绕组的电位分布.pdf
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1、第4 4 卷第4 期 2 0 0 7 年4 月炙 AN T毛 员 D i 亿叼 RV o l . 4 4 A p r ilNo . 42 0 0 7绕组的电位分布漆炳宇 一, 漆吉, 杨云杰 ( 沈阳变压器有限责任公司, 辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 5 )摘要: 介绍了 采用模型电 路的 测量方法并用模型电 路的 测量数据绘制出了 绕组电 位分布图 。关键词: 变压器; 绕组; 电位 中图分类号: T M 4 0 2文献标识码: B文章编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 3 ) 0 4 - 0 0 3 6 - 0 9P o t e n t ia l D is t r
2、 ib u t io n i n Wi n d in gP AN ( S h e n y a n g T r a n s f o r m e r C o . , L t dJ i , Y A N G Y u n 一 ie S h e n g y a n g 1 1 0 0 2 5 , C h in a )A b s t r a c t : T h e m e a s u r e m e n t m e t h o d w it h m o d e l c ir c u it is in t r o d u c e d . T h e d ia g r a m o f p o - t e n t
3、 ia l d is t r ib u t io n in w in d in g is d r a w n b y d a t a m e a s u r e d w it h m o d e l c ir c u it . K e y w o r d s : T r a n s f o r m e r ; Win d in g ; P o t e n t ia l1 前言在通常情况下, 绕组的电位分布被定义为: 把试 验电压u 沪施加在绕组的首端( N ) 并保持电压幅值 不变、 波形不变、 频率不变, 在此条件下, 测量绕组的 电位, 求出节点的电位, 求出节点的电位幅值, 绘出 电位幅
4、值和节点的关系曲线, u o4( a ) 。 该曲线就是绕 组的电位分布。绕组的电位分布, 能够表示出节点电位的高低, 但不能准确地表示出线段梯度的大小。 因为, 相邻节 点的电位在同一试验电压下是不可能同相位的。绕组的电位分布与绕组结构尺寸和绕组中性点 的接地方式有关, 也与试验电压频率f 有关。 试验电 压频率变化, 绕组的电位分布图形就随着变化, 在不 同电压频率下的电位分布图形是不相同的。 因而, 根 据电位分布图形和试验电压频率的关系就可以对绕 组的频率特性做出判断, 即( 1 ) 对绕组的谐振频率、 谐振节点、 谐振线段和 谐振性质并联谐振或串联谐振做出判断。( 2 ) 对绕组的谐
5、振节点数目 做出判断。( 3 ) 对绕组节点的阻抗性质感性阻抗、 容性 阻抗或电阻; 链型电路的阻抗性质感性电路或 容性电路;绕组包含的链型电路段和链型电路段包 含的单元数目 做出判断。( 4 ) 对节点的电位做出判断, 对线段的梯度做出估计。以上所述的绕组特性, 可以用计算方法求出, 也 可以用试验方法求出。笔者所介绍的则是用模型电 路的测量方法, 并用模型电路的测量数据, 绘制出电 位分布图, 进而根据电位分布图形, 认定谐振点的谐 振频率, 电位升高值等特性。2 绕组的 模型电 路绕组的模型电路,乃是用实体电感元件和电容 元件组成的链型电路。 它不是实体绕组模型, 但也不 能认为它是理想
6、电感和电容组成的链型电路。笔者 采用的模型电路见图1 , 它有3 4 个单元, 3 4 个线段, 3 5 个节点。 每个单元有三个参数, 即: L j , K , 和几, 并 结合 1 1 0 k V变压器的漏抗和对地电容给出数值,图1 绕组的模型电路F i g . 1 Mo d e l c i r c u i t o f w i n d i n gL ,- 5 .6 m H; K i= 2 0 0 p F ; C a 2 0 0 p F第 4 期., 潘 吉、 杨云杰: 绕组的电 位分布图中线段的连接方法是首尾相接, 线段的编号 是按连接顺序编号, 即: 3 4 , 3 3 , 3 2 ,
7、- - - i . . . 2 , 1 0图 1 中的节点编号和线段编号相对应, 即绕组 高压出线定为“ 3 4 “ , 绕组中性点定为“ 0 “ , 其它节点 按顺序编号, 即3 3 , 3 2 . . . i . . . 2 , 1 ,按此原则编号,线段和节点的编号是对应的, 即线段 3 4的首端接3 4 节点, 末端接 3 3 节点, 线段i 的首端接 i 节点, 末端接 i - 1 节点。再者, 在模型电路中没有显示电阻, 但实体电 感元件中有电阻: ( r O 0 ) , 实体电容元件中确有电阻 R ( R Ooo ) 。模型电路中有电阻, 测量数据中也包含 电阻作用, 所以, 相邻
8、节点的电位就不同相位有相位 差, 梯度电压就不能用电位的幅值差表示。图1 中u 沪表示试验电压,,f 表示电压频率。 在 测量节点电位时, 保持u ( f ) 幅值不变, 波形不变、 频 率不变。图1 中K表示接地开关, 用于改变中性点的接 地方式。中性点可以直接接地, 不接地( 对地绝缘) 或经小电阻接地, 经电感接地, 经并联的电感一电 容接地。中性点的接地方式改变, 电位分布的图形 就改变, 绕组的频率特性就改变。图 1 中的线段阻抗, 用Z i 的表示。Z i 的数值由 L i f 决定。 线段的谐振频率用f 表示抓的数值, 由L i 和K i 决定。 在户f 时, Z i 是电阻特性
9、, 阻值很大; 在 f .f 时, Z i 是容性阻抗, 其数值是随着f 增大而 减小的。图 1 中节点阻抗, 用Z O 表示。Z O 的数值, 由节 点i 对应的链型电路段决定。在感性电路中, Z O 的 数值随着i 的数值增大而增大; 在容性链电路中, Z O i 的数值随着i 的数值增加而减小。线段的谐振频率f , 可以用计算方法得到数值, 亦可以用试验方法得到数值。 节点的谐振频率f 0 可 以用计算方法得到数值,亦可用试验方法得到数 值, 并且可以用电位分布图形指示谐振点及其对应 的谐振频率。所以要对实体变压器线端对地阻抗和绕组的电位分布进行测量。3 电位分布的说明变压器绕组的电位分
10、布和绕组的结构尺寸有关, 和试验电压的频率有关, 和绕组中性点的接地方式有关。变压器绕组的谐振频率是区间伏ff b 的值, 不是 一个单值。 其中f “ 是谐振频率的最小值沂是谐振频 率的最大值。所以说, 在Ma 时绕组没有谐振现象,没有谐振点; 在户 f时绕组没有谐振现象, 没有谐振 点; 当f 在If . lf b 区间中时, 绕组有谐振现象, 绕组内 会出现两个谐振点, 三个谐振点, 四个谐振点, 或更多个谐振点。一个实体绕组的电位分布图形,是根据电压频 率f 和优,f b 的关系, 以及中性点的接地方式进行分 类, 并采用“ 三节符号法” 分类, 即用第一符号表示f 和/ a 沂 的关
11、系, 用第二节符号表示接地方式, 用第 三节符号表示谐振点数目的多少。第一节符号采用I , II, M。其中, I 表示户 关 ; II 表示Mb ; M 表示f 在/ a ,f 6 区间。第二节符号采用 1 , 2 , 3 - 一 。其中1 表示中性 点直接接地; 2 表示中性点对地绝缘 ( 不接地) ; 3 中 性点经小电阻接地; 第三节符号采用 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . . . . . . 。其中, 1 表示 绕组谐振节点少, 2 表示谐振点多, 3 表示更多。再者, 还要进行三点说明。 3 . 1 对中性点直接接地的情况说明( 1 ) 在Mo 时在Ma 时, 绕组的 线段
12、阻抗z i 是感性, 节点阻抗 z o 亦是感抗, 并且, 节点阻抗有以下关系, 即Z . = Z m e Z m , Z m , . . . Z o . . . Z w Z o Z m = O( I ) 绕组的线段谐振频率f为: 介一 1J 2 w V L 弃 天尸 绕组的节点谐振频率f 为:( 2 )f o1 2 ,r r vz L i - c o ;( 3 )式中c o ;一节点i 的对地电容Z L 一节点i 的组合电 感, 其表示式要根据 图2 关系写出, 即F i g .2 I m p e n d a n c e d i a g r a m a t n o d e i、产、,声、,夕
13、 411一6 了了、廿了吸、子、Z L i= T L i+ ( ZZo i- - )J W Z L i= T ,l ( I 一 。 Z L ,K i ) 因而, 绕组节点的谐振频率有以下关系f a 时逐步增大f 值, 节点3 4 的谐振现象消失, 节点 3 3 成为谐振点。 再逐步增大f 值, 节点3 3 的谐振现 象消失, 节点3 2 成为谐振点。 以次类推, 谐振点随着 f 增大而向 绕组中 性点方向位移。同时, 谐振点把绕组分段, 使绕组的部分节点改 变阻抗性质。例如: 在f f ( 1 ) 时, 绕组内只有一个并 联谐振( 节点1), 绕组被分成两段, 即: 由节点0到 节点 i -
14、1 是感性链电路; 由节点 i + l 到节点 3 4是容性链电路。再逐步升高电压频率,f : f ( 2 ) f4 ( 2 ) , 节点3 4 成 为串联谐振点, 节点3 4出现第二次谐振现象。再增 大f 值,.户 刀2 ) , 绕组内有两个谐振点。 其中一个是谐 振节点i ( 1 ) ( 并联谐振点) ,另一是谐振节点i ( 2 ) ( 串联谐振点) 。因而绕组被分成3 段, 即: 由节点0 到节点 i ( 1 ) - 1 是感性链电路, 由节点 i ( 1 ) + l 到节 点i ( 2 ) 是容性链电路, 由节点i ( 2 ) + 到节点3 4是感 性链电路。再增大f 值,f f( 3
15、 ) = f 34 ( 3 ) 时, 节点3 4 成为并联 谐振点, 节点3 4 第3 次成为谐振点。 再增大f 值,f f ( 3 ) , 绕组内3 个谐振点, 绕组被分成4 段。以此类 推, 再增大f 值, 绕组还会出现新的谐振节点, 新的 链型电路段。因而绕组的电位分布曲线也跟着f 变 化, 极值点数目的增多, 极值点的位置也改变。 3 . 2 对中性点不接地的情况说明( 1 ) 在f f a 时在龟八 f ( 1 ) 时, 绕组首端成为串联谐振点, 末端电 位达到最大值。再增大f 值,f f ( 1 ) , 节点3 4 的谐振 现象消失, Z 。成为感性阻抗; 绕组内出现串联谐振 点。
16、并且, 谐振点随着f 值增大而向中性点方向位 移。当f l( 1 ) f 34 ( 2 ) 时, 节点3 4 第二次成为谐振 点, 并且是并联谐振点。再增大f 值,f f ( 2 ) , 绕组内 有两个谐振点( 其中一是串联谐振点, 另一个是并联 谐振点) , 绕组被分成三个链型电路段。以次类推了 丫( 3 ) 时, 节点3 4 第三次成为谐振 点, 并且是串联谐振点; 。同时, 绕组的电位分布曲线也跟着改变形状, 即 f f( 1 ) 时, 绕组第一次成为谐振点, 并且是串联谐振 点扩 f ( 1 ) 时, 谐振点位移, 节点3 4的阻抗Z O , 成为 感性阻抗; 电位分布曲子线有一个极值
17、点。f f( 2 ) 时, 绕组首端第二次成为谐振点, 并且是 并联谐振点; 丫( 2 ) 时, 谐振点位移, 绕组内有两个 谐振点, 节点 3 4的阻抗成为容性阻抗, 电位分布曲 线有两个极值点。f f( 3 ) 时, 绕组首端第三次成为谐振点, 并且是 串联谐振点;f f ( 3 ) 时, 谐振点位移, 绕组内有三个 谐振点, 节点 3 4的阻抗成为感性阻抗; 电位分布有 三个极值点。以次类推,根据电位分布曲线就能推断出绕组 的谐振点数目、 谐振点的位置、 谐振点的谐振名称以 及绕组的链型电路组合方式和绕组点的阻抗性质。 3 . 3 在.八几时在Mb 时,绕组的线段阻抗z i 都成为容性阻
18、 抗, 绕组的等值电路也成为纯电容链电路。但是, 绕 组线段的等值电容T K ; 的数值是随着f 值增大而增 大的, 在f -_ 0 0 时, T K ,- K ;在少 习 ; 时绕组中 性点的接地方式改变, 但电位 分布曲线的形状则变化不大。中性点直接接地和中 性点不接地电位分布曲线,只是在绕组中性点的电 位差别才较明显。 中 性点直接地的电位则总是零值; 中性点不接地的电位则总不是零值, 但数值不大, 有 时还接近零值。以上所述的绕组频率特性,都可以用电位分布 曲线说明。 电位分布曲线可以用试验方法得出。 下面 就用模型电路的测量数据, 绘制出电位分布曲线, 并 对相应的频率特性加以描述。
19、该曲线是绕组中性点直接地,Ma 时的电位分 布曲 线, 见图3 。 图 中 曲 线 是f - 5 k H z 的 电 位 分 布 曲 线, 曲 线是f - 1 k H z 的电 位分布曲 线。 根据这根第4 期1炳宝、 潘 吉、 杨云杰: 绕组的电位分布之 / 0 ( i ) 1 0 0 % 50% 一一 02 f tkHz介5 k H z3 4 3 2 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 8 6图3 1 - 1 的电位分布曲线F i g . 3 P o t e n ti a l d i s t r i b u t i o n c u r v
20、 e s o f 1 - 14 2 0曲线可以得出的结论有:( 1 ) 电位分布曲线是下降型, 中性点的电位总 是零值, 首端电位总等于试验电压幅值。并且证明: 线段阻抗Z 是感性阻抗, 节点z o 是感性阻抗; 首端 的第一谐振现象是并联谐振,首端谐振频率最低, 即. f f ( l ) = f 3 4 ( 1 ) = f . 。绕组在f f a 时没有谐振点。( 2 ) 增大f 值, 节点3 3 到节点1 的电位都升高, 电位幅值增大,电位分布曲线偏离直线分布更多。 并且, 电位分布曲线总是在水平直线的下方。( 3 ) 在f f( 1 ) f4 ( 1 ) f a 时, 电位分布曲线在节点
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- 绕组 电位 分布
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