第４６卷第１２期２００９年１２月
变压器
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Ｎ０１２２００９
平衡绕组在变压器中的作用及接线方式浅述
董景义，段玉柱，张贤国，马立明
（山东达驰电气有限公司，山东成武２７４２００）
摘要：对平衡绕组的作用及运行方式进行了分析，并对平衡绕组的外部接线方式进行了探讨。关键词：变压器；平衡绕组；接线中图分类号：ＴＭ４０１＋．１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００ｌ一８４２５（２００９）１２—００２０—０４
ＯＴＢａＩａｎｃｊｎｇＢｒｉｅｆＵＩＳＣＵＳＳＩＯｎｂｎｅｔＤｉｓＣｕＳＳｉＯｎＯｎ卜ＵｎＣｔｌＯｎＯｎＦｕｎｃｔｉＯｎａｎｄａｎｄＵＯｎｎｅＣｔＩＯｎＣＯｎｎｅｃｔｉＯｎＭＯａｅＭＯｄｅｏｆｂａｌａｎＣｌｎｇ
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（ＳｈａｎｄｏｎｇＤａｃｈｉＥＩｅｃｆｒｊｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｗｕ２７４２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ０ｆｂａｌａｎｃｊｎｇｗｉｎｄｉｎｇＣＯｎｎｅＣｌｉＯｎｍｏｄｅｏｆｂａｆａｎｃｉｎｇｗｉｎｄｊｎｇｉｓｄｉｓＣｕｓｓｅｄ．ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ＴｒａｎｓｆＯｒｍｅｒ；ＢａｌａｎｃＩｎｇｗｉｎｄｉｎｇ；Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
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１引言
随着电力系统的迅速发展，为了提高变压器的供电质量和减少零序漏磁通在变压器结构件中所产生的局部过热现象，在节约变压器制造成本的同时，确保变压器能够经济、安全、可靠地运行。为此三角形（ｄ）绕组在变压器（尤其在大容量变压器）内部的应用是必不可少的，三角形绕组在变压器中即可充当工作绕组也可作为平衡绕组。当作为工作绕组时，如果系统电网三相不对称时容易使工作绕组的虚拟中性点漂移，需另外配置接地变压器以稳定其中性点，这样做不经济。因此，工作绕组最好采用中性点引出的星形连接的绕组（ＹＮ）。
国家标准中未对平衡绕组的容量作出明确的规定，过去国内一般按变压器额定容量的５０％进行选取，国外一般按变压器额定容量的３３％进行选取。目前，结合平衡绕组在变压器运行中的多年经验、运行方式及平衡绕组的结构形式，在确保变压器能够满足使用要求的情况下，当其仅充当平衡绕组时，一般设计成１０ｋＶ级，容量大约为变压器额定容量的ｌ／３或３０％。
２．１
提供高次谐波通道。改善感应电动势波形三相变压器绕组的连接方式对空载损耗和空载
电流有一定的影响，变压器运行中的三相电压对称性、电压谐波分量和电流谐波分量取决于三相变压器的连接方式。铁心的磁性连接决定了变压器能否得到与电网电压变化相对应的磁通密度变化所需的励磁电流的所有高次谐波。
如果三相变压器一次绕组中性点不接地、星形连接，二次是三角形连接，那么一次不能得到３Ⅳ（Ⅳ－ｌ，２，３…）的电流谐波，所需的３Ⅳ（Ⅳ－ｌ，２，３…）的电流谐波在三角形的绕组内流通。
如果三相变压器绕组均是星形连接，中性点与三相供电电网的中性点连接，零序电流仅在一次侧流动，变压器处于自由状态。若星形连接的绕组中性点不与三相供电电网的中性点连接（或不接地），由于３Ⅳ（Ⅳ＝Ｉ，２，３…）的电流谐波不能在一次绕组中通过，因此，在变压器中增设平衡绕组是首选方案。
平衡绕组作为三角形连接的绕组同样能为３Ⅳ（Ⅳ＝ｌ，２，３…）次谐波电流提供通路，改善感应电动势波形，进而保证变压器的输出电压接近于正弦波，确保供电质量，防止电力系统中的继电保护误动作，避免造成不必要的损失。在变压器试验过程中，也能保证测量结果的正确性。
２平衡绕组在变压器中的作用
第１２期
董景义、段玉柱、张贤国等：平衡绕组在变压器中的作用及接线方式浅述
２１
目前变压器的铁心是由晶格取向的冷轧硅钢片叠积而成的，在变压器绕组外加励磁电压的作用下，铁心中将产生磁通，磁通的大小不仅与变压器的励磁电压有关，还与硅钢片的励磁特性有关，即硅钢片材质所决定的磁化曲线（见图１）。从图１中可以看出，该曲线为非线性曲线。对于联结组为Ｙｙｎ０的变压器，当在高压侧施加三相正弦波电压时，空载电流的３Ⅳ次谐波分量没有通路，再加上没有三角形连接的绕组，所产生的空载励磁电流为正弦波形，在铁心中的磁通必然会是非正弦波经傅立叶级数变换后，可分解为基波和高次谐波分量（而且越接近或超过膝点Ａ其含量越大），其中３、５、７及９次谐波含量最大。根据电磁感应原理，变压器二次侧输出的电压将是非正弦波电压，这不是我们所希望的。如果将
上述联结组标号变为Ｙｙｎ０“，在给变压器开始励磁
的瞬间，平衡绕组侧输出的电压将是非正弦波电压，由于非正弦电压中的高次谐波分量（主要是３Ⅳ次）在三相绕组中同一时刻方向相同，再加上三角形绕磁势平衡原理，在变压器铁心中将要产生高次谐波磁通（主要是３Ⅳ次），这个磁通可以将送电瞬间所产生的大量高次谐波磁通（主要是３Ⅳ次）所抵消，势为正弦波形。又由于变压器硅钢片磁致伸缩的基频为变压器额定频率的两倍，基于上述分析，由磁致伸缩所决定的变压器噪声也会随之降低，可见平衡绕组对减小环境的污染也起到重要的作用。
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磁场强度剧Ａ・ｍ＿１图１磁化曲线
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２．２提高变压器带不平衡负载的能力，以稳定电压中性点
变压器在运行时会出现三相负载不平衡、短路、断路、单相或双相电压升高或降低等现象。这些现象的发生将导致变压器三相电压不对称，根据对称分量法的原理，可以把任何一组不对称（三相电压或三相电流在数值上不等或相位上各差不等于１２０。）的量，分解成为一定大小、一定相位的一组对称的正序分量、一组对称的负序分量和一组零序分量。现以三相电流为例，其不对称分量分解如下（见图２）。由图２中可以看到，当不对称分量分解的零序分量所对应的磁通在变压器铁心中流通时，由于三相磁通在同一瞬间大小相等、方向相同，所以每个铁心柱上所流通的零序分量磁通不能以其他两柱为回路（对于三相三柱式铁心结构而言）。若变压器中没有平衡绕组，零序分量磁通将以夹件、压钉、油隙和油箱壁等．构成回路，同时会产生能量损失，而且随着变压器的容量和电压等级的增大而成指数上升的趋势。若变压器中带有封闭三角形的平衡绕组，那么零序磁通将会在三角形绕组中感应出零序电势，同时产生零序电流，零序电流与绕组的匝数的乘积便形成了磁势。根据磁势平衡原理，它将阻止零序磁通在铁心柱中的流通，提高了为不平衡负载的供电能力。
（ａ）不对称分量矢量图
（ｂ）正序分量
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（ｃ）负序分量
（ｄ）零序分量
图２不对称分量的分解
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２．３改善变压器的零序阻抗
变压器运行部门为了准确地调整继电保护，总希望变压器的零序阻抗是一个不变的数值。对于三相五柱式铁心结构和带旁轭的单相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，虽然零序磁通可在旁柱中流通，但是若没有带封闭三角形的平衡绕组，不论
组是一个闭合回路，将产生含高次谐波分量（主要是３Ⅳ次）的非正弦波电流，这样高次谐波分量电流（主要是３Ⅳ次）便可在三角形连接的绕组中流通。根据从而使铁心中的磁通接近正弦波，由此所感应的磁
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其他绕组短接与否，均不会产生电流来抵消零序磁通。所以零序阻抗随着外施电压和电流的增加而变小，即所谓零序阻抗是个变量。若变压器中设置了带封闭三角形的平衡绕组，由于在三角形绕组中能流通循环电流，使零序磁通的励磁安匝绝大部分被抵消，而只剩下极少的漏磁通，像正序阻抗和负序阻抗一样，集中在绕组之间的主空道内，因此其数值不随电压和电流的大小而变化，这类零序阻抗的数值是线性的，一般只测量一点就可以了。零序磁通在铁心中的分布见图３和图４。从图３和图４中可看出，由零序阻抗所对应的零序磁通，在三相三柱铁心内由于三相零序磁通方向相同，必须通过铁心的结构件和油箱等构成回路。而五柱铁心可以通过两旁轭构成回路。由单相变压器组成的三相变压器组，则各相在自己的铁心中成回路。因此如果一个不带封闭三角形绕组的变压器，采用三相三柱式结构、三相五柱式和由三台单相组成的三相变压器组结构进行设计
第４６卷
时，后两种结构型式的变压器运行时，在其绕组、引线、油箱、铁心及其他金属结构件中所出现的局部过热现象将有所降低。
３平衡绕组在运行时的接线方式
根据平衡绕组在变压器上的出线方式（见图５）（即不通过套管引出、一只套管引出、两只套管引出、三只套管引出和四只套管引出）与其他不同设备的连接不同，平衡绕组在变压器运行中的作用也随之改变。
３．１
不通过套管引出
平衡绕组在变压器内部连接成封闭的三角形，
不引出端子（见图５ａ）。这种接线方式虽然能发挥平衡绕组的作用，但不能避免该绕组电位悬浮和检测由于起吊、运输、安装和运行时所可能引起的引线连接处松动或断裂等现象，尤其是对于油浸式电力变压器，即确保该绕组在投运前无故障现象相当困难。这种接线方式目前已很少采用。３．２一只套管引出
平衡绕组在变压器内部连接成封闭的三角形，仅引出一个端子（见图５ｂ）。为了避免电位悬浮的影响，该端子要通过接地铜排或电缆直接接入接地网。其缺点为变压器一旦做成成品以后，对其进行直流电阻试验时就相当困难，不利于对其故障进行分析
圈３三柱式铁心的零序磁通分布
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和判断，尤其是对于油浸式电力变压器；优点是不用担心平衡绕组发生外部短路时对整台变压器所造成的损伤。
３．３两只套管引出
平衡绕组在变压器内部连接成开口三角形，并将其开口的两端引出（见图５ｃ）。使用时首先用铜排将这两个端子短接，铜排的截面积按不小于套管导电杆的截面积进行选取。因为不论变压器在正常运行情况下，还是运行时其他绕组发生故障现象，其所引起的零序分量电流仅在三角形中流通，除非平衡绕组在变压器内部有接地点（这种情况发生的几率很小），平衡绕组对地电流的大小是由平衡绕组对地
图４五柱式铁心的零序磁通分布
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（ａ）不通套管引出
（ｂ）一只套管引出
（ｃ）两只套管引出
（ｄ）－三只套管引出
图５平衡绕组出线方式
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（ｅ）四只套管引出
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第１２期董景义、段玉柱、张贤国等：平衡绕组在变压器中的作用及接线方式浅述
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和对其他绕组的电容决定的。为了避免电位悬浮的影响，开口三角在外部短接后要通过接地铜排或电缆直接接入接地网，对于其截面的选取仅考虑其机械强度就可以了。这种接线方式不仅可以在变压器制造厂方便地进行测量绕组的直流电阻，而且还能
当三角形绕组充当工作绕组时，三角形侧（ｄ）绕组的相电流不易测量，只能测量其线电流，使得变压器差动保护中存在相位补偿问题，由此计算出的差流不能很好地反映励磁涌流的特征，限制了保护的准确性。若变压器绕组的联结组采用工作绕组星形（Ｙ）连接＋平衡绕组三角形（ｄ）连接的方式，则变压器在电网中运行时的可靠性将会大大提高，应用范围也会越来越广泛，尤其是在高电压大容量的自耦变压器中。为此，三角形连接的绕组充当平衡绕组值得做进一步的研究。
由于平衡绕组带负载的情况很少，即使带一定的负载也不会太大，更谈不上与其他变压器的并联运行，所以，对其电压等级和对两（或三）主绕组阻抗的选取，首先要结合用户的需要及变压器的具体结构形式。至于平衡绕组的变比误差，由于它和变压器的低压绕组电压（１０．５ｋＶ、１５ｋＶ、２０ｋＶ、３５ｋＶ等）比较接近，变压器的容量越大，匝数相对较少，若同时满足ＧＢｌ０９４．１一１９９６《电力变压器第ｌ部分总则》中对变压器空载电压比的要求相当困难，建议允许有较大的偏差。参考文献：
【１１沈阳变压器厂．变压器试验【Ｍ】．北京：机械工业出版社，
１９８７．
在现场按照Ｄ坍５９６一１９９６《电力设备预防性试验规
程》进行试验，且不用担心平衡绕组发生外部短路时对变压器所造成的损伤。同时还可以增设电流互感器测量封闭三角形中的循环电流。此结构形式是目前国内变压器运行部门广泛采用的接线方式。３．４三只套管引出
平衡绕组在变压器内部连接成封闭的三角形。三个端子均通过套管引出（见图５ｄ）。此种引线方式，一方面可以为变电所提供一定负载的电能，另一方面还可以连接电容器装置，为该变压器提供无功补偿，提高电力系统的功率因数，从而提高电网运行的经济性。若不接负载，为了限制雷电传递过电压。该平衡绕组三个引出端子要分别经避雷器引至接地网进行可靠接地。不过这种接线方式会出现外部短路对整个变压器所造成的损伤。３．５四只套管引出
平衡绕组在变压器内部连接成开口三角形，并将其开口的两端和其余两个端子均引出（见图５ｅ）。这种接线方式除了能采取增设电流互感器的方式测量封闭三角形中的循环电流外，其余特点与３．４所叙述的一致。
【２】王正官，王述伦，陈昌顺．变压器试验【Ｍ１．北京：机械工
业出版社，１９９８．
【３】谢毓城．电力变压器手册【Ｍ】．北京：机械工业出版社，
４结束语
２０６３．
收稿日期：２００９棚８－０４
作者简介：董景义（１９７９一），男，山东成武人，山东达驰电气有限公司助理工程师，主要从事变压器试验、设计方面的研究
工作；
段玉柱（１９７７一），男，山东成武人，山东达驰电气有限公司工程师，主要从事变压器设计方面的研究工作；张贤国（１９７７一），男，甘肃民勤人，山东达驰电气有限公司工程师，主要从事变压器设计方面的研究工作；马立明（１９７７一），男，河北隆尧人，山东达驰电气有限公司工程师，主要从事变压器设计方面的研究工作。
６００ｋＶ换流变压器成功通过型式试验
２００９年１０月２８日，向家坝一上海±８００ｋＶ特高压直流输电示范工程复龙换流站首台６００ｋＶ高端换流变压器在西门子德国纽伦堡变压器厂成功一次性通过全部４６项型式试验考核。各项技术指标优良、满足技术规范要求，标志着特高压直流换流变压器研制工作取得重大突破，全面验证了设计方案的正确性，向特高压直流示范工程全部设备通过型武
试验迈出了坚实一步，极大地推动了工程建设进展。
制难度极大．国家电网公司高度重视西门子特高压直流换漉变压器研制。特高压部组织精干力量，迎难而上．全力以赴。深入管控换流变压器的设计、制造、试验和关键材料供应的
各个环节。
该换流变的研制成功，为西门子其他型式换流变的研制积累了经验，提供了很好的指导和技术验证，进一步推动特高压换流变研制实现最终突破，促进工程建设进度，加快特高压直流输电技术推广应用的步伐。
特高压直流换流变压器技术水平高、绝缘要求极高，研