稳定绕组引起变压器空载时输出三相电压不平衡的探究

稳定绕组引起变压器空载时输出三相电压不平衡的探究

摘要：对一台带稳定绕组的变压器空载时输出三相对地电压不平衡的实测和分析，得出稳定绕组引起变压器空载时输出三相对地电压不平衡形成机理，并给出了处理方法和该类变压器运行和维护建议。关键词：稳定绕组；变压器；空载；电压不平衡1、前言随着电网的发展，变压器的结构日趋复杂，目前应用最广的变压器低压侧都是采用三角形接法，既可传输电能，也可以消除3次谐波，但也有不少变压器三侧均为星型接线并设有稳定绕组（也叫平衡绕组），稳定绕组用于消除三次谐波，然而稳定绕组作为特殊绕组会给空载运行的变压器带来影响。2、现场实测220kV章丘变2号主变为沈阳变压器厂1990年的产品，主变型号为SFPS-120000/220，技术代号为1ET.710.1522，该主变三侧为星型接线，设有稳定绕组（也叫平衡绕组）；2014年05月06日，在220kV章丘变2号变压器冲击时，发现2号变压器空载时（35kV2段母线不带出线），主变35kV侧输出对地电压不平衡（而线电压平衡），监控显示A相电压为27kV；B相电压22kV；C相电压14kV。通过电压互感器二次侧测得A相电压为77.17V；B相电压63.33V；C相电压49.26V；AB夹角为100.1度，BC夹角为144.9度，CA夹角为113.7度。为查出原因，工作人员通过1号变压器带35kV相同母线，发现1号变压器35kV侧输出对地电压相对平衡，证明2号变压器空载时35kV侧输出对地电压不平衡并不是由电压互感器引起。随后工作人员将2号变压器通过母线带电容器无功负荷，负荷电流为160A左右，发现2号变压器35kV侧输出对地电压平衡程度有明显改善，A相电压为25kV；B相电压22kV；C相电压19kV。通过电压互感器二次侧测得A相电压为73V；B相电压64V；C相电压53V，角度也有较大改善；证明2号变压器低压侧带一定负荷后，35kV侧输出对地电压趋于平衡。3、原因探究章丘变2号主变的高、中绕组的中性点在运行时是直接接地的，而低压绕组的中性点不接地。在低压绕组未接负载时，其中性点电压主要是由其他绕组电压通过绕组间电容耦合感应产生的，在这种情况下，可以将变压器绕组等效成电容极，变压器绕组分布极绕组之间的等效电容分布图（Reference1）如图1所示:如图1绕组之间的等效电容分布图由于高、中压绕组中性点接地，在系统电压对称的情况下，通过绕组间电容耦合在低压绕组感应的电压也是对称的，不会引起低压绕组中性点电压位移（Reference2）。同样，当稳定绕组不接地情况下，稳定绕组不会引起低压绕组中性点电压位移。当稳定绕组开口处短接并接地时，其虚拟的中性点就会发生位移，位移电压就会通过绕组间的电容耦合在低压绕组上感应出位移电压，从而导致低压绕组的中性点电压位移，使得低压绕组输出相对地电压不平衡，发生位移后的各绕组的向量图如图2所示：从图2可以直观看出Uao最大，Uco最小；就该变压器设计而言，当变压器不带出线或出线较短时，低压绕组三相对地不平衡是必然的。4、解决办法最好的解决办法是保证220kV章丘变2号变压器低压绕组带一定长的出线（即带一定负荷运行），利用线路的对地电容来增加低压绕组的等效电容，如图3所示。图2发生位移后的图3带出线等效电容分布图各绕组的向量图这样可以降低稳定绕组虚拟的中性点位移电压对低压绕组的影响，理论计算方式如下：E0为稳定绕组中性点位位移电压，E1为低压绕组感应出中性点位移电压；E1=E0*C1/C1+(C2+C3)，由公式可见，C3越大，稳定绕组中性点位位移电压对低压绕组影响越小。结论：该类型变压器低压绕组带一定长的出线（即带一定负荷运行）即可解决输出三相对地电压不平衡的问题。5、总结1.以前，老220kV章丘变2号主变曾多次出现过低压侧输出对地电压不平衡的现象，并且一直找不出原因，原因分析：通过本文分析可以得出，在一定时间段内变压器所带出线变化而引起的线路的对地电容不足，进而会使低压绕组出线三相对地电压不平衡。2.变电运维室经验丰富的运行人员反应,老220kV章丘变2号主变在冲击35kV母线时经常出现谐振；原因分析：正是由于带稳定绕组变压器的接线方式，在变压器空载时会造成35kV系统中性点电压偏移，使得对主变35kV母线充电时造成母线电压互感器三相铁芯出现不同程度的饱和，系统中性点就有较大的位移，饱和后的电压互感器励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就会形成三相或单相共振回路，可激发各种铁磁谐振过电压。6、结束语对带稳定绕组的变压器而言，当变压器不带出线或出线较短时，低压绕组三相对地不平衡是必然现象，也是正常现象。保证其变压器低压侧带一定长的出线是解决低压输出对地电压不平衡最实用的方法，也是目前国内应用最广的方法。建议供电公司的运维检修部、调控中心、变电运维室要充分考虑220kV章丘变2号主变特殊的绕组联结方式对电网的影响，尽量避免2号主变长时间空载（或所带出线较短）运行，避免2号主变低压绕组输出电压不平衡给电网造成负面影响。Reference[1]稳定绕组引起变压器输出电压中性点位移的分析[J].高压电器.2004.40(4).[2]稳定绕组引起主变中性点位移的处理方法[