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ICS29.180K41中华人民共和国国家标准GB/T13499-2002idt IEC60076-8:1997电力变压器应用导则Power transformers-Application guide2002-02-28发布2003-03-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布前言EC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4零序特性一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本标准等同采用EC60076-8:1997《电力变压器应用导则》,是对GB/T13499一1992《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EC60076-8:1997等同,但对其印刷错误作了更正,详见标准中的采用说明注。EC60076-8:1997《电力变压器应用导则》是取代IEC60606:1978《电力变压器应用导则》的技术修订版。GB/T13499一1992是等同采用IEC60606:1978制定的。本标准与GB/T13499一1992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:理到素前阀Z.ZC.ET
IEC前言1)国际电工委员会(简写为EC)是所有国家电工委员会(又称EC国家委员会)组成的一个世界性的标准化组织。正C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,EC出版了国际标准。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EC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。EC与世界标准化组织(简写为SO)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(EC)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,EC希望各国家委员会在其国内条件许可下,尽量采用EC标准作为本国的国家标准,如果国家标准与相应的EC标准有不同之处时,应在国家标准中尽可能明确地指出。5)EC尚未制定任何有关认可标志的程序,因此,当某一台设备被宜布为符合某一EC标准时,EC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EC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ECTC14技术委员会“电力变压器”负贵制定。本标准是第一版并取代1978年发布的EC60606。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2s毛筑系材布14297Rvb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,EC60076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。理甄Z.ZC.ET
中华人民共和国国家标准电力变压器应用导则GB/T13499-2002idt IEC60076-8:1997代替GB/T13499一1992Power transformers-Application guide1总则1.1范围和日的本标准适用于符合GB1094系列标准和GB6450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问题。本标准所述的一些议不具有强性,因而以它不是规范要求。,7CC二T关于电力变压器负载能力的信息,对子油浸式变压器,见GBT15164:对于千式变压器,见GB/T17211。有关电力变压器冲击试验的导则,见GB/T7449。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。GB1094.1一1996电力变压器第1部分总则(eqv IEC60076-1:1993)GB1094.3一1985电力变压器第3部分绝缘水平和绝缘试验(neq IEC60076-3:1980)GB/T2900.15一1997电工术语变压器、互感器、调压器和电抗器(neq IEC60050(421):1990、EC50(321):1986)GB/T7449一1987电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则(eqv IEC60722:1982)GB/T10229-1988电抗器(eqv IEC60289:1987)GB/T15164一1994油浸式电力变压器负载导则(idt IEC60354:1991)GB/T15544一1995三相交流系统短路电流计算(eqv IEC60909:1988)GB/T17211一1998干式电力变压器负载导则(eqv IEC60905:1987)GB/T18494.1一2001变流变压器第1部分工业用变流变压器(idt IEC61378-1:1997)GBT19001一2000质量管理体系要求(idt IS09001:2000)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。2.1Y、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,己不再采用。理甄Z.ZC.ET
2.1.1Y(形)联结绕组的优点具有这种形式的绕组:一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)。2.1.2D(形)联结绕组的优点具有这种形式的绕组:一对大电流、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。2.1.3Z(形)联结绕组的优点具有这种形式的绕组:一允许带具有固有零序阻抗低的中性点电流负载(它用于接地变压器,以立系统的人为中性点端子):一—当相间负载不平衡时,可减少系统中电压的不平衡。22绕组联结组的特性对整台变压器的绕组联结组标号,按GB1094.1一1996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。2.2.1YNyn和YNauto在安匝平衡条件作虾,零序电流可以在绕组之间传输,可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,可附加提供其有三角形联结的稳定绕组见4.72和48》。0.1上2.2.2YNy和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)。2.2.3YNd,Dyn,YNyd(带负载的第三绕组)或YNy+d(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。2.2.4Yzn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一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。23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。理闐素村网.ET
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(扇磁个阻抗这个阻抗,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。其结果是增加了相一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31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GB1094.1一1996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U,、I,标志)由串联绕组和公共绕组组成。低压部分(U,、1,)由公共绕组单独组成。其高、低压系统有电气连接。理甄Z.ZC.ET
U I,=U:I:=S0,-u=二1=a0(U1-U2)I1=U,(12-I1)=aS图5自耦变压器的“单线”图3.2降低因数或自耦因数,a在相同的通过容量下,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。如果5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a×S的独立绕组变压器。通常αXS又可表示为固有额定容量或等值双绕组额定容量。例:一台500/220kV,360MVA的自耦变压器是与一台额定容量((500-220)/500)×360=201.6MVA的独立绕组变压器相当。如果还带有一个额定容量为120MVA的非自耦连接的第三绕组(YNautod360/360/120MVA),那么,它的等值双绕组额定容英,素材风?←201.6+201.6+120)/2=261.6MVA3.3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α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,GB/T15164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。34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。采用说明:1]原文为“11山2”有误,改为“12山1”。理跗素衬网Z..ET
一如果变压器中性点直接接地,则所需的绝缘水平是非常低的(见GB1094.3一1985中5.5.2)。一另外,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。一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GB1094.1一1996中5.1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)。3.5.1在中性点处的分接匝J.NEI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a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3.5.2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。理甄素村网Z..ET
a)b)c))公共绕组中的匝数保持不变。如!果高压系统电压变化较大,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)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4零序特性一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:一三相电压对称性暂时变差从面,电使铁心励磁对称性受到暂时影响,⌒二丁~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: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1/3。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,可从相应的教科料书中查出。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。一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,只包理甄Z.ZC.ET
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