电力变压器应用导则.doc

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1、|ICS 29.180K 41中华人民共和国国家标准GBT 134992002idt IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则Power transformersApplication guide2002-02-28 发布 2003-03-01 实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局中 华 人 民 共 和 国 发 布 目 次前言IEC 前言1 总则2 不同的三相绕组组合和磁路设计的特性3 自耦变压器的特性和应用4 零序特性中性点负载电流和接地故障条件、磁饱和及涌流5 中性点接地的三相三绕组变压器（独立绕组变压器和自耦变压器）中短路电流的计算6 三相系统中的变压器并联运行7

2、 规定负载的电压降计算、三绕组变压器负载损耗8 额定参数和分接参数的规定9 标准变压器的变流使用10 电力变压器损耗测量导则附录 A（提示的附录） 单相和两相接地故障的基本关系式前 言本标准等同采用 IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则 ，是对 GBT 134991992电力变压器应用导则的修订。本标准在技术内容和编写规则上与 IEC 60076-8：1997 等同，但对其印刷错误作了更正，详见标准中的采用说明注。IEC 60076-8：1997电力变压器应用导则是取代 IEC 60606：1978电力变压器应用导则的技术修订版。GBT 134991992 是等同采用 IEC 6

3、0606：1978 制定的。本标准与 GBT 134991992 相比，增加了大量技术内容，主要有：1）不同的变压器联结和磁路设计的基本特性，特别是关于零序现象；2）具有 YNynd 和类似联结的变压器的系统故障电流；3）变压器的并联运行，负载条件下电压降或电压升的计算方法，以及三绕组负载组合下的负载损耗计算方法；4）定货时，如何根据预期的负载条件选择额定参数和分接参数；5）按常规设计的变压器如何应用于变流负载；|6）有关损耗测量的测量技术和准确度。本标准自实施之日起代替 GBT 134991992。本标准的附录 A 是提示的附录。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国变压器标准化技术委员

4、会归口。本标准主要起草单位：沈阳变压器研究所、国家电力公司、武汉高压研究所、中国电力科学研究院。本标准参加起草单位：辽宁电力科学研究院、沈阳变压器有限责任公司、华东电力试验研究院。本标准主要起草人：韩庆恒、付锡年、李光范。本标准参加起草人：王世阁、徐子宏、马仁明。本标准 1992 年首次发布，2002 年第一次修订。本标准委托沈阳变压器研究所负责解释。IEC 前言1）国际电工委员会（简写为 IEC）是所有国家电工委员会（又称 IEC 国家委员会）组成的一个世界性的标准化组织。IEC 的宗旨是推动电工和电子领域内的全部标准化问题的国际合作。为了此目的以及其他活动的需要，IEC 出版了国际标准。I

5、EC 标准的制、修订任务是委托给各技术委员会负责。任何一个国家电工委员会，若对此表示特别关心，可以参加该标准的制、修订工作。与 IEC 有联系的国际组织，政府机构和非政府组织也可参加这些标准的制、修订工作。IEC 与世界标准化组织（简写为 ISO）已按它们之间的协议条件进行紧密的合作。2）国际电工委员会（IEC）的各技术委员会是由对该技术问题表示特别关心的各国家委员会组成的。它所作出的决定或协议，最大限度的反映了国际上对此技术问题的一致意见。3）这些决定和协议，以标准的形式供国际上使用，在这意义上已为各国家委员会所承认。4）为了促进国际上的统一，IEC 希望各国家委员会在其国内条件许可下，尽量

6、采用 IEC 标准作为本国的国家标准，如果国家标准与相应的 IEC 标准有不同之处时，应在国家标准中尽可能明确地指出。5）IEC 尚未制定任何有关认可标志的程序，因此，当某一台设备被宣布为符合某一 IEC 标准时，IEC 对此不承担任何责任。6）要注意本标准的一些内容有可能涉及专利权的问题，但 IEC 没有责任要将任何一个或所有这样的专利权给以验明。本标准由 IEC TC14 技术委员会“电力变压器”负责制定。本标准是第一版并取代 1978 年发布的 IEC 60606。本版本（构成）是一个技术修订版。本标准是以下述两个文件为基础编制的：最终表决文件 表决报告14260FDIS 14297RV

7、D本标准批准的详细情况见上表列出的表决报告。总标题电力变压器下，IEC 60076 包括下列部分：第 1 部分：总则（1993）第 2 部分：温升（1993）第 3 部分：绝缘水平和绝缘试验（1980）|第 5 部分：承受短路的能力（1976）第 8 部分：应用导则（1997）附录 A 仅是提供信息的参考件。中华人民共和国国家标准GBT 134992002idt IEC 60076-8：1997代替 GBT 134991992电力变压器应用导则Power transformersApplication guide中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 2002-02-28 批准 2002-03

8、-01 实施1 总则1.1 范围和目的本标准适用于符合 GB 1094 系列标准和 GB 6450 等标准的电力变压器。本标准的目的是为用户提供如下信息：不同的变压器联结和磁路设计的基本运行特性，特别是关于零序现象；具有 YNynd 和类似联结的变压器内的系统故障电流；变压器的并联运行，负载条件下电压降或电压升的计算方法，以及三绕组负载组合下的负载损耗计算方法；定货时，如何根据预期的负载条件选择额定参数和分接参数；按常规设计的变压器，如何适用于变流负载；有关损耗测量的测量技术和准确度。本标准中有一部分内容具有通用性的性质并适用于各种容量的电力变压器。然而，有几章仅涉及大型高压变压器的规范和应用

9、问题。本标准所述的一些建议不具有强制性，因而，它不是规范要求。关于电力变压器负载能力的信息，对于油浸式变压器，见 GBT 15164；对于干式变压器，见 GBT 17211。有关电力变压器冲击试验的导则，见 GBT 7449。1.2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB 1094.11996 电力变压器 第 1 部分 总则（eqv IEC 60076-1：1993）GB 1094.31985 电力变压器 第 3 部分 绝缘水平和绝缘试验（neq IEC

10、60076-3： 1980）GBT 2900.151997 电工术语 变压器、互感器、调压器和电抗器（neq IEC 60050（421）：1990、IEC 50（321）：1986）GBT 74491987 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作 冲击试验导则（eqv IEC 60722：1982）GBT 102291988 电抗器（eqv IEC 60289：1987）GBT 151641994 油浸式电力变压器负载导则（idt IEC 60354：1991）|GBT 155441995 三相交流系统短路电流计算（eqv IEC 60909：1988）GBT 172111998 干式电力变压器

11、负载导则（eqv IEC 60905：1987）GBT 18494.12001 变流变压器 第 l 部分 工业用变流变压器（idt IEC 61378-l：1997）GBT 190012000 质量管理体系 要求（idt ISO 9001：2000）2 不同的三相绕组组合和磁路设计的特性本章对所涉及的内容作一概述性的说明。在第 4 章中给出了有关零序特性的补充信息。2.1 Y、D 和 Z 联结绕组变压器绕组的三相联结主要有下述两种形式：星形（Y）和三角形（D ） 。对于特殊用途，特别是对小容量变压器，也采用曲折形或称 Z 形联结。历史上，曾用过其他一些联结（例如，截顶三角形、外延三角形、T 形

12、和 V 形等） 。但是，这些联结主要用于特殊用途的变压器，在通常的电力输电系统中，已不再采用。2.1.1 Y（形）联结绕组的优点具有这种形式的绕组：对高压绕组更经济实用；可提供中性点；允许中性点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） ；允许在每相中性点端设置绕组分接和安装分接开关；允许带具有中性点电流的单相负载（见 2.2 和 4.8） 。2.1.2 D（形）联结绕组的优点具有这种形式的绕组：对大电流、低电压绕组更经济实用；与星形联结绕组相组合，可降低该绕组的零序阻抗。2.1.3 Z（形）联结绕组的优点具有这种形式的绕组：允许带具有固有零序阻抗低的中性点电流负载（它用于接

13、地变压器，以建立系统的人为中性点端子） ；当相间负载不平衡时，可减少系统中电压的不平衡。2.2 绕组联结组的特性对整台变压器的绕组联结组标号，按 GB 1094.11996 中第 6 章。本条是对不同的绕组联结组合的中性点电流特性作一扼要的叙述。这些情况涉及电流和电压的零序分量。这个概念将在第 4 章和第 5 章中论及。本条也适用于由单相变压器组成的三相变压器组。2.2.1 YNyn 和 YNauto在安匝平衡条件下，零序电流可以在绕组之间传输，从而得到变压器的低零序短路阻抗，具备这种联结组的系统变压器，可附加提供具有三角形联结的稳定绕组（见 4.7.2和 4.8） 。2.2.2 YNy 和

14、Yyn具有中性点接地的绕组中的零序电流，不能使与其对应的且中性点不接地的另一个绕组具有平衡的安匝。由此构成铁心的励磁电流是受零序励磁阻抗控制。这个阻抗与磁路设计有关，可以比较高甚至很高（见 2.3） 。各相对中性点电压的对称性将受影响，此外，由于杂散磁通发热，允许的零序电流也将受到限制（见 4.8） 。2.2.3 YNd，Dyn，YNyd（带负载的第三绕组）或 YNyd（不带负载的三角形联结的稳定绕组）具有接地中性点的星形绕组中的零序电流将被三角形联结绕组中的环流补偿。其零序阻抗较小，大约等于绕组间的正序短路阻抗。如果两个星形绕组的中性点均接地（包括具有公共中性点的自耦联结的情况） ，对|零序

15、电流而言，这是三绕组负载的情况。关于这部分，将在 4.3.2 和 4.7.2 及第 5 章中论及。2.2.4 Yzn 或 ZNy曲折形联结绕组中的零序电流，将使每心柱上的绕组的两个半部分之间产生自动的安匝平衡，从而提供一个低零序短路阻抗。2.2.5 大型单相变压器的三相组采用三角形联结的第三绕组用于联络高电压系统的变压器通常是用单相变压器联结成三相组。这种三相变压器组的成本、重量和损耗要比相应的三相变压器高（只要能制造出） 。三相组的优点是：由于可将第四台作为备品，从而费用相当低。此外，相应的三相变压器还可能出现其重量超过运输极限的情况。三台单相变压器具有独立的磁路，从而对零序电压分量提供高励

16、磁阻抗。三相变压器组可能需要一个具有三角形联结的稳定绕组，或者，也可能需要一个第三绕组以提供电压低的辅助电源。这一点，可以用外部母线将电站中的变压器逐台地相连接来达到。外部连接有可能增加三相变压器组的第三绕组接地故障或短路的危险。2.3 各种磁路的设计对三相变压器，最普通的磁路设计是三柱心式（见图 1） 。三个相互平行、垂直放置的柱分别在顶部和底部通过水平的铁轭连接在一起。图 1 三柱心式磁路五柱心式磁路（见图 2）有三个套有绕组的心柱和两个截面较小的不套绕组的旁轭柱。连接所有 5 个柱的铁轭，其截面也比套绕组的心柱小。图 2 五柱心式磁路常规的壳式三相磁路设计是一个框架形的结构，它具有公共中

17、心线的：二个水平放置的套绕组的心柱（见图 3） 。绕组内的铁心柱实际上是矩形截面，并且，包围绕组的磁路邻接成一个外壳的形状。|图 3 三相常规型壳式磁路一种新型的三相壳式磁路具有 7 个柱，其套绕组的心柱是用另一种方式排列（见图 4） 。图 4 三相七柱壳式磁路在此，在总和不等于 0，即有零序电压分量的非对称三相电压条件下，对各种设计结构的主要特性差别进行讨论。这种情况也可从其他任何一个绕组中安匝不平衡时的零序电流来叙述。对磁路而言，此电流就是励磁电流并且由励磁阻抗来控制，在该阻抗上将产生零序电压降。常用的各种类型磁路的特点见 2.3.1 和 2.3.2。2.3.1 三柱心式磁路在三柱心式变压

18、器中，各套绕组心柱中的正序和负序磁通分量会通过铁轭相互抵消， （在任何瞬间，它们的总和为 0） ，但是剩下的零序磁通却必须在励磁绕组的外部找到一条从铁轭到铁轭的磁回路。这种外部铁轭漏磁将通过很高的磁阻，对于给定的磁通量（已知的零序电压）来说，需要相当大的磁势，从电路上看，这种现象可表示为一个相当低的零序（励磁）阻抗。这个阻抗，随零序分量的大小而呈非线性变化。相反地，非补偿的零序电流便成为由零序励磁阻抗控制的励磁电流。其结果是增加了相中性点电压的非对称性，即有零序电压分量。零序铁轭漏磁通将会在夹紧结构和油箱中感应出环流和涡流电流，从而在这些元件中产生额外的杂散损耗。此异常的杂散磁通也会使绕组中的

19、涡流损耗增加。在运行中，需对长时间运行的中性点电流的幅值限制在许可值内。关于这方面的考虑，见 4.8。2.3.2 五柱心式或壳式磁路在五柱心式或壳式磁路变压器中，有供零序磁通通过的磁路中的不套绕组心柱部分的磁回路（即五柱铁心中的二旁柱，壳式铁心中的所有外侧部分以及七柱壳式铁心中的两个旁轭柱和两个不套绕组的心柱） 。零序磁通经过低磁阻（相当于一个非常高的零序励磁阻抗） ，这与正常的正序电压的情况很相似。这仅适用于磁路内的未套绕组的心柱内磁通没有达到饱和时的情况。当饱和后，零序励磁阻抗便降低，由此便产生畸变的尖峰电流。|由单相变压器组成的三相组也有类似的情况，在任何外加的运行电压下，磁路都是分开且

20、独立的。由于上述的原因，这类三相变压器或三相变压器组通常是提供一个具有三角形联结的稳定绕组（见第 4 章） 。3 自耦变压器的特性和应用3.1 根据定义，自耦变压器是指至少有两个绕组具有公共部分的变压器（见 GB 1094.11996 中 3.1.2）自耦变压器的“单线”图见图 5。变压器的高压部分（图中用 U1、I 1 标志）由串联绕组和公共绕组组成。低压部分（U 2、I 2）由公共绕组单独组成。其高、低压系统有电气连接。U1I1U 2I2S 1 II1212 图 5 自耦变压器的“单线”图采用说明：1原文为“I 1I 2”有误，改为“I 2I 1”。3.2 降低因数或自耦因数， 在相同的通

21、过容量下，自耦变压器同独立绕组变压器相比，具有体积小和损耗低的优点。当电压比愈接近于 1 时，节省也愈明显。两个绕组（串联和公共）具有相同的等值容量额定值，或者说它们具有平衡的安匝特性。图 5 所示的关系式直接阐明了自耦联结的降低因数 o如果 S 表示自耦绕组标注在铭牌上的额定容量，则从实际尺寸和重量来说，|相当于额定容量为 S的独立绕组变压器。通常 S又可表示为固有额定容量或等值双绕组额定容量。例：一台 500220 kV，360 MVA 的自耦变压器是与一台额定容量（500220）500）360201.6 MVA 的独立绕组变压器相当。如果还带有一个额定容量为 120MVA 的非自耦连接的

22、第三绕组（YNautod 360360120 MVA） ，那么，它的等值双绕组额定容量为：（201.6201.6120）2261.6 MVA3.3 短路阻抗和漏磁效应变压器的短路阻抗可以用漏磁场中的无功功率来描述。它也与绕组的形状及其外形尺寸有关。由于自耦变压器可降低外形尺寸，漏磁场中的无功功率自然要比具有相同额定容量的独立绕组变压器要小。因此，其阻抗百分数相应地要低些。自耦因数。也是阻抗百分数的一个基准标记。然而，也应看出，如果自耦变压器的阻抗百分数规定的高一些（从限制二次侧系统中故障电流幅值来考虑）,那么，从设计角度而言，它将是一台尺寸小但漏磁场很高的变压器。这会带来较高的附加损耗（除结构

23、部件中的杂散损耗外，还有绕组的涡流损耗）并且由于漏磁通将部分地通过磁路（即铁心） ，甚至还可能出现饱和效应。这种效应将使变压器在高于额定条件下的负载能力受到限制，且不能用标准试验表示出来。在区分大型和中型电力变压器时，GBT 15164 已考虑到上述这些现象。对于自耦变压器，应根据等值容量和相应的阻抗百分数来划分，而不应按铭牌上的额定数据。3.4 系统限制，绝缘配合当一次和二次（三相）系统之间有直接的电气联系时，就意味着它们有共同的中性点，并且，自耦变压器的三相联结为星形。实际上，系统通常是有效接地，通常规定自耦变压器的中性点具有降低的绝缘水平。如果变压器中性点直接接地，则所需的绝缘水平是非常

24、低的（见 GB 1094.31985 中 5.5.2） 。另外，亦可预计电站中有几台变压器时，其中性点并不都是直接接地。这样做是为了降低预期的接地故障电流。但是，不接地的中性点通常要接上一只避雷器以进行暂态冲击保护。避雷器的额定电压和中性点的绝缘水平应与系统接地故障时的不接地中性点上所出现的工频电压相配合。在具有很长的架空线的特高压系统中，可以用特殊调谐电抗器接地来增加其单相重合闸成功概率。此时，通过调谐电抗器接地的变压器中性点需要具有相当高的绝缘水平。自耦变压器串联绕组两端之间的绝缘有时存在着设计上的困难。当高压侧线端施加暂态过电压时，通常假定 X 端和低压侧线端均处于低电位。此时，高压侧所

25、承受的全部冲击绝缘水平便只沿串联绕组分布。这表明串联绕组上所出现的匝间电压，与沿公共绕组分布的低压侧过电压相比，相应地要高。3.5 联络自耦变压器的电压调节自耦变压器中的电压比改变可以用各种方法来进行。其中有些应遵循 GB 1094.11996 中 5.l 中的基本原则。另外一些，则不必遵循，这是因为两个绕组中的有效匝数是同时变化的。分接匝数既可位于中性点端；也可位于公共绕组与串联绕组之间的连接点处（公共点） （见图 6） 。|在中性点处的调压，虽然将同时增加或同时减少高压绕组和低压绕组的匝数，但绕组之间的匝数比也在变化。对于规定的电压比变化范围需要很多调压匝数时的情况，本类型的调压是无法满足

26、的。因此，在分接范围内的变压器每匝电压将会有显著的变化（变磁通） 。当变压器变比愈接近 1（低 值）时，此现象愈明显。必须用一个适当加大的磁路尺寸来达到。这也将会导致每级电压不相等。中性点调压最明显的优点是分接绕组和分接开关更接近中性点电压，因而，仅需较低的对地绝缘水平。图 6 在公共中性点处的分接匝3.5.1 在中性点处的分接匝3.5.2 在 X 端处的分接匝在自耦变压器内的自耦联结处（低压侧线端）配置的调压，要求分接绕组和分接开关设计成具有 X 端的绝缘水平。它们将直接受到雷电或操作冲击波的波前暂态电压的作用。图 7 示出一组不同的配置。a）公共绕组中的匝数保持不变。如果高压系统电压变化较

27、大，低压系统电压保持相对恒定，则这种选择是合理的。b）本方式与 a）相反，其低压侧的有效匝数是在变化，而相对于高压系统电压的匝数保持恒定。c）高压侧的匝数恒定，但对于一定的再接入匝数而言，其匝数比的变化比 b）还大。然而。从另一方面看,情况 b）允许用图示的极性转换方式得到正或负的分接绕组使用。|图 7 低压线端处的分接匝4 零序特性中性点负载电流和接地故障条件、磁饱和及涌流本章论述了在不对称三相运行条件下的三相变压器和单相变压器三相组的一些特性。有些差别是与磁路的几何形状和绕组的三相联结组有关。不对称情况包括暂态扰动和连续运行下引起的不对称，它会引起：三相电压对称性暂时变差，从而，也使铁心励

28、磁对称性受到暂时影响。负载电流暂时或永久性不对称，特别是中性点电流对电压稳定性、漏磁和铁心励磁将产生影响。4.1 三相系统的对称分量在 4.1.1 中简要地叙述了一种在电力系统分析中经常涉及的并被称之为对称分量的通用分析方法。关于这种方法和应用方面的更多信息请参阅电力系统分析方面的教科书。在 4.1.2 中则进一步阐述了系统通过变压器中性点接地的实际状况。4.1.1 电压和电流的对称分量原理和术语作为常规使用的方法，假定具有同步的正弦波电压和电流是用恒定的阻抗或导纳的线路元件联系的，其在三个相的数值是相等的。这种假定意味着所有电路方程式是线性的，并且变量可以用线性变换进行变化。对称分量就是这样

29、一种变换。在一般的非对称情况下，三个相电压或相电流的幅值不相等并且时间间隔也不相等（不是相隔 120） 。瞬时值之和可能不为 0。相量图是一个非对称的星形。三个相量的矢量和不构成一个封闭的三角形（总和不为 0） 。但是，原有的三个非对称变量总有可能用下述的三个分量组合来代替：一个具有完全对称的正序分量，通常为一组三相电压或电流；一个具有另一种对称形式的负序分量，此时，其相序相反；在所有的三个相中存在着无相位移的相量值相同的零序分量。前两个分量，各在每一瞬间的总和为 0。第三个分量则表示原变量的非 0 和之剩余值，每相各占 l3。计算电压和电流的对称分量方法的优点是：原来用三个未知变数的三个联合

30、方程组，对每个分量而言，可用三个独立的、只有一个未知数的单相方程式来代替。每个方程使用与各分量相对应的阻抗或导纳。然后，将各独立对称分量方程式的解，按各相进行复原性叠加，便得到实际系统的相电压或相电流。关于各相原始参数值变换到各对称分量以及其相反变换过程之算法，可从相应的教科书中查出。4.1.2 实际状况电流和电压各分量的特性具有下列实际结论。在一个没有接地回路或中性点导线的系统中，其三个线电流的总和为 0。将其变换成对称分量后，只包括正序和负序分量，但无零序分量。从系统流入到三角形联结绕组的电流亦具有这种特性。如果有中性点电流流入地中或通过中性线（第四线） ，那么，相电流中就有一个零序分量。在相与中性点之间施加单相负载的四线配电系统，便是这样一种正常的情况。高压输电线通常没有中性点负载电流通过。即使在一定程度上出现不对称的负载时，也只是使两相之间的负载特性产生一个负序分量，而无零序分量。零序分量以每相之值来定义，且所有三个相均具有相同的幅值。因此，零序分量电流正好为中性点电流的 13。三角形绕组上的一组线间电压，由于是闭合的角形联结，故其和为 0。因此，不含有任何零序电压分量。但在角接绕组的内部，可能存在着零序电流，它是从其他绕组感应出来的，而在该角接绕组内部形成短路的环流。4.2 对称分量的阻抗特性