三相变压器的联接方式和联结组别的判定方法

1三相变压器的联接方式和联结组别的判定方法目录一．首端、尾端和同名端的概念1.变压器绕组的路端子和首尾端2.两个绕组的同名端3.首端、尾端跟同名端的关系4.同名端的测试方法二．三相变压器的联结方式和联结方式的标号1.表示联结方式的字母符号2.表示联结组别的数字符号3.表示三相变压器结线状况的标号三．三相变压器联结组别的判定方法1.Y-d形结线的变压器联结组别的判定方法2.D-y形结线的变压器联结组别的判定方法3.Y-y形结线的变压器联结组别的判定方法4.D-d形结线的变压器联结组别的判定方法5.Z形变压器的联结组别的判定方法四．根据变压器组别标号绘制接线图的方法1.Y-y形接线的变压器结线图的绘制方法2.Y-d形和D-y形变压器结线图的绘制方法3.Z形变压器的结线组别的判定方法五．三相变压器负序相量图的绘制方法（正文）在电力系统，三相变压器是最重要的高压电器设备之一。本文准备简单介绍三相变压器的结线原理和结线方式，并且重点介绍怎样根据结线方式来判断三相变压器的联结线组别。所谓“联结组别”实际上就是弄清楚低压绕组上的电压的相位跟对应的高压绕组上的电压相位相比时，低压落后多大角度。当计算和分析三相电路时，必须搞清楚这个问题。并作相应的技术处理，否则，否则可能酿成重大事故。当前，国内书刊介绍的判别三相变压器的联结组别的方法有多种，基本上都是按线电压来判别的。可是，国际标准（我国已全面采用作为国家标准）中明确规定用相电压进行判断，在IEC标准中给出了相量示意图，但是并没有作解释。在美国的大学课本中（见文献1）介2绍了相量图的画法和结线组别的分析方法。本文就是介绍这种方法的。在学习介绍过程中，作者也提出了更简化的分析判定方法。一．首端、尾端和同名端的概念1.变压器绕组的线路端子和首尾端三相变压器可以是由三个单相变压器通过外部连线组成，也可以制成一个整体的三相变压器。不管用哪种方法组成三相变压器，总得要把各个端子的用途标示出来。在国家标准中把用于连接电网络导线的端子称为线路端子。高压绕组的线路端子通常是用大写的A、B、C或U、V、W表示；低压绕组的线路端子通常是用小写a、b、c或u、v、w表示。见下图。图1三相变压器的线路端子及其标记通常把跟线路端子连接的绕组那端称为首端（或始端），在我国，线路端子的符号就是绕组的首端符号。也就是说，首端没有专门的符号。把同一个绕组的另一端称为尾端（或末端），高压绕组的尾端通常用大写的X、Y、Z表示；低压绕组的尾端通常用小写的x、y、z表示。见图1，这是我国的标记方法。但是，在文献1中，高压侧的首端是另有符号的。所用的符号是CBA321H、H或H和H、HH和表示；低压侧则用CBA321XX、X或X和X、X和表示。尾端则没有专用符号。这点跟我们国家不同。见上图的右图。2.两个绕组的同名端3在交流电路里，变压器的感应电压方向是跟绕组的缠绕方向紧密相关的。但是，当画电路图时，不便画出绕组的绕线方向，怎么办呢？用标出同名端的方法来解决。什么是同名端呢？请看下图：图2绕组的同名端标记图中画的是变压器的部分铁芯和缠绕在铁芯上的绕组，黑点是极性标志。有四种情况。图（a）是把绕制方向相同的两个绕组的始端作了标记（黑点）；图（b）的两个绕组的总体绕向虽然是相反的，但是，从上面绕组的始端和下面绕组的末端看，绕组的绕向还是相同的，因此，它们也是同名端。可见，从绕组的缠绕方向看，可以这样决定同名端：处于同一铁芯柱上的两个绕组中，实际缠绕方向相同的两个端子就称为同名端。对图（c）和图（b）那样的绕制情况，用绕制方向判断同名端比较困难，可以用右手螺旋定则来判断。方法是：两个端子通入同一个电流时，绕组所产生的磁通是同向的，因而是相加的。这样的两个端子就是同名端。图中的细线就表示了磁通方向。可见，同名端除了能表示上述两个特点（表示绕组的缠绕方向相同和表示通电流后磁通相加）外，还可以表示：①如果把瞬变电流加到一个端子后，另一个绕组的同名端的电位会提高。电流如果是从一侧的同名端进入，则从另一侧的同名端流出；②如果有一个交变磁通跟这两个绕组交链时，根据楞茨定律可知，在两个绕组感生的电压是同相的；③如果在一个绕组上供以电压，会在另一个绕组上感生一个同方向的电压。用上述方法标志同名端的方法，习惯上称为“减极性”表法。也称为“I,i0”联结法。应该说明的是：在图2中，不打黑点的另一对端子之间也称为同4名端。如果把上图中的黑圆点全部易位，也还是“减极性”标法。可见，同名端取决于两个绕组的绕线方向。绕线方向相同的两个端子就是同名端。如果两个绕组绕向相反，可以把同名端标志也标反（见图2的b图），这样标法还是同名端标法。还有一种标注法称为“加极性标注法”，也称I,i6联结法。这种标注法的特点是把绕组绕制方向相反的两个端子作为同名端。例如，当将图2中的同一铁芯柱上的其中一个圆点换一下位置，就变成“加极性”标注法了。因为目前的三相变压器大都是采用“减极性”标志的，所以，已经很少有人再提“加极性”和“减极性”的概念。但是，在本文的第四节也介绍了一下“加极性”的应用问题。3.首尾端和同名端的关系从定义来看，首端、尾端跟同名端似乎没有什么关系。但是，当判断结线的组别时，必须综合考虑不同端子的不同用途。另外，当首端确定以后，在“减极性”的情况下，人们都是要把极性标志加到高压和低压绕组的首端的。在“加极性”的情况下，人们都是选择高压的首端和低压的尾端作为同性端的。4.同名端的测试方法如果在变压器上的极性没有标志或标志不清楚时，可以通过简单试验确定。当用直流法测定时，可用下图的结线方法。图中的E是干电池；K是开关。图3用直流法检验变压器绕组的极性当把开关K闭合的瞬间，如果电压表（或直流毫伏表、毫安表）的指针向正方向偏转，就说明极性标志正确，是“减极性”。否则是“加极性”。理由：如果变压器绕组是按“减极性”标志的，当电流1I从一个绕组进入时，电流2I会从另一个绕组的同名端流出。也可以采用交流方法试验，其结线如图4所示。当电压表V2的读5数低于V1时，表明图中的极性标志是正确的。如果电压表V2的读数高于V1时，表明图中的极性标志是不正确的，应该是“加极性”的。理由：如图4那样标注时，是“减极性”标注。这样，变压器两个绕组上的电压21uu和就应该是同相的。当把非极性端短路时，电压表2V所测量的就是两侧电压之差，即读数V2小于读数V1。否则，是加极性。图4用交流检验变压器极性的结线二．三相变压器的联结方式和联结方式的标号1.表示联结方式的字母符号三相变压器常见的联结方式有星形（Y形）、三角形（形）。也有开口三角形（V形）、自耦形和曲折形（Z形）。最常见的是星形和三角形。在图1的高压侧就是星形；低压侧就是三角形。但是，当画三相结线图时，很少用图1的表示方式，而是用下图所示的几种方法之一的。图5常见的几种三相变压器结线图画法在图5中，左面的图形是在我国文献资料中经常采用的画法；6中间的图形是文献1（现行美国大学课本）中采用的画法；右面的图形则是在国际电工委员会（IEC）制定的电力变压器标准IEC600761-1999中提供的画法。我国已经全盘采纳了这个标准，标准代码是GB1094-1。不论采用哪种画法，总是要把高压绕组画到上方；把低压绕组画到下方的。由图5可见，在前两种画法中，都把同极性和端子名称表示出来了，是“减极性”还是“加极性”一目了然。从图中的标注方法看，都是按“减极性”标注的。但是，在IEC的画法中则没有把同名端标出来。但是，从所给出的标记中可以看出，IEC的标准也都是按“减极性”画的。另外，在美国课本的接线端子标志中，把高压侧的端子上都加“H”（High），因为判别联结组的组别时，是以高压端为基准的。当把高压侧结成Y形，把低压侧也结成Y形时，我们就说这是Y-Y形结线；当把高压侧结成Y形，把低压侧结成三角形时，我们就说这是-Y形结线；当把高压侧结成三角形，把低压侧结成Z形时，我们就说这是-Z形结线。在上述的每种结线方式中，又有多种结线方法可选。例如，在Y-Y形结线类型中有6种结线方法；在Y-形结线和-Y形结线类型中也各有6种结线方法。同样，在Y-Z和-Z结线中也各有6种结线方法。不过，基于安全、经济和实用的角度出发，许多结线方法是不宜采用的。例如，当用高压进行远距离输电时就，为了经济，高压侧就不应该采用三角形结线；当用三台单相变压器组成三相变压器组时，为了避免三次谐波的影响，就不能采用Y-Y形结线；为了安全，在某些情况下必须把中性点引出来等等。在我们国家的相应规定中，目前生产的变压器型号中，其组别编号只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0等5种。其中的Yyn0联结组是在低压侧引出中性点，便于220V电器用户使用；YNd11主要是供高压输电使用。2.表示联结组别的数字符号我们知道，对于单相变压器来说，高压侧的电压跟低压侧的电压之间的相位差，不是零度，就是180度。但是，对于三相变压器来说，情况就要复杂得多。它们之间的相位差在零至330度之间。间隔是307度。所谓三相变压器的结线组别，就是给变压器的各种结线方法编的号码，从这些号码就可以知道变压器是怎样结线的。因此，判别三相变压器组别的工作，就是判别高压端的电压跟低压端的相应电压间的相位差是多大的问题。具体说，三相变压器的组别编号是根据低电压的相位落后于对应的高电压的相位角是多少而定的，跟一次侧和二次侧无关。怎样区分和表示不同的联结方法呢？根据变压器的国际标准(IEC60076-1)和国内标准（GB1094.1-1996）的规定大体是：三相变压器联结方式的编号是由字母和数字两部分组成的。例如：Yy4、Yd11、Dy11、YNd11等。其中的字母表示结线方式；数字表示结线的组别。具体介绍如下：根据国际标准和国家标准的规定：“变压器高压、中压、低压绕组联结字母标志应按额定电压递减的次序标注”。在这里，要特别注意的是“按额定电压递减的次序标注”，而不是“按原边和副边的次序标注”。所以，当结线方式标志的排序为YNd时，并不是说一次侧一定是高压Y结线。具体说：Y形、三角形和Z形（也叫曲折形）结线的高压绕组用大写字母Y、D和Z分别表示；对应的低压绕组分别用小写字母y、d和z表示。对于Y形结线来说，高压侧的中性点引出线用大写的N字表示；低压侧的中性点引出线用小写的n字表示；对于自耦变压器的低压绕组用auto或a表示。例如：Dyn表示高压绕组是三角形结线；低压绕组是Y形结线，并有中性点引出；YNyn表示高压绕组是星形联结，低压绕组也是星形联结，而且两个绕组都有中性点引出；YNautod或YNad表示由三台单相自耦变压器合组成星形联结，有中性点引出，且有三角形连接的第三绕组。3.表示三相变压器联结状况的标号根据国际和国内标准的规定，三相变压器结线的组别是用时钟上时针的位置表示的。这种方法的最大特点是把高压侧的相量作为基准，并把它定位在时间为零点的位置。把低压侧的相量作为时针对待。8如果低压相量落后高压的相量是30度，就相当是1点钟，因此，这种结线的组别编号就是“1”。又如，当低压侧的相量落后高压侧的相量是330度时，就相当是11点钟，因此就把这种结线的组别编号为“11”。用什么相量作为比较的标准呢？在国内的书刊中，大都是用线电压的相量作比较的。而且是以AB相的电压作比较标准。具体说：如果低压的线电压abV落后高压侧的相应相量ABV以270度的话，它的组别编号就是“9”。但是，近几年的国际、国内标准都是采用相电压进行比较的方法。具体说是用相电压anV落后ANV的角度来判定组别。文献1就是采用这种方法的。但是，问题来了：对于三角形结线来说，相电压就是线电压，那么，究竟采用哪个电压作相电压呢？解决方法是：把表示三角形结线的等边三角形相量的顶点a角做一个平分线，把这个平分线的相量就当作是A相的相电压。这当然是认为社定的。例如，图5是Yd结线的两个相量图的图6用相电压表示结线组别示意组合。显然，这是把低压侧的线电压abV绕组跟高压的A相电压绕组共同缠绕在同一个芯柱上的情况。为了求出低压侧的假想相电压anV，必须把