專利名稱：不對稱接線平衡變壓器及其實現方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力變壓器領域，涉及一種不對稱接線平衡變壓器及其實現方法，應用于電氣化鐵路或工頻電爐等領域。
背景技術：
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)的不對稱運行，產生較大的負序電流和零序電流分量，從而使電網供電質量下降，影響其他用戶正常供電。在電氣化鐵路牽引網中，由于也采用兩相電源，其不對稱運行尤為嚴重。對于110KV及以上的三相電網，變壓器高壓側一般均采用中性點接地運行方式，以降低變壓器電壓絕緣水平，這就要求變壓器負載所產生的高壓側中性點接地電流 (零序電流)必須在允許值以內。對于兩相運行方式，減輕或消除負序電流和零序電流的重要方法就是采用平衡變壓器。目前生產的平衡變壓器，國外有kott接線、LeBlanc接線或Woodbridge接線三種基本的形式。DScott接線變壓器高壓側不能引出中性接地點，材料利用率也不高，由于變壓器高低壓側沒有三角形回路，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，其兩相側需按55KV設計，使成本升高。另外，繞組和鐵芯結構復雜；^LeBlanc接線變壓器一次側接成三角形，消除了三次諧波磁通的影響，但高壓側沒有中性點，需要按全絕緣設計，增加了成本，用于AT供電時，由于低壓側兩相沒有公共點，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，高壓側中性點可以直接接地，高壓繞組可以按分級絕緣 (相電壓)設計，在低壓側有三角形回路，但低壓側兩相出線，無公共點，故需兩臺所內自耦變壓器(AT)，從而極大地增加了設備投資。國產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中性點可以直接接地，低壓側有三角形回路，兩相出線有公共點，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)低壓繞組進行拆分，以滿足等值阻抗的匹配關系，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，故繞組結構復雜。若用于AT供電設計，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，使設計上難以實現， 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，現有的三相變兩相平衡變壓器都要求二次側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、阻抗和布置形式都相同)，這給生產實施帶來了難度，而且實際運行中，特別是短路時繞組受到很大的電動力的作用而產生形變，實際上生產和運行中很難保證對稱性，因此產品的最終應用性能受到很大的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提出一種不對稱接線平衡變壓器及其實現方法，該不對稱接線平衡變壓器的二次側采用互不對稱的繞組結構，生產實施方便，綜合性能優(yōu)良， 結構簡單，材料利用率高。本發(fā)明的技術解決方案如下一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，一次側繞組采用Y型接線，其中性點N允許接地，一次側繞組匝數均為W1 ；二次側繞組中，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繞組的匝數均為W2，ea繞組的匝數為W3,爐3= (V3-1) *W2；ab.ca和ea繞組以a點為公共點連接；ca、bc和dc繞組以c點為公共點連接；ab 和be以b點為公共點連接；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點為不對稱繞組模塊的模塊公共點；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差90°，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側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、一次側繞組和二次側繞組，其特征在于， 二次側繞組由兩個權利要求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個模塊公共點相接；2個模塊公共點的連接點記為ο ；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側繞組的外圍形成4個接線點，依次為al、bl、cl和 dl ；二次側繞組由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。一種不對稱接線平衡變壓器的實現方法，所述的不對稱接線平衡變壓器包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，一次側繞組采用Y型接線；二次側繞組中，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繞組的匝數均為W2，ea繞組的匝數為W3,爐3= (V3-1) *W2；ab.ca和ea繞組以a點為公共點連接；ca、bc和dc繞組以c點為公共點連接；ab 和be以b點為公共點連接；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點為不對稱繞組模塊的模塊公共點；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差90°，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側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。
—種不對稱接線平衡變壓器的實現方法，所述的不對稱接線平衡變壓器包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，二次側繞組由兩個權利要求3或4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個模塊公共點相接；2個模塊公共點的連接點記為ο點；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側繞組的外圍形成4 個接線點，依次為al、bl、cl和dl ；二次側繞組由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方式實現三相變兩相或三相變四項平衡變壓器采用兩臺權利要求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繞組的2個公共點b相連。本發(fā)明的技術路線如下一種新型不對稱接線牽引平衡變壓器，包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，鐵芯為三相柱式或者三相殼式；一次側繞組由三相繞組AN，BN, CN組成，采用星形接線；二次側繞組由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構成閉合的三角形，構成三次諧波電流的通路；一次側A、B和C構成三相系統(tǒng)，其中性點 N允許接地；二次側e、b和d、b構成兩相系統(tǒng)，b點為兩相系統(tǒng)的公共點?？赏瑫r或單獨向外供電；一次側三相繞組的匝數均為W1 ；二次側繞組中，ab, be, ca, dc繞組匝數均為W2，ea 的匝數為W3。其中仏=(W-I) *爐2?？梢钥闯?，A相二次側兩個繞組，匝數分別為W2，W3 ；B 相二次側只有一個繞組，匝數為W2, C相二次側兩個繞組，匝數都為W2。二次繞組匝數和結構互不對稱。通過調整繞組之間的距離(關于通過調整繞組滿足以下公式的阻抗關系，為現有技術中的常用技術手段，這一點在變壓器設計時完全可以保證)，使之滿足下列阻抗關系
Zkbu _ Zc = 0
IZkbu ~2Za + ^~s) Za2 + Zc2 = O
2Za- (2λ/3 - 4) Zfl3 - ZfiJi2-Zc-Zc3 = O
(1)
A
A側為g
式中，ζ' m2為B相一次側繞組BN與二次側繞組be之間的短路阻抗；Z' 相一次側繞組AN的等值阻抗；Z' c為C相一次側繞組CN的等值阻抗；Z' 32為八相繞組ab的等值阻抗，Z'。2為(相二次側繞組ca的等值阻抗；Z'相二次側繞組ea
的等值阻抗；Z'。3為C相二次側繞組dc的等值阻抗，所有阻抗值均歸算到匝數為W1的繞組一側。式(1)可以利用多繞組變壓器理論，磁勢平衡方程，本發(fā)明的接線方式及對應的電路方程，一次側中性點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出。滿足阻抗關系式(1)之后，本平衡變壓器具有以下性能①二次側帶兩相負載時， 無論負載電流如何變化，一次側三相電流中始終無零序分量；②二次側兩相負載對稱時，一次側三相電流也對稱，既無零序分量，也無負序分量；③二次側兩相出線端短路時，從一次側各相看去的全短路阻抗相等；一次側三相出線端對中性點短路時，從二次側兩相看去的全短路阻抗相等；④兩相系統(tǒng)實現完全解耦，即一相電流或負荷的變化，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，則不管負載電流如何變化，總能保證一次側電流中無零序分量，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算得到，設計和計算十分方便。而且，生產加工時無需考慮繞組對稱的問題，給實施帶來方便。本發(fā)明的兩相系統(tǒng)空載電壓大小相等，相位互差90°，其空載電壓大小為
權利要求
1.一種不對稱接線平衡變壓器，包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，其特征在于，一次側繞組采用Y型接線，其中性點N允許接地，一次側繞組匝數均為W1 ；二次側繞組中，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繞組的匝數均為W2，ea繞組的匝數為W3,爐3= (V3-1) *W2； ab、ca和ea繞組以a點為公共點連接；ca、be和dc繞組以c點為公共點連接；ab和 be以b點為公共點連接；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點為不對稱繞組模塊的模塊公共點；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差90°，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側繞組的電壓輸入或電壓輸出。
2.根據權利要求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、一次側繞組和二次側繞組，其特征在于，二次側繞組由兩個權利要求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個模塊公共點相接；2個模塊公共點的連接點記為ο ；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側繞組的外圍形成4個接線點，依次為al、bl、cl和dl ；二次側繞組由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，構成兩相系統(tǒng)；或由al0、bl0、cl0和dlo得到四相大小相同的對稱電壓。
4.一種不對稱接線平衡變壓器的實現方法，其特征在于，所述的不對稱接線平衡變壓器包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，一次側繞組采用Y型接線；二次側繞組中，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繞組的匝數均為W2，ea繞組的匝數為W3,爐3= (V3-1) *W2； ab、ca和ea繞組以a點為公共點連接；ca、be和dc繞組以c點為公共點連接；ab和 be以b點為公共點連接；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點為不對稱繞組模塊的模塊公共點；2個空載電壓Ueb和Udb相等，且相位相差90°，Ueb和Udb中任一個或兩個作為二次側繞組的電壓輸入或電壓輸出。
5.根據權利要求4所述的不對稱接線平衡變壓器的實現方法，其特征在于，鐵芯為三相柱式鐵芯或者三相殼式鐵芯。
6.一種不對稱接線平衡變壓器的實現方法，其特征在于，所述的不對稱接線平衡變壓器包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，二次側繞組由兩個權利要求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個模塊公共點相接；2個模塊公共點的連接點記為ο點；兩個所述的不對稱繞組模塊對頂連接后，在二次側繞組的外圍形成4個接線點，依次為al、bl、cl和dl ；二次側繞組由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，構成兩相系統(tǒng)；或由al0、bl0、cl0和dlo得到四相大小相同的對稱電壓；或者采用另一種方式實現三相變兩相或三相變四項平衡變壓器采用兩臺權利要求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繞組的2個公共點b相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不對稱接線平衡變壓器及其實現方法，該變壓器包括鐵芯、一次側繞組和二次側繞組，其特征在于，一次側繞組采用Y型接線，其中性點N允許接地，一次側匝數均為W1；二次側繞組中，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繞組的匝數均為W2，ea繞組的匝數為W3，ab、ca和ea繞組以a點為公共點連接；ca、bc和dc繞組以c點為公共點連接；ab和bc以b點為公共點連接；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采用互不對稱的繞組結構，生產實施方便，綜合性能優(yōu)良，結構簡單，材料利用率高。
文檔編號H01F27/24GK102163493SQ20111002518
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權日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