配电变压器三相不平衡

配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方

法

来源：中国论文下载中心[ 06-02-27

17:33:00 ] 作者：杨云龙／王凤清编辑：

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摘要：配电变压器的三相不平衡运行在实际中是不可幸免的，使配电变压器平衡运行是节能、提高电能质量的手段之一。文章定量地分析了配电变压器不平衡运行带来的损耗及三相电压偏差，并给出了针对这一状况所采取的补偿方法，算例及实际应用表明该补偿方法可明显减少配电变压器不平衡运行带来的损耗及电压偏差。

关键词：配电变压器三相不平衡附加损耗电压偏差补偿方法电力系统

1 引言

我国城乡配电网中大量采纳了三相四线制接线方式，且配电变压器为Y/Y no接线，存在专门多的单相负载，因此配电变压器的三相不平衡运行是不可幸免的。国标GB50052《供配电设计规范》、《变压器运行规程》中都规定了Y/Y no接线的配电变压器运行时中线电流不能超过变压器相、线电流的25%，这是由变压器的结构所决定的。中线电流的增加会引起变压器损耗的增加，同时造成中性点电位的偏移[1]。本文定量分析了这种阻碍，同时采纳一种新的补偿方法减小了附加损耗与中性点电压的偏移。

2 中线电流带来的损耗及中性点电位的偏移

2.1 中线电流带来的变压器损耗

（1）附加铁损

Y/Y no接线的配电变压器采纳三铁心柱结构，其一次侧无零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通不能在铁心中闭合，需通过油箱壁闭合，从而在铁箱等附件中发热产生铁损。

Y/Y no接线变压器的零序电阻比正序电阻大得多，变压器的零序电阻可实测得到，文[2]提到315kVA变压器的零序电阻是正序电阻的15倍，因此零序电流产生的附加铁损较大。

（2）不平衡运行时绕阻附加铜损

配电变压器三相不平衡运行时三相绕组的总损耗（单位为

kW）可计算为

式中 I a、I b、I c为三相负荷电流；R1为变压器二次侧绕组电阻。

2.2 中线电流造成的电压偏移

由于Y/Y no接线的变压器一次侧没有零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通重叠在主磁通上，感应出零序电动势，造成中性点电压偏移，负荷重的相电压降低，负荷轻的相电压上升[3]。

2.3 实例分析

型号为SJ、315kVA 、10kV/0.4kV变压器的零序电阻R0=0.122Ω，零序电抗X0=0.174Ω，绕组电阻R1=0.00849Ω。

0.17kW；④总损耗功率△P=P0+△P f=3.82kW；⑤一年内损耗电量W=3.82×8760KWh=33463KWh ；

由上述分析可知，Y/Y no接线方式的配电变压器不平衡运行带

来的损耗与电压偏移是专门大的，如对变压器的三相不平衡进行补偿，则既能够节能，又能够提高电能质量。

3 补偿方法

3.1 三相不平衡–无功补偿装置的工作原理

在三相系统中，跨接在相线与相线之间的电容或电感元件具有转移相间有功功率的作用，由于相间电感或电容元件的电流相量与每相电压相量成60°或120°夹角，可通过一个简单的示例来讲明这一原理（本文称之为三相不平衡–无功补偿方法）。

有一单相负荷接于A相与零线之间，其电流I A=100A，功率因数cosφa=0.85，其中有功电流为85A，无功电流为53A。在A、B相间接入产生61A电流的电容器时，相量图如图1所示，图中，为A相电压相量，为接于A、B相间的电容器电流相量，超前A相电压120º；A相负荷情况为：无功电流为零，有功电流为54A，有功电流相量与无功电流相量合成的总电流为54A，A 相有功负荷减少了；B相负荷的情况为：B相有功电流为31A，无功电流为53A，有功电流相量和无功电流相量合成的总电流为61A。

由图1可见，通过在A、B相间跨接一电容器，A相的有功转移到B相一部分，而接电容器前后A相与B相的有功之和并未改变，这讲明能够在变压器三相之间调整有功，变压器的三相不平衡也是能够调整、补偿的。

关于三相不平衡系统，可采纳对称重量法将电流分解为正序电流、负序电流和零序电流，而三相平衡系统的电流只有正序电流，因此只需补偿掉负序电流和零序电流，不平衡的三相电流就可转变成平衡的三相电流[3-8]。

采纳星角混合接法的电容、电抗元件可补偿掉或大大减少零序电流与负序电流，使系统转变成差不多平衡系统。

3.2 实例分析

2.3小节的配电变压器A相电流I a=100A、B相电流I b=200A、C相电流I c=300A、功率因数cosφa =cosφb=cosφc=0.7时，零序电流I0=173A。

依照三相不平衡–无功补偿方法得到如下数据：

I ao=0；②A相补偿后电流

，功率因数为0.982（见图3(a)）；③B相补偿后电流功率因数为0.9998（见图3(b)）；④C相补偿后电流，功率因数为0.9999（见图3(c)）；⑤补偿后零序电流I0=45A。

（2）采纳共补–分补的无功补偿装置将无功全部补偿[9]，补偿相量图如图4所示，补偿后A相电流

补偿后零序电流I0=120A。

比较图3和图4可见，三相不平衡–无功补偿方法与分补–共补方法相比，零序电流下降专门多，使不平衡系统差不多恢复到平衡。表1为三相不平衡–无功补偿装置在徐州供电局的投切记录，在功率因数较高的情况下，零序电流也下降专门多；假如采纳共补与分补装置，零序电流不但没有减少，而且会增加。该装置在朝阳市供电局某一变压器上投运与不投运时得到的数据分不列于表2和表3中。

由表2和表3可见，装置运行与不运行时相比，零序电流下降专门多，三相电压不平衡度也下降较多。

4 结论

本文对配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差进行了定量分析，通过一算例可知不平衡运行对附加损耗、电压偏差的阻碍是专门大的。提出了利用电容、电抗元件对不平衡进行补偿的新方法，并与常规的无功补偿方法做了比较，实测数据表明本文的方法可明显降低零线电流和减少电压偏差。

[1] 黄绍平．负荷不平衡对配电变压器的危害和相应的配电设计方法[J]．变压器，1996，33(5)：30-32．

[2] 黄其励，高元楷，王世桢，等．电力工程师手册电气卷[M]．北京：中国电力出版社，2000．