变压器接法对谐波的影响.docx

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变压器接法对谐波的影响

变压器谐波的产生

    变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的。

加在变压器上的电压通常是正弦电压，因此铁芯中磁通也是按照正弦规律变化的，但是由于铁芯磁化曲线的非线性，产生正弦磁通的励磁电流也只能是非线性的，励磁电流已经变为尖顶波了，进行傅立叶分析可知，其中含有全部奇次谐波，以3次为最大.KY$_3x'T0x

  角接变压器作用!

  有利于抑制高次谐波电流:

对Ｙｙｎ０结线的二相变压器，原边星形连接而无中线，故三次谐波电流不能流通。

原边激磁电流波形为正弦波时，则铁芯中磁通为平顶波，副边感应电势波形所含高次谐波分量大；激磁电流中以三次谐波为主的高次谐波电流在原边接成三角形条件下，可在原边形成环流，与原边接成星形相比，有利于抑制高次谐波电流，在当前电网中接用电力电子元件、气体放电灯等日益广泛，其功率越来越大的情况下，会使得电流波形畸变。

即使三相负荷平衡，中性线中也流过以三次谐波为主的高次谐波电流，配电变压器的原边（常为１０ｋＶ侧）采用三角形结线就抑制了此类高次谐波电流，这样就能保证供电波形的质量。

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  谐波对变压器危害

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g（`（XM"z  对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会增加铁损。

与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。

须注意的是：

这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。

而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因子，以确保变压器温升在允许的围。

还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量（千瓦·一小时）反应在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。

对于YY接线的变压器，会在二次侧产生谐波（主要是三次谐波），使正弦波变为尖顶波。

但对于D/Y接线，或者Y/D接线的变压器，三角形侧的三次谐波在绕组部形成环流，而在星型侧的相电流中虽然有三次谐波，但在其线电流中三次谐波却不能形成电流（因为三相三次谐波同相位），所以星型侧没有便没有对应的三次谐波与三角形侧的三次谐波平衡，于是D侧绕组部的三次谐波便变成励磁性质的电流，改善了二次侧电流的波形，使其接近于正炫波。

如果仅仅从改善波形这个角度来说，三角形在高压侧、低压侧都可以，但由于我国110KV以上为大电流接地系统，其变压器中性点为直接接地（有的也根据调度要求经消弧线圈、高电阻接地，或者不接地），所以一般大型变压高侧侧都为Y型接线，低压侧为D型接线。

三角形接法主要是抗谐波和低压侧采用中性点不接地系统，为使方便改变输出电压（400或630V）而采用星形或三角形接法。

可以限制三次谐波，把三次谐波限制在三角！

以防二次侧因谐波使输出电压波形成为尖顶波！

这只是原因之一，还有个原因之而可惜我给忘了

10kV变压器的二次侧不一定要接成三角形，只是说为了抑制谐波，一般要有一侧的绕组接成三角形，以给三次谐波一个通路。

并且一般来说，对于10kV的配电变压器多为Dyn11接法，即一次侧为三角形接法，二次侧为星形接法，以便可以在二次侧获得400V和220V两种电压。

10kV变压器的二次侧不一定要接成三角形，一般１０kV配电变压器有两种联接组，Ｙyn0与Ｄyn11,我国采用Yyn0者居多，高压用D接是为了减小电压波形的畸变，也即为给三次电流谐波提供回路

空载电流的谐波分量

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互联网 上传时间：

2010-6-2417:

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将正弦波波形的电压施加于绕组上后，由于磁路的饱和现象，在铁心中产生的磁通波形为正弦波时，空载电流中激磁部分电流就不是正弦波波形。

为保持正弦波波形的磁通与感应电压，变压器的接法应使绕组能从电源吸取空载激磁电流的谐波分量。

当变压器为Y接法时，就不能从电源吸取空载激磁电流的谐波分量，磁路中磁通将为平顶波波形，感应电压就变为尖顶波波形。

有时变压器虽为YN或ZN接法，电源侧中点绝缘，则这种YN或ZN接法与Y接法相同。

变压器为Y接法时，一般只适用于配电变压器，铁心必须为三相三柱式，对三相三柱的磁路而言，零序磁通（即3、6、9……3n次谐波）不能在磁路成回路，而必须在空气中在油箱的箱壁成回路，它的磁阻较大，因此零序三次谐波磁通不大，对配电变压器而言，这一零序磁通只占基波磁通的5％左右，即使低压也为星形接法，感应电压还是接近于正弦波波形。

但要注意，零序三次谐波磁通会在箱壁产生损耗。

另外两侧夹件不能通过铁轭螺杆形成短路，以免三次谐波磁通在短路环感应电流而发热，尤其Yyn接法干式变压器更应注意这一现象。

其它结构件也要防止对于零序三次谐波磁通形成短路环。

如果一次侧为Y接法，二次侧为d接法时，铁心中零序三次谐波磁通就会在闭合d接法感应出在d接部循环的三次谐波电流，相当于空载激磁电流从d接法吸取零序三次谐波空载激磁电流分量。

此电流产生的三次谐波磁通抵消原有三次谐波磁通，最终保持正弦波波形磁通。

对三相五柱铁心而言，情况就不同，当一次侧为Y接法时，零序三次谐波磁通能在旁轭中成回路，磁通就呈平顶波波形，感应电压呈尖顶波波形。

这使感应电压为正弦波波形，在绕组中应有一绕组接成d接法，如用户不要求d接法绕组，也要有一个独立的d接法绕组以提供空载激磁电流的零序三次谐波分量。

从以上分析可知，为获得正弦波波形的感应电压，三相三柱Yyn接法仅限于配电变压器。

如不能从电源获得空载激磁电流的零序三次谐波分量时，也可从呈闭合回路的d接法绕组中吸取。

三相五柱铁心结构的变压器必须有一个提供零序三次谐波空载激磁电流的d接法绕组，此d接绕组可单独输出功率或不输出功率仅为提供零序三次谐波空载激磁电流的一个绕组。

Yyn接法配电变压器中，如负载也为yn接法，则空载激磁零序三次谐波电流也可在中点与各相流通。

有的照明负载也会吸取三次谐波电流（有磁路且易饱和的负载），因Yyn接法的二次中线负载电流有限制时（限制高压一次侧中点电位漂移的需要）最好改用Dyn接法。

Yyn接法配电变压器在空载运行时二次感应电压不呈正弦波波形。

单相变压器组成的三相组、三相壳式变压器都不宜用全星形接法，因无法提供空载激磁电流零序三次谐波分量的回路。

所以必须加一个d接绕组，或二次改为d接。

在对单相变压器作空载性能试验时，如电源容量太小，零序三次谐波空载激磁电流会使发电机输出的电压波形畸变无法获得正弦波波形。

但新的国标，对空载性能试验用发电机波形有一定要求，即以方均根值表示的平均值电压表读数与方均根值电压表读数之差在±3％以的电源才能用作变压器的空载性能试验。

故要注意试单相变压器试验电源的发电机容量，要保持发电机能输出正弦波波形的电压，即使变压器吸取零序三次谐波空载激磁电流时也应如此，发电机容量要足够大，串联阻抗要小。

目前变压器的常用接法有Y与D两种，配电变压器也有采用Z接法。

1.Y接法的优点：

对高压绕组而言最经济；可以有中性点供利用；允许直接接地或通过阻抗接地；允许降低中性点的绝缘水平（分级绝缘）；可在每相中性点处设置分接头，分接开关也可设于中性点；允许接单相负载，中性点可载流。

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s*N;I"s*T）f2.D接法的优点：

对大电流低压绕组而言最经济；与Y接绕组配合使用可以降低零序阻抗值。

&s&_8e#S;s+~3.Z接法的优点：

允许中性点载流的负载且有较低的零序阻抗；可用做接地变压器的接法形成人工中性点；可降低系统中电压不平衡（系统中三相负载不平衡时）；可作多雷地区使用配电变压器的一种接法。

  e&G%i#`%L%X0r8U1^以上是单一接法的优点，一般变压器至少有两个绕组，因此变压器有几种接法的组合。

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PA.YNyn和OYN（YN自耦接法）

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零序电流会在绕组间转换，即高压与低压绕组都有零序电流，且能安匝平衡以达到变压器有低的零序阻抗，对系统变压器而言，必须有一D接平衡绕组与此接法一并采用。

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+w4O/Z1~#o:

^（SB.YNy和Yyn

2l6w*z3f*D1A6X（l0j有中性点引出的绕组中有零序电流，但在另一无中性点引出的绕组中无此电流，故零序电流不能安匝平衡，故对铁心而言，有一个激磁零序电流，它受零序激磁阻抗控制，根据磁路的设计，这一零序阻抗可以较大（如三相三柱铁心）或特别大（如三相五柱铁心、三相壳式铁心）。

相对地电压的对称会受到影响，中性点会偏移，因此，这种接法不能用于三相五柱铁心、单相组成的三相组或三相壳式铁心。

C.YNd，Dyn，YNyd或YNy+d

+d表示此绕组仅作平衡绕组而不接负载。

d表示此绕组既作平衡绕组又可接负载。

在有中性点引出的绕组中有零序电流时，在角接绕组有补偿此电流的循环电流。

零序阻抗是很低的，约等于绕组间的正序短路阻抗。

D.Yzn或ZNy

曲折接法绕组中的零序电流会在每个铁心柱上两个线圈中作安匝平衡，且有低的零序阻抗。

不同接法的组合能否采用与铁心结构有关。

4{"J8^'X）R*t+V%G/~3A对单相铁心组成的三相组变压器、三相五柱与壳式三相变压器都不采用Yyn、YNyn接法。

三相三柱铁心变压器可以采用Yyn、YNyn接法。

正序和负序磁通分量在铁心中可形成回路，而零序磁通从轭到轭通过外部空间形成回路，磁组很高。

当电压中有零序分量时，就有较高激磁电流（因零序激磁阻抗较小，但阻抗是非线性的，与零序电压分量有关）。

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g+z+U在单相铁心组成的三相变压器组、三相五柱与各种壳式铁心变压器中零序磁通可在低磁组的旁轭中饱和。

饱和后，电感下降，导致有尖顶畸变电流。

应有一个D接绕组。

为什么变压器极性接法多为Y/Δ-11点有什么好处

目前10kV三相配电变压器广泛采用Y，yno结线（即原表示法的Y／Y0－12结线），以其能提供380V和220V两种电源电压方便了用户。

但是，国际上多数国家的三相配电变压器均采用D，yn11结线（即原表示法的△／Y0—11结线）；它不但保持了输出两种电压的好处，而且具有：

①降低谐波电流，改善供电正弦波质量；②零序阻抗小，提高单相短路电流，有利于切除单相接地故障；③三相不平衡负荷情况下能充分利用变压器容量，同时降低变压器损耗等优点。

我国、、上海等变压器厂已生产D，yn11结线三相配电变压器多年。

为推广使用D，yn11结线配电变压器，现与Y，yno结线配电变压器比较分析如下。

1 改善供电正弦波质量

   根据变压器空载运行情况，电源电压在原绕组中产生励磁电流，该电流在铁芯中产生磁通并匝链着原绕组和副绕组，在原副绕组中感应电势。

原绕组的感应电势和阻抗压降与电源电压相平衡。

副绕组的感应势在输出端表现为空载电压。

由于变压器的磁化曲线两端弯曲，磁通饱和，所以励磁电流为尖顶波时磁通为正弦波（见图1），而励磁电流为正弦波时磁通为平顶波。

我们希望感应电势为正弦波，则必须要有正弦波磁通。

这就要求像图1那样，励磁电流应为尖顶波。

从非正弦波的谐波分析知道，尖顶波中含有三次谐波成分。

对三相变压器来讲，三相尖顶波励磁电流中的三次谐波分量组成零序制相量。

因为三次谐波的频率为150HZ，各相相量间相位差是基波的3倍。

3×120°=360°，可见各相相量组成零序制。

Y，yno结线配电变压器原绕组的中性点不引出，励磁电流中不含三次谐波，即接近正弦波；那么磁通为平顶波，感应电势为非正弦波，供电电压波形较差。

D，yn11结线配电变压器原绕组为三角形接法，可环行零序电流和三次谐波电流，故励磁电流为尖顶波而磁通为正弦波，感应电势和输出电压波形较好。

再从副绕组看，两者都是yn结线。

当三相负载不平衡而有中性线电流时，三相不对称电流中含有零序分量（其频率为50HZ），其值为中性线电流的1／3。

该零序电流在变压器铁芯中产生零序磁通，在铁芯的三柱中为同方向，不能在铁芯中闭合。

零序磁通是经铁芯外面的附件、顶盖、油箱等闭合的。

对于D，yn11结线配电变压器来说，该零序磁通在主绕组中感应零序环行电流。

从电磁感应关系可知，主副绕组零序电流产生的零序磁通是相互抵消的，因而主磁通中零序成分很小，副边的零序电压也小，可见副边的零序阻抗较小。

而对于Y，yno结线配电变压器来说，主绕组中不能流通零序电流，主磁通中零序成分较大，副边的零序电压也大，可见副边的零序阻抗较大。

副边的零序电压小，改善了各相负载端电压偏离220V的程度，这也是D，yn11结线的好处。

2 有利于切除单相接地故障

   D，yn11结线配电变压器的零序阻抗较小，单相接地短路电流就大些。

一般在相同条件下，D，yn11结线配电变压器出口的单相短路电流为Y，yno结线配电变压器出口的单相短路电流的3倍以上。

单相接地保护装置的动作灵敏度相应提高，反时限特性的保护动作时限缩短。

低压电网接地故障保护的作用在于保证设备及线路的热稳定、防止电气火灾、保障人身安全。

单相接地故障的短路电流Ld通常较小，而且与低压电网的接地型式有关，需特别注意校验。

以下说明使用熔断器作为线路和设备保护时校验方法。

我国新标准《低压配电装置及线路设计规》（待批）提出：

TN系统采用我国标准产品熔断器作配电线路接地故障保护时应符合附表所列单相接地短路电流Id比熔体额定电流In的最小倍数。

所谓TN接地系统是指，配电变压器中性点直接接地（用T表示），系统外露可导电部分经中性线N或另设的保护线PE连接到变压器接地（用N表示），近似于过去“保护接零”。

附表列出两种时限，5S对应于固定式电气设备和线路，0．4S对应于移动式和手持式电气设备及线路（插座）。

熔体额定电流In按回路工作电流或尖峰电流选择后，要校验ID／In的最小倍数是否满足。

着眼于人身安全，还要校验接触电压Ujc，附表切断时间5S要求Ujc≤50V，切断时间0．4S要求Ujc≤90V。

   一般Y，yno结线配电变压器的零序阻抗达正序阻抗的8～10倍，单相短路电流相对较小，以致故障点位于电网末端、保护线PE截面较小、用电设备功率较大或电动机要考虑尖峰电流所选熔体额定电流较大等情况下常常不能满足附表要求的ID／In人最小倍数。

改用D，yn11结线配电变压器往往可以解决问题。

3 能充分利用变压器容量

   Y，yno结线配电变压器在三相不平衡负荷作用下，一方面零序电流产生零序磁通经过油箱、附件等部位闭合形成严重的磁洲和涡流损耗增加变压器功耗和温升；另一方面零序电压使中性点电位偏移，各相负载端电压或升或降，因此规定中性线电流不得超过二次额定电流的25％，从而限制了变压器容量的利用。

在极端情况下，负荷集中于一相，例如一台容量为315kVA配电变压器，每相容量105kVA、但中性线电流限制了单相负荷容量，只能达到105×25﹪=26．25kVA、变压器的容量利用率只有26．25／315=1/12=8．3％。

在城镇公用配电变压器和农村居民区配电变压器中三相负荷不平衡情况几乎不可避免。

即使设计安装时力求把同类负荷曲线的用电设备平均分配到三相上，实际运行中仍会出现三相严重不平衡现象，由此造成的低压线损率居高不下、甚至烧毁变压器事故屡见不鲜。

   对于D，yn11结线配电变压器，因为主磁通中零序成分很小，虽然零序磁通路经仍同上述，变压器不致过热；所以中性线电流不受限制，可以与线电流相等。

变压器的容量利用率较好。

因此在TN和TT系统接地型式的低压电网中和在不平衡单相负荷引起中性线电流超过变压器低压绕组额定电流的25﹪情况下，宜选用D，yn11结线三相配电变压器