專利名稱：不對稱接線平衡變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力變壓器領(lǐng)域，涉及一種不對稱接線平衡變壓器，應(yīng)用于電氣化鐵路或工頻電爐等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的輸配電系統(tǒng)為三相系統(tǒng)，但許多用戶需要兩相或者單相供電電源，這勢必造成三相系統(tǒng)的不對稱運(yùn)行，產(chǎn)生較大的負(fù)序電流和零序電流分量，從而使電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，影響其他用戶正常供電。在電氣化鐵路牽引網(wǎng)中，由于也采用兩相電源，其不對稱運(yùn)行尤為嚴(yán)重。對于110KV及以上的三相電網(wǎng)，變壓器高壓側(cè)一般均采用中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式，以降低變壓器電壓絕緣水平，這就要求變壓器負(fù)載所產(chǎn)生的高壓側(cè)中性點(diǎn)接地電流 (零序電流)必須在允許值以內(nèi)。對于兩相運(yùn)行方式，減輕或消除負(fù)序電流和零序電流的重要方法就是采用平衡變壓器。目前生產(chǎn)的平衡變壓器，國外有Scott接線、LeBlanc接線或Woodbridge接線三種基本的形式。DScott接線變壓器高壓側(cè)不能引出中性接地點(diǎn)，材料利用率也不高，由于變壓器高低壓側(cè)沒有三角形回路，因此磁通及電壓中含有三次諧波分量，影響電壓波形，并給沿線通信帶來干擾。Scott接線用于AT連接時，其兩相側(cè)需按55KV設(shè)計(jì)，使成本升高。另外，繞組和鐵芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)LeBlanc接線變壓器一次側(cè)接成三角形，消除了三次諧波磁通的影響，但高壓側(cè)沒有中性點(diǎn)，需要按全絕緣設(shè)計(jì)，增加了成本，用于AT供電時，由于低壓側(cè)兩相沒有公共點(diǎn)，需要增加兩臺容量為主變壓器容量一半的自耦變壓器，使整體投資增加。3)對于Woodbridge接線，高壓側(cè)中性點(diǎn)可以直接接地，高壓繞組可以按分級絕緣 (相電壓)設(shè)計(jì)，在低壓側(cè)有三角形回路，但低壓側(cè)兩相出線，無公共點(diǎn)，故需兩臺所內(nèi)自耦變壓器(AT)，從而極大地增加了設(shè)備投資。國產(chǎn)的平衡變壓器主要有阻抗匹配平衡變壓器和YN/A變壓器兩種形式。阻抗匹配平衡變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)可以直接接地，低壓側(cè)有三角形回路，兩相出線有公共點(diǎn)，可引出接鐵軌。但該變壓器阻抗匹配較困難，需人為將a相(或c相)低壓繞組進(jìn)行拆分，以滿足等值阻抗的匹配關(guān)系，b相兩延邊低壓繞組需做交叉布置，并要求耦合緊密，以降低兩延邊繞組間的相互影響，故繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若用于AT供電設(shè)計(jì)，則b相鐵芯柱上將布置7個繞組，即一個高壓繞組，6個低壓繞組。低壓繞組中4個均要作交叉布置，使設(shè)計(jì)上難以實(shí)現(xiàn)， 故該種變壓器只能用于直供和BT供電方式BT供電方式是指吸流變壓器供電。AT供電方式是指自耦變壓器供電方式。AT供電相比BT供電和直供有優(yōu)勢主要是供電電壓等級高， 對通訊的干擾少等。這是通用的專有名詞。。YN/A平衡變壓器其基本特性與阻抗匹配平衡變壓器相同，也只能用于直供和BT供電方式。值得注意的是，現(xiàn)有的三相變兩相平衡變壓器都要求二次側(cè)繞組為兩相或三相繞組對稱(本文所提的對稱是指繞組匝數(shù)、阻抗和布置形式都相同)，這給生產(chǎn)實(shí)施帶來了難度，而且實(shí)際運(yùn)行中，特別是短路時繞組受到很大的電動力的作用而產(chǎn)生形變，實(shí)際上生產(chǎn)和運(yùn)行中很難保證對稱性，因此產(chǎn)品的最終應(yīng)用性能受到很大的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種不對稱接線平衡變壓器，該不對稱接線平衡變壓器的二次側(cè)采用互不對稱的繞組結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)實(shí)施方便，綜合性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)簡單，材料利用率高。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，一次側(cè)繞組采用Y型接線，其中性點(diǎn)N允許接地，一次側(cè)繞組匝數(shù)均為W1 ；二次側(cè)繞組中，A相繞組由ab和ea兩個繞組組成，B相繞組為be繞組，C相繞組由ca和dc兩個繞組組成；ab、ca、dc和be繞組的匝數(shù)均為W2，ea繞組的匝數(shù)為W3,爐3= (V3-1) *W2；ab.ca和ea繞組以a點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ca、bc和dc繞組以c點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ab 和be以b點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ab、ca、dc.ea和be繞組按照上述連接方式形成一個不對稱繞組模塊，b點(diǎn)為不對稱繞組模塊的模塊公共點(diǎn)；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差9(1。，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側(cè)繞組的電壓輸入或電壓輸出。鐵芯為三相柱式鐵芯或者三相殼式鐵芯。一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，其特征在于， 二次側(cè)繞組由兩個權(quán)利要求1或2所述的不對稱繞組模塊對頂連接而成，所述的對頂連接為2個不對稱繞組模塊的2個模塊公共點(diǎn)相接；2個模塊公共點(diǎn)的連接點(diǎn)記為ο ；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側(cè)繞組的外圍形成4個接線點(diǎn)，依次為al、bl、cl和 dl ；二次側(cè)繞組由al、cl和bl、dl引出兩相大小相等、相位相差90。的對稱電壓=Ualcl 和Ubldl，構(gòu)成兩相系統(tǒng)；或由alo、bio、clo和dlo得到四相大小相同的對稱電壓?；蛘卟捎昧硪环N方式實(shí)現(xiàn)三相變兩相或三相變四項(xiàng)平衡變壓器采用兩臺權(quán)利要求1或2所述的不對稱接線平衡變壓器即基本型三相變兩相平衡變壓器，將2個基本型三相變兩相平衡變壓器的二次側(cè)繞組從外部對頂連接，所述的對頂連接是指2個基本型三相變兩相平衡變壓器二次側(cè)繞組的2個公共點(diǎn)b相連。本實(shí)用新型的技術(shù)路線如下一種新型不對稱接線牽引平衡變壓器，包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，鐵芯為三相柱式或者三相殼式；一次側(cè)繞組由三相繞組AN，BN, CN組成，采用星形接線；二次側(cè)繞組由A相繞組ea和ab，B相繞組be以及C相繞組dc和ca組成，接線簡單。繞組ab、bc、 ca構(gòu)成閉合的三角形，構(gòu)成三次諧波電流的通路；一次側(cè)A、B和C構(gòu)成三相系統(tǒng)，其中性點(diǎn) N允許接地；二次側(cè)e、b和d、b構(gòu)成兩相系統(tǒng)，b點(diǎn)為兩相系統(tǒng)的公共點(diǎn)?？赏瑫r或單獨(dú)向外供電；一次側(cè)三相繞組的匝數(shù)均為W1 ；二次側(cè)繞組中，ab, be, ca, dc繞組匝數(shù)均為W2，ea 的匝數(shù)為W3。其中仏=(W-I) *爐2。可以看出，A相二次側(cè)兩個繞組，匝數(shù)分別為W2，W3 ；B3/6頁
相二次側(cè)只有一個繞組，匝數(shù)為W2, C相二次側(cè)兩個繞組，匝數(shù)都為W2。二次繞組匝數(shù)和結(jié)構(gòu)互不對稱。 通過調(diào)整繞組之間的距離(關(guān)于通過調(diào)整繞組滿足以下公式的阻抗關(guān)系，為現(xiàn)有技術(shù)中的常用技術(shù)手段，這一點(diǎn)在變壓器設(shè)計(jì)時完全可以保證)，使之滿足下列阻抗關(guān)系
ZKBU _ Zc = 0
IZkbu ~2ZA + ^~S) Za2 + Zc2 = O
2Za- (2λ/3 - 4) Zfl3 - ZfiJi2-Zc-Zc3 = O
(1)
A
A側(cè)為g
式中，ζ' m2為B相一次側(cè)繞組BN與二次側(cè)繞組be之間的短路阻抗；Z' 相一次側(cè)繞組AN的等值阻抗；Z' c為C相一次側(cè)繞組CN的等值阻抗；Z' 32為八相繞組ab的等值阻抗，Z'。2為C相二次側(cè)繞組ca的等值阻抗；Z' a3為A相二次側(cè)繞組ea 的等值阻抗；Z'。3為C相二次側(cè)繞組dc的等值阻抗，所有阻抗值均歸算到匝數(shù)為W1的繞
組一側(cè)。式(1)可以利用多繞組變壓器理論，磁勢平衡方程，本實(shí)用新型的接線方式及對應(yīng)的電路方程，一次側(cè)中性點(diǎn)電流為零的平衡條件，以及兩相系統(tǒng)互不影響的解耦條件導(dǎo)
出ο滿足阻抗關(guān)系式(1)之后，本平衡變壓器具有以下性能①二次側(cè)帶兩相負(fù)載時， 無論負(fù)載電流如何變化，一次側(cè)三相電流中始終無零序分量；②二次側(cè)兩相負(fù)載對稱時，一次側(cè)三相電流也對稱，既無零序分量，也無負(fù)序分量；③二次側(cè)兩相出線端短路時，從一次側(cè)各相看去的全短路阻抗相等；一次側(cè)三相出線端對中性點(diǎn)短路時，從二次側(cè)兩相看去的全短路阻抗相等；④兩相系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全解耦，即一相電流或負(fù)荷的變化，不會影響另一相電壓的變化。式(1)具有普適意義。通過調(diào)整各繞組之間的等值阻抗值或者全短路阻抗值，使之滿足平衡條件，則不管負(fù)載電流如何變化，總能保證一次側(cè)電流中無零序分量，即保持電流平衡狀態(tài)。對于B相繞組，雖然為雙繞組，但只需得到其短路阻抗，無需人為拆分，最大限度的節(jié)省了空間布置，降低了制造成本。對于A相和C相，等值阻抗可以通過短路阻抗計(jì)算得到，設(shè)計(jì)和計(jì)算十分方便。而且，生產(chǎn)加工時無需考慮繞組對稱的問題，給實(shí)施帶來方便。本實(shí)用新型的兩相系統(tǒng)空載電壓大小相等，相位互差9(|。，其空載電壓大小為f/efe = (l + V3- \)Uab = SUab
_ sin 120° _ rz
Udb = Γ Uab = yl ^Uab
sin 45本實(shí)用新型的一次側(cè)三相電流與二次側(cè)兩相負(fù)載電流的關(guān)系如式(2)所示。[0033]
權(quán)利要求1.一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，其特征在于，一次側(cè)繞組采用Y型接線，其中性點(diǎn)N允許接地，一次側(cè)繞組匝數(shù)均為W1 ；二次側(cè)繞組中，A相繞組由ab和ea兩個繞組組成，B相繞組為be繞組，C相繞組由ca 和dc兩個繞組組成；ab、ca、dc和be繞組的匝數(shù)均為W2，ea繞組的匝數(shù)為W3,爐3= (V3-1) *W2； ab、ca和ea繞組以a點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ca、be和dc繞組以c點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ab和 be以b點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ab、ca、dc.ea和be繞組按照上述連接方式形成一個不對稱繞組模塊，b點(diǎn)為不對稱繞組模塊的模塊公共點(diǎn)；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差9(|。，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側(cè)繞組的電壓輸入或電壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不對稱接線平衡變壓器，其特征在于，鐵芯為三相柱式鐵芯或者三相殼式鐵芯。
3.一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，其特征在于，二次側(cè)繞組由兩個權(quán)利要求1或2所述的不對稱繞組模塊對頂連接而成，所述的對頂連接為2 個不對稱繞組模塊的2個模塊公共點(diǎn)相接；2個模塊公共點(diǎn)的連接點(diǎn)記為ο ；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側(cè)繞組的外圍形成4個接線點(diǎn)，依次為al、bl、cl和dl ；二次側(cè)繞組由al、cl和bl、dl引出兩相大小相等、相位相差90°的對稱電壓=Ualcl和 Ubldl，構(gòu)成兩相系統(tǒng)；或由alo、bio、clo和dlo得到四相大小相同的對稱電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種不對稱接線平衡變壓器，該變壓器包括鐵芯、一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組，其特征在于，一次側(cè)繞組采用Y型接線，其中性點(diǎn)N允許接地，一次側(cè)匝數(shù)均為W1；二次側(cè)繞組中，A相繞組由ea和ab兩個繞組組成，B相繞組由bc一個繞組組成，C相繞組由dc和ca兩個繞組組成；ab、bc、ca和dc繞組的匝數(shù)均為W2，ea繞組的匝數(shù)為W3，ab、ca和ea繞組以a點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ca、bc和dc繞組以c點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；ab和bc以b點(diǎn)為公共點(diǎn)連接；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差90°。該不對稱接線平衡變壓器的二次側(cè)采用互不對稱的繞組結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)實(shí)施方便，綜合性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)簡單，材料利用率高。
文檔編號H01F27/24GK201975222SQ20112002213
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者張志文, 羅隆福, 許加柱, 許志偉 申請人:湖南大學(xué)