王一鳴

（合肥工業(yè)大學 電氣與自動化工程學院，合肥 230009）

0 引言

曲折連接變壓器早期只作整流變壓器用。 隨著人們對曲折連接變壓器特性認識的深入和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化（尤其是城網(wǎng)中電纜線路的增多），曲折連接變壓器越來越多地被應(yīng)用。 目前，我國電力系統(tǒng)中6-35kV 電網(wǎng)接地變壓器廣泛采用曲折連接變壓器。 因此，對曲折連接變壓器特性的認識和研究是十分必要的。

1 曲折連接變壓器的特性

與普通變壓器相比較，曲折連接變壓器具有以下特性。

1.1 正序阻抗高，零序阻抗低[1～3]

三相變壓器等值電路的參數(shù)大小與變壓器鐵心和繞組的結(jié)構(gòu)、繞組的連接方式、繞組與外電路的連接形式及三相繞組中所通過電流的相序有關(guān)。例如，對于YNy 連接的變壓器，若鐵心結(jié)構(gòu)為三相組式或三相五柱式，空載時（設(shè)高壓側(cè)接電源）的正序等值阻抗與零序等值阻抗相等；若鐵心結(jié)構(gòu)為三相三柱式，空載時零序等值阻抗比正序等值阻抗小很多。

對于曲折連接變壓器，無論鐵心結(jié)構(gòu)為何種形式，其零序等值阻抗總是遠小于正序等值阻抗。 試以ZNyn11 連接的變壓器為例，來證明這一結(jié)論。

ZNyn11 連接變壓器高壓側(cè)外加三相正序電壓時的電路如圖1 所示。

根據(jù)KCL，可得磁動勢平衡方程式（以A 相為例）：

圖1 ZNyn11 連接變壓器的接線圖Fig.1 ZNyn11 connection transformer wiring diagram

對A 相電路應(yīng)用KVL，可得高、低壓側(cè)電動勢平衡方程式，分別為

式中：R1、R2分別為高壓繞組的上、下半繞組的電阻；X1、X2分別為高壓繞組的上、 下半繞組的漏抗；Zm=Rm+jXm為折算到高壓側(cè)的勵磁阻抗。

根據(jù)KVL,可得低壓側(cè)電動勢平衡方程式

根據(jù)式（2）～（5），可畫出ZNyn11 連接變壓器折算到高壓側(cè)的一相等值電路，如圖2 所示。

圖2 ZNyn11 連接變壓器的等值電路Fig.2 ZNyn11 connection transformer equivalent circuit

空載時，正序等值阻抗為

當ZNyn11 連接變壓器的高壓側(cè)外加三相零序電壓時，高壓繞組中通過三相零序電流。 因為三相零序電流大小相等、相位相同，所以每一鐵心柱上高壓側(cè)兩個半繞組的磁動勢大小相等，相位相反，合成磁動勢等于零。 可見，高壓側(cè)兩個半繞組的磁動勢是一對平衡磁動勢，它們只產(chǎn)生漏磁通，不產(chǎn)生沿鐵心閉合的主磁通。 若不考慮互漏磁通對低壓繞組的作用，則無論低壓繞組開路還是短路，其中都不會產(chǎn)生電流。 因此，ZNyn11 連接變壓器的一相零序等值電路如圖3 所示。

圖3 ZNyn11 連接變電器一相零序等值電路Fig.3 ZNyn11 connection transformer one-phase zero-sequence equivalent circuit

ZNyn11 連接變壓器的零序等值阻抗為

式中R1、R2分別為高壓繞組的上、下半繞組的零序電阻，零序電阻等于正序電阻；X10、X20分別為高壓繞組的上、下半繞組的零序漏抗，零序漏抗與正序漏抗相差不會很大。

比較式（9）與（6）或（8）可知，無論短路狀態(tài)，還是空載狀態(tài)，曲折連接變壓器的零序等值阻抗總是遠小于正序等值阻抗。

1.2 不會產(chǎn)生正、逆變換過電壓，具有良好的防雷特性

配電變壓器通常采用將高壓側(cè)避雷器接地、低壓繞組中性點接地和變壓器油箱接地連在一起接地的保護方式。 Yzn 連接變壓器的防雷接地如圖4 所示。

圖4 Yzn 連接變壓器的防雷接地圖Fig.4 ZNyn11 connection transformer lighting-protection grounding diagram

如圖4（a）所示，當高壓側(cè)輸電線路遭雷擊、雷電波從高壓側(cè)三相線路入侵變壓器時，避雷器放電，產(chǎn)生很大的雷電流， 雷電流通過避雷器和接地裝置流入大地。 雷電流在接地電阻Re上產(chǎn)生很大的沖擊電壓uR, 這一電壓通過低壓繞組的中性線施加在低壓繞組上。 低壓繞組通過低壓線路的波阻抗Zc、大地及接地裝置構(gòu)成回路， 因而低壓繞組中產(chǎn)生雷電流。 三相雷電流大小相等、方向相同，又因為低壓繞組的上、下兩個半繞組匝數(shù)相等、反向串聯(lián)，故每個鐵心柱上的低壓繞組的兩個半繞組的磁動勢大小相等、方向相反，總磁動勢等于零。 因此，高壓繞組中不會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓， 即不會產(chǎn)生逆變換過電壓。

如圖4（b）所示，當Yzn 連接變壓器低壓側(cè)三相進波時，低壓繞組中有雷電流通過。雷電流通過每個鐵心柱上低壓繞組的兩個半繞組所產(chǎn)生的磁動勢大小相等、方向相反，總磁動勢等于零。因此，高壓繞組中也不會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓， 即不會產(chǎn)生正變換過電壓。 可見，曲折連接變壓器具有良好的防雷性能。

1.3 具有較強的承受不平衡負載的能力[2～3]

應(yīng)用對稱分量法求得Yyn 連接變壓器帶單相負載時的負載電流和負載電壓，公式分別為

對于三相變壓器組或三相五柱式變壓器，零序勵磁阻抗很大，因而變壓器內(nèi)部等值阻抗Zm0)很大。 當負載阻抗（設(shè)為感性）減小時，負載電流應(yīng)有所增大。但負載電流若稍有增加，變壓器內(nèi)部阻抗壓降就會增加很多，變壓器副邊電壓就將急劇下降，影響正常供電，同時，負載電流也大不起來。 這表明，Yyn 連接變壓器承受不平衡負載的能力較低。

應(yīng)用對稱分量法，求得Yzn 連接變壓器帶單相負載時的負載電流和負載電壓的公式為

對于單相負載（或不平衡負載）而言，Yzn 連接變壓器的內(nèi)部等值阻抗很小。當負載阻抗減小時，負載電流增大，負載電壓隨之而下降。 但負載電壓不會大大降低，因而會影響正常供電。 這表明，Yzn 連接變壓器具有較強的承受不平衡負載的能力。

1.4 材料用量大，造價高

由于硅鋼片耗用量和導(dǎo)線長度的增加， 導(dǎo)致曲折連接變壓器運行時的功率損耗也有所增加。

2 曲折連接變壓器的應(yīng)用

因為曲折連接變壓器具有上面所說的一些特殊性能，故在一些特殊場合得到了應(yīng)用。

2.1 用作接地變壓器

近幾年來，由于城市電網(wǎng)迅速發(fā)展，電纜線路逐步增加和線路對地電容不斷增大，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的接地電流也越來越大。 實踐證明，當10 kV電網(wǎng)接地電流大于30 A 時，接地點將產(chǎn)生穩(wěn)定電弧。 高溫電弧可能燒壞設(shè)備，甚至導(dǎo)致相間短路。當接地電流小于30 A 而大于10 A 時， 接地點可能產(chǎn)生間歇性電弧，可能產(chǎn)生電弧接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，對系統(tǒng)設(shè)備的絕緣產(chǎn)生危害，造成互感器損壞，甚至引起避雷器爆炸。 為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生， 需要在系統(tǒng)中性點裝設(shè)消弧線圈或接地電阻。 而我國10 kV 配電電網(wǎng)中，所接電力變壓器10 kV側(cè)繞組大部分采用三角形連接，沒有中性點引出。因此，需要在系統(tǒng)內(nèi)的適當?shù)攸c裝設(shè)接地變壓器。 對接地變壓器特性的要求，主要是正序阻抗高，零序阻抗低。這樣，在正常運行時，通過變壓器的電流小、損耗小，而當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，變壓器呈現(xiàn)低阻抗，接地電流可以順暢地從中性點流向線路。 曲折連接變壓器的特性正好滿足上述要求， 故我國配電電網(wǎng)中越來越多地采用曲折連接變壓器作為接地變壓器。 三相接地變壓器可以只設(shè)置一個曲折連接的一次繞組，也可以設(shè)置二次繞組，以此可兼作發(fā)電廠或變電所的自用電源。 曲折連接的接地變壓器與系統(tǒng)的連接如圖5 所示。

2.2 用作防雷變壓器

因為曲折連接變壓器可以避免產(chǎn)生正、逆變換過電壓，因而具有良好的防雷性能。 所以，曲折連接變壓器可以用作防雷變壓器。 尤其是山區(qū)、海島及南方多雷地區(qū)，最好采用曲折連接的防雷變壓器。

圖5 接地變壓器與系統(tǒng)的連接Fig.5 Connection of grounding transformer and system

曲折連接變壓器除可用作接地變壓器和防雷變壓器外，還可用以變換相數(shù)及改變原副繞組電動勢之間的相位移。 由于曲折連接變壓器具有較強的承受不平衡負載的能力，特別適用于為三相負載難以平衡的農(nóng)村和山區(qū)供電。

3 結(jié)語

本文歸納、總結(jié)了曲折連接變壓器相對于普通變壓器所具有的4 個特殊性能，重點在于從理論上論證這些特性的存在，以便為曲折連接變壓器在一些特殊場合的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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