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配電變壓器燒毀原因及防護措施

文檔作者：孫博方成煒周和平文檔來源： 1．長春研奧電器有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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配電變壓器燒毀原因及防護措施
孫博 ， 方成煒 ， 周和平
(1．長春研奧電器有限公司，吉林長春130113；
2．華~-#-4~-表集團股份有限公司，浙江杭州 310023)
摘 要：分析了100 kVA配電變壓器在正常運行時產(chǎn)生故障的原因，得出零序電
流和3次諧波電流過大是造成變壓器外殼局部溫度急劇升高的直接原因。提出增
加四磁柱變壓器，可避免變壓器外殼產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，提高變壓器安全運行
的可靠性。
關鍵詞：100 kVA配電變壓器；零序電流；諧波電流：防護措施
中圖分類號：r【l 852 文獻標志碼：B 文章編號：1674—8417(2015)05-0026—03
0 引 言
我國居民用電采用的是三相四線制供電方
式，在電氣設計和安裝中每戶負荷均勻分布在三
相電源上，但在實際運行中受用電負荷容量、用
電時間等因素的影響，造成三相用電負荷不平
衡。從實測數(shù)據(jù)看，每個時間段出現(xiàn)的最大電流
不是在同一相上，無法通過相與相之間進行負荷
調(diào)整。目前，尚無有效辦法來解決三相負荷電流
不平衡的問題。
三相用電負荷不平衡不僅增加低壓線路及
變壓器的有功損耗，同時也給電器設備運行帶
來事故隱患。三相用電負荷不平衡會產(chǎn)生零序
電流，同時用電負荷，如變頻空調(diào)、電磁爐、節(jié)能
熱水器和照明燈、電視機等設備產(chǎn)生大量的高
次諧波電流，通過三相變壓器繞組與中性線形
成回路，在其鐵心中產(chǎn)生零序磁通和3次諧波
磁通。由于磁通方向相同，在鐵心中無法形成
回路，勢必通過固定鐵心的附件和絕緣油與變
壓器殼體形成閉合回路，在殼體上產(chǎn)生磁滯及
· 供配電·
孫博(1983一)，男，
從事照明系統(tǒng)節(jié)能項
目及電氣控制和結(jié)構(gòu)
外形設計工作。
渦流損耗，導致變壓器局部溫度急劇上升，絕緣
物體遭到破壞，甚至被燒毀。
1 運行現(xiàn)狀
某居民住宅區(qū)供電電壓為10／0．4 kV，變壓
器容量為100 kVA，接線組別為Y／y。一12點。三
相四線制供電方式如圖1所示。
圖1 三相四線制供電方式
由圖1可見，2 線路所帶的住戶較多。自變
壓器投入運行后，三相負荷電流一直處在不平衡
狀態(tài)。主變壓器參數(shù)如表1所示。17：30～19：30
時間段的用電參數(shù)如表2所示。
方成煒(1979一)。男，從事Ic卡電能表的開發(fā)、應用及運行維護工作。
周和平(1954一)，男，高級工程師．從事電能計量及電器設備自動化保護方面的研究。
． 26·
· 供配電·
表1 主變壓器參數(shù)
變壓器容 ／kVA
運行電壓／kV
一次側(cè)電流／A
二次側(cè)電流／A
鐵損／kW
銅損／kW
l00
l0／0．4
5．77
150
O．29
1．50
表2 17：30—19：30時間段的用電參數(shù)
根據(jù)國家配電網(wǎng)規(guī)程規(guī)定，0．4 kV三相四線
制供電系統(tǒng)的三相負荷電流不平衡率， 。，％ ≤
15％ ，同時中性線電流不大于變壓器額定電流的
25％ 。1 、2 線路三相負荷電流不平衡率及中性
線電流與變壓器額定電流之比的百分數(shù)分別為
，I】flJ％ =[(45—35)／45]X 100％ =22％
／l,v2％ = [(76—46)／76]×100％ =39％
，lIl ％ =[(10+29)／150]×100％ =26％
從上述計算結(jié)果看，指標均超出配電網(wǎng)規(guī)程
規(guī)定要求，但無有效辦法進行負荷調(diào)整。
2 故障分析
在低壓380／220 V三相四線制供電系統(tǒng)中，
因三相負荷電流不平衡，通過中性線流回到電源
的電流為， ．=， +，lj+，I，稱為零序電流。零序
電流特征如圖2所示。
圖2(a)中，通過三相負荷電流的向量和，求解
出的零序電流， 實質(zhì)上是三相零序電流的向量和
或代數(shù)和，即，．．=， +， +， ，故三相零序電流大
小相等，方向相同。為清晰表明零序電流，。并將
其放大，如圖2(b)所示。零序電流， +，。 +， ：=
， +，Ij+，I．每相零序電流計算表達式為
現(xiàn)代建筑電氣 圜
、 5、llI．^f、r¨ I、¨|n l 2 ql15
cb) ：" 引 IU流? ；d
圖2 零序電流特征
1
，『llA = ，。B=，。c：÷(，A+，H+，L：) (1)
在用電負荷方面，如變頻空調(diào)、節(jié)能熱水器、
微波爐或電磁爐等電器設備，產(chǎn)生大量諧波電
流，并注入系統(tǒng)。在變壓器滿載或趨向于滿載運
行時，大量諧波電流產(chǎn)生的磁通易造成鐵心磁飽
和，導致正弦波磁通的峰頂被削掉，近似為梯形
波，經(jīng)傅里葉級數(shù)分解，含有各階次奇數(shù)諧波分
量，其中主要是3次諧波分量，通常為負荷電流
的(20％ ～30％ ) ，三相3次諧波電流計算表達
式為
，n3=lamaxsin3tot
3=，b?sin3(tot一120。)=，I1 sin3tot
， = l
~ m ． xsin3(tot一240。)=， sin3tot
從上述計算表達式看出，三相3次諧波電流
的相位完全相同，與零序電流一起通過變壓器二
次側(cè)繞組與中性線構(gòu)成回路，并在鐵心中產(chǎn)生3
次諧波磁通和零序磁通。零序和3次諧波磁通
分布如圖3所示。
圖3 零序和3次諧波磁通分布
· 27·
由圖3可見，三相零序磁通大小相等，方向
相同，三相3次諧波磁通方向相同，它們在鐵心
中無法形成回路。因此，只能通過固定鐵心的支
架和絕緣油與變壓器殼體構(gòu)成回路，在殼體上產(chǎn)
生渦流和磁滯損耗，引起局部溫度急劇升高，夏
季陽光直射在外殼上的溫度可達70 以上，造成
變壓器內(nèi)的絕緣油體積膨脹，甚至通過油箱與上
蓋之間的密封橡膠圈向外大量滲油。這種現(xiàn)象
加速了絕緣物體的老化，導致繞組間或?qū)娱g形成
短路。這就是變壓器被燒毀的直接原因。
3 技術(shù)措施
為防止類似事故發(fā)生，變壓器鐵心結(jié)構(gòu)進
行了改造，在原有的基礎上增加了一個磁柱，為
零序磁通和3次諧波磁通提供了一個通路，使
其磁通重新進行分布。四磁柱變壓器磁通分布
如圖4所示。
圖4 四磁柱變壓器磁通分布
根據(jù)零序磁通和3次諧波磁通的特征，磁通
· 供配電·
沿新增加的磁柱自行構(gòu)成閉合回路，僅有極少量
的漏磁通與外殼形成回路，這部分磁通所產(chǎn)生的
熱量完全可以忽略。這樣基本避免變壓器外殼
產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，提高了變壓器運行的可
靠性。
4 結(jié) 語
100 kVA配電變壓器運行中，三相用電負荷
電流不平衡率超出國家配電網(wǎng)規(guī)程規(guī)定要求時，
產(chǎn)生的零序磁通和3次諧波磁通將導致變壓器
局部溫度升高。在變壓器上層油溫度超過85 oC
且有上升趨勢的情況下，最好換成四磁柱變壓
器，以避免外殼產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。
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收碥ll ：20Is IlI I
Burning Causes and Protective M easures of Distribution Transformer
SUN Bo ， FANG Chengwei ， ZHOU Heping
(1．Changchun Yan Ao Electric Co．，Ltd．，Changchun 130113，China；
2 Holley Metering Group Co．，Ltd．，Hangzhou 3 10023，China)
Abstract：This paper analyzed the fault causes of a 100 kVA power distribution transformer during normal
operation．The results show that the larger zero sequence current and the third harmonic current are the direct causes
which cause a sharp increase of the local temperature of the transformer shel1． By using of four—magnetic colunln
transformer，the eddy curent and hysteresis loss of transformer shell are avoided．which improves the operation reliability
of transformer．
Key words：10 kV distribution transformer：zero sequence current；harm onic current；protective measures
· 28·

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