益，甚至引发各种电力安全事故，给电力系统带来严重损失。

下文通过对10kV 配电变压器缺相运行的理论和实践分析，加强对配电线路缺相运行的认识。

1 10kV配电变压器缺相运行理论分析
1.1 Dyn11型变压器高压侧缺相运行
Dyn11型变压器相对于Yyn0型变压器具有许多优点，如带不平衡负载能力较强，输出电压质量高，能够为零序电流提供通路，但又能防止零序电流进入高压电网等等，因此，Dyn11型变压器也是目前使用最广泛的变压器类别，而且在大部分项目改造中，其它联接类别的变压器也逐渐被Dyn11型变压器取代。

因此，讨论Dyn11型变压器发生缺相时低压的输出特性显得非常有意义，下面讨论Dyn11型变压器发生高压缺相时低压的输出特性。

（1）Dyn11型变压器绕组接法如下图所示
Dyn11型变压器在运行中，若发生高压A相缺相，其高压绕组将会形成两条并联支路，A、C相绕组串联形成一条支路，B相绕组单独形成一条支路，线电压是并联支路上的电源，所以A、C相绕组上的电压为其额定电压的一半，
而B相绕组上所施加的电压为额定电压，即满足以下等式：
因此，当变压器低压侧加上负载时，变压器二次绕组的电压应为：，，由此可见，Dyn11型变压器高压A相缺项时，低压输出是一相为额定电压、两相为半额定电压。

具体哪一相为额定电压，哪两相为半额定电压，则要看发生缺相的是哪一相。

在这种绕组接线方式下，如果缺相状态时间较长时（一般在几分钟到十分钟左右），则A、C两相所带的负载会由于欠压而导致烧毁的现象，不仅对供电质量带来严重的影响，而且也会对用户造成财产损失。

（2）仿真分析
首先，构建简单示意图如下：
仿真结果如下图所示：
正常时，
故障时：
从以上数据可得：
仿真结果验证了上述结论的正确性，并且可以清楚地看出，在Dyn11型变压器中，当A相缺相时，b相的输出电压不变，而a、c相的电压为b相电压的1/2，也为二次额定电压的1/2；同时可以得到，a、c相电压相等，方向相同，与b相电压反向。

即对于Dyn11型变压器，高压侧发生缺相，其低压侧的输出特性为一相为额定电压，另两相为额定电压的一半，具体哪一相为额定电压要视故障发生于哪一相。

现以A相缺相来拟定结论，对于单相用电用户来说，当其刚好接于a相或c 相，那么其用电设备将不能正常工作，而且若其负载属于电机型负载时，如风扇、空调、油烟机等，则可能因为电压不够不能正常启动而烧毁；
对于三相用电设备，因三相不对称，不可能在气隙中产生旋转磁场，故也不可能驱动电机型负载转动，最终会因为电流的热效应将用电设备烧毁。

1.2 Yyn0型变压器高压侧缺相运行
Yyn0型变压器目前已逐步为Dyn11型变压器所取代，但一些年代久远尚未实施改造的变压器，变压器仍为Yyn0型，而且在一些经济相对落后的地区，Yyn0型变压器更是普遍存在，因此，熟练掌握Yyn0型变压器高压侧发生缺相时低压侧的输出特性依然十分有必要，下面讨论Yyn0型变压器高压侧发生缺相运行时的情况。

（1）首先，Yyn0型变压器绕组接线方式如下图所示
当Yyn0型变电器的高压侧（A相）发生断线故障时，可以得到发生断线故障后所满足的条件：
由变压器绕组间的电磁传递关系可知，B、C两相绕组电流大小相等、方向相反，当低压侧接上负载后，B、C两相绕组的磁通和为零，A相绕组所流过磁通可忽略不计，故低压侧输出电压满足以下关系式：
即对于Yyn0接法的变压器，当高压侧发生缺相运行时，发生缺相的那一相对应的低压输出电压为0，而另外两相对应的低压输出电压有所减少，具体值满足以上等式。

（2）仿真分析
示意图与Dyn11接法的变压器相同，除了变压器由Dyn11接法改为Yyn0接法，示意图中其余电力元件的参数不变。

正常时，
故障时：
从以上数据可得：
仿真结果论证了上述结论的正确性，故在Yyn0接法的变压器中，当高压侧发生缺相运行，低压侧三相电压会出现严重不对称，由上图的第四个图可以看出，故障相对应低压输出为0，非故障相对应低压输出反相，并且大小相等。

对于单相用电用户来说，当用户接在故障相对应的低压相线时，用户负载不能工作，但不会造成用电设备损坏；当用户接在非故障相对应的低压相线时，用户设备利用率降低，影响正常出力，但也不会造成用电设备的损坏，因为在0.86倍的额定电压时，一般用电设备还能维持正常运行，并且从电能质量的角度来看仍然是合格的。

对于三相用电设备来说，情况就不同了，从上图的第四个图可以看出，电压是极其不对称的，表现为故障相为0，另外两相大小相等、相位相反，对于负载为电动机型负载时，不可能在气隙中产生旋转磁场，电机不会转动，但会发热，在电流热效应作用下，负载会因急剧发热而烧毁。

Yyn0接法变压器三种缺相运行状态总结
缺相类型Ua Ub UC
A相
B相
C相0
2 10kV配电变压器缺相运行实践分析
为了进一步验证结论的正确性，本篇论文基于现场实际模拟了变压器缺相运行的条件，但因无法模拟负载缺相运行，故只能提供变压器空载时，变压器高压侧发生缺相的情况分析。

在一次操作过程中，在断开变压器低压总开关的情况下，合上变压器高压侧A、C两相跌落式开关，而B相跌落式开关保持拉开状态，实验采取了使用最为普遍的Dyn11接法的变压器，得到以下数据：
重新合上B相跌落式开关时，又得以下数据：
首先，得出以上数据时，我们首先可以分析出变压器此时的分接头并不是处于10/0.4的标准状态，而是变比提高了，故C相的输出并不是230V左右；
其次，a、b两相电压不相等，不会影响上述结论的正确性，因为变压器此时处于空载状态，是无法与负载时相提并论的，若此时仍按照上述的分析思路来分析变压器绕组间的电磁关系是错误的，原因很浅显，因为此时变压器励磁电流不能忽略，励磁回路的磁阻不能忽略。

3 结束语
综上所述，10KV配电变压器高压侧发生缺相运行时，低压侧的输出电压会因变压器绕组联接组号的不同而有所不同，但无论哪种联接类型，只要发生了高压侧缺相的情况，反应到低压侧的，是不对称的三相电源，电压质量严重畸变，轻则使电气设备无法正常工作，给广大配电用户造成严重影响；重则引起电气设备损坏，危及人身安全等。

通过对10kv配电变压器缺相运行的分析，同时也是一次有意义的经验总结，希望能够促使电力运行人员提高对配网课题研究的认识和兴趣，在配网建设中运筹帷幄，保证各种设备的健康运行，为广大用户提供长久稳定的电能质量，服务于社会经济发展的大局。

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