零序阻抗變壓器

零序阻抗定義

變壓器是輸變電系統(tǒng)中重要的電力設備之一，它在實際運行中，有可能出現(xiàn)三相負載嚴重不平衡和非對稱接地故障的情況。此時，變壓器的三相電流大小不再相等，相位也不一定彼此相差120°，從而出現(xiàn)了三相不對稱的運行方式。為了正確分析計算變壓器三相不對稱運行狀況，就必須知道變壓器的正序、負序和零序阻抗。對變壓器而言，由于三相磁耦合電路是靜止的，改變?nèi)嗟南嘈虿⒉桓淖兏飨嗟幕ジ?。因此，其正序和負序阻抗是相等的，并且等于負載試驗測得的短路阻抗。而變壓器的零序阻抗卻與正序和負序阻抗大不相同。

零序阻抗影響因素

變壓器在零序系統(tǒng)下工作時，三相運行情況是對稱的，其零序磁通仍是工頻交流分量。因而，正序“T”形等值電路原則上適用于零序。由于變壓器繞組的漏抗與相序無關，所以，零序阻抗等值電路中一次側和二次側的漏電抗和與正序的值完全相同。對于零序時的勵磁電抗而言，其值則與勵磁系統(tǒng)（磁路結構）有著很大的關系。一般可分為下述兩種情況。

對于三相五柱式、殼式變壓器和單相變壓器，由于零序磁通可以在鐵心中形成閉合回路，因此，零序勵磁電抗就等于正序勵磁電抗，且一、二次鋇9的漏抗與正序時相同。此時，各種組合方式下的零序阻抗值可以通過正序阻抗等值電路計算得出。

對于三相三柱式變壓器，由于零序磁通三相同相，所以零序磁通不可能在鐵心內(nèi)形成閉合回路，只能穿過充油空間到油箱壁，再經(jīng)充油空間返回到鐵心方可形成閉合回路。在這種情況下，由于零序磁通所遇到的磁阻很大，所以此時的零序勵磁電抗要比正序勵磁電抗小許多，其具體數(shù)值與繞組、鐵心和油箱壁的實際結構有著密切的關系。實際中，很難通過計算獲得。因此，這種類型變壓器的零序阻抗通常通過實測得到的。

由于變壓器繞組的聯(lián)結組對零序電流的流通有很大的影響，因此，聯(lián)結組的不同將直接影響零序阻抗的數(shù)值。以常見的聯(lián)結組Yyn和YNd為例，分析聯(lián)結組對零序阻抗的影響。

對于Yyn聯(lián)結，一次側為Y聯(lián)結，零序電流是無法流通的。此時，相當于開路，零序阻抗為無窮大。而二次側為yn聯(lián)結，零序電流可以通過中線形成回路。此時，相當于通路，零序阻抗是有一定數(shù)值的。

對于YNd聯(lián)結，二次側由于是d結，沒有中線，因此，從二次側三個進線端看進去，零序電流無法流通，相當于開路狀態(tài)，零序阻抗為無窮大。但在d結繞組中，零序電流可以流通并形成一個閉合回路。因而，從一次側看進去，零序電流是可以流通的，且二次側的d結繞組對零序電流處于短路狀態(tài)。此時，零序阻抗一般為正序阻抗五的0.8-1.0倍。

由于諧波與基波的頻率有特殊的關系，故在與基波合成時會分別表現(xiàn)出正序、負序和零序特性。但我們不能把諧波與這些分量等同起來。由上所述，之所以要把基波分解成三個分量，是為了方便對系統(tǒng)的分析和狀態(tài)的判別，如出現(xiàn)零序很多情況是發(fā)生單相接地，這些分析都是基于基波的，而正是諧波疊加在基波上而對測量產(chǎn)生了誤差，因此諧波是個外來的干擾量，其數(shù)值并不是我們分析時想要的，就如三次諧波對零序分量的干擾。

對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都為零（正常狀態(tài)下只有正序分量）。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量了（有時只含其中一種），因此通過檢測這兩個不應正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出現(xiàn)故障（特別是單相接地時的零序分量）。

下面介紹用作圖法簡單得出各分量幅值與相角的方法，先決條件是已知三相的電壓或電流（矢量值），當然實際工程中是直接測各分量的。由于上不了圖，請大家按文字說明在紙上畫圖。

從已知條件畫出系統(tǒng)三相電流（用電流為例，電壓亦是一樣）的向量圖（為看很清楚，不要畫成太極端）。

1）求零序分量

把三個向量相加求和：A相不動，B相的原點平移到A相的頂端（箭頭處），注意B相只是平移，不能轉動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此時作A相原點到C相頂端的向量（些時是箭頭對箭頭），這個向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分之一，就是零序分量的幅值，方向與三相合成矢量一致。

2）求正序分量

對原來三相向量圖先作下面的處理：A相的不動，B相逆時針轉120度，C相順時針轉120度，因此得到新的向量圖。按上述方法把此向量圖三相相加及取三分之一，這就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分別畫出B、C兩相。就得出了正序分量。

3）求負序分量

注意原向量圖的處理方法與求正序時不一樣。A相的不動，B相順時針轉120度，C相逆時針轉120度，因此得到新的向量圖。接下來操作與正序時一樣。

通過上述方法可以分析出各種系統(tǒng)故障的大概情況，如為何出現(xiàn)單相接地時零序保護會動作，而兩相短路時基本沒有零序電流。

輸電線路零序阻抗是電力系統(tǒng)繼電保護整定計算中的重要參數(shù)，其準確性將直接影響電力系統(tǒng)運行方式計算和繼電保護定值計算的正確性。雖然零序阻抗參數(shù)可以通過計算求得。但實際情況要比計算采用的假設條件復雜得多。計算值很難保證其準確性。因而在線路投運前要對零序阻抗進行現(xiàn)場測量，而雙回輸電線路不同的運行方式將對零序阻抗測試值產(chǎn)生較大影響。

對雙回輸電線路而言，Ⅱ回線路的狀態(tài)將對I回線路的零序阻抗測試值產(chǎn)生較大影響。當Ⅱ回線路處于兩端開路或一端開路一端接地狀態(tài)時。由于Ⅱ同線路中沒有感應電流。零序阻抗測試值與單回路時的零序阻抗相等；而當Ⅱ回線路處于兩端接地狀態(tài)時。由于Ⅱ回線路中感應電流的消磁作用，零序阻抗將變小。

如果平行架設線路回數(shù)較多，如平行架設四回路桿塔．對其中一回線路進行零序阻抗測量。其它回線路均兩端接地狀態(tài)。感應電流的消磁作用將更加明顯，零序阻抗將更小。

桿塔結構尺寸對零序阻抗也有影響，避雷線、平行架設的線路與被測線路間的幾何均距越小，消磁作用越明顯，零序阻抗將更小。 2100433B

零序保護兩者區(qū)別

兩者的區(qū)別主要在于采用的電氣量不同，接地距離保護是利用短路電壓和電流的比值，即測量阻抗的變化來區(qū)分系統(tǒng)的故障與正常運行狀態(tài)。而零序保護利用的是接地故障時產(chǎn)生的零序電流分量。這是兩者在原理上的最主要區(qū)別。但是，兩者從保護的配合上來看，都是屬于階段式的保護，即都需要各保護區(qū)的上下級配合。再一點，從保護的性能來分析。應該說，在不發(fā)生單相接地時，零序電流分量是不會出現(xiàn)的，所以零序電流保護具有較低的靈敏性。但在上下級的配合時，限時零序電流速斷保護（零序II段）的靈敏性可能不滿足要求，這時可采用接地距離保護。這也就是說接地距離保護的靈敏性高于零序電流保護（可以看到，距離保護利用了短路時的兩個電氣量，自然比單一的電流保護要靈敏）。所以保護的配備上，一般距離保護作為了主保護，那么電流保護都是作為后備保護的，即在線路發(fā)生故障時，首先距離保護動作，零序保護作為后備可能動作。

零序保護兩者聯(lián)系

接地距離保護與零序電流保護配合才能構成完整的接地保護。接地距離保護的最大優(yōu)點是瞬時段的保護范圍固定，不受系統(tǒng)運行方式變化影響。接地距離三段保護難以反映高阻抗接地故障。零序電流保護則以保護高電阻故障為主要任務。

任一元件兩端的相序電壓與流過該元件的相應相序電流之比，成為該元件的零序參數(shù)（阻抗）。零序參數(shù)（阻抗）與網(wǎng)絡結構，特別是和變壓器的接線方式及中性點接地方式有關。

一般情況下，零序參數(shù)(阻抗)及零序網(wǎng)絡結構與正、負序網(wǎng)絡不一樣。對于變壓器，零序電抗則與其結構(三個單相變壓器組還是三柱變壓器)、繞組的連接(△或Y)和接地與否等有關。 當三相變壓器的一側接成三角形或中性點不接地的星形時，從這一側來看，變壓器的零序電抗總是無窮大的。因為不管另一側的接法如何，在這一側加以零序電壓時，總不能把零序電流送入變壓器。所以只有當變壓器的繞組接成星形，并且中性點接地時，從這星形側來看變壓器，零序電抗才是有限的。

對于輸電線路，零序電抗與平行線路的回路數(shù)，有無架空地線及地線的導電性能等因素有關。零序電流在三相線路中是同相的，互感很大，因而零序電抗要比正序電抗大，而且零序電流將通過地及架空地線返回，架空地線對三相導線起屏蔽作用，使零序磁鏈減少，即使零序電抗減小。 平行架設的兩回三相架空輸電線路中通過方向相同的零序電流時，不僅第一回路的任意兩相對第三相的互感產(chǎn)生助磁作用，而且第二回路的所有三相對第一回路的第三相的互感也產(chǎn)生助磁作用，反過來也一樣.這就使這種線路的零序阻抗進一步增大。

當發(fā)電機定子繞組中三相電流數(shù)值相等、相位一致時，該電流稱為零序電流，定繞組對零序電流所呈現(xiàn)出的阻抗，稱為零序電抗。

可用串聯(lián)測量法測量零序電抗。串聯(lián)測量法接線，將轉子繞組短路，定子繞組三相首尾串聯(lián)，并且使發(fā)電機轉子以20%額定轉速旋轉，對定子繞組通入額定頻率的單相電源，調(diào)節(jié)電壓，使定子電流大約為20%額定電流值，測量電壓、電流和功率值。 2100433B