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三相变压器的连接组

一、三相绕组的连接方法

常见的连接方法有星形和三角形两种。

以高压绕组为例，星形连接是将三相绕组的末端连接在一起结为中性点，把三相绕组的首端分别引出，画接线图时，应将三相绕组竖直平行画出，相序是从左向右，电势的正方向是由末端指向首端，电压方向则相反。画相量图时，应将B相电势竖直画出，其它两相分别与其相差120°按顺时针排列，三相电势方向由末端指向首端，线电势也是由末端指向首端。

三角形连接是将三相绕组的首、末端顺次连接成闭合回路，把三个接点顺次引出，三角形连接又有顺接、倒接两种接法。画接线图时，三相绕组应竖直平行排列，相序是由左向右，顺接是上一相绕组的首端与下一相绕组的末端顺次连接。倒接是将上一相绕组的末端与下一相绕组的首端顺次连接。画相量图时，仍将B相竖直向上画出，三相接点顺次按顺时针排列，构成一个闭合的等边三角形，顺接时三角形指向右侧，倒接时三角形指向左侧，每相电势与电压方向与星形接线相同。

也就是说，相量图是按三相绕组的连接情况画出的，是一种位形图。其等电位点在图上重合为一点，任意两点之间的有向线段就表示两面三刀点间电势的相量，方向均由末端指向首端。

连接三相绕组时，必须严格按绕组端头标志和接线图进行，不得将一相绕组的首、末端互换，否则会造成三相电压不对称，三相电流不平衡，甚至损坏变压器。

二、单相绕组的极性

三相变压器的任一相的原、副绕组被同一主磁通所交链，在同一瞬间，当原绕组的某一端头为正时，副绕组必然有一个电位为正的对应端头，这两个相对应的端头就称为同极性端或同名端，通常以圆点标注。

变压器原、副绕组之间的极性关系取决于绕组的绕向和线端的标志。当变压器原、副绕组的绕向相同，位置相对应的线端标志相同（即同为首端或同为末端），在电源接通的时候，根据椤次定律，可以确定标志相同的端应同为高电位或同为低电位，其电势的相量是同相的。如果仅将原绕组的标志颠倒，则原、副绕组标志相同的线端就为反极性，其电势的相向即为反相。

当原、副绕组绕向相反时，位置相同的线端标志相同，则两绕组的首端为反极性。两绕组的感应电势反相。如果改变原绕组线端标志，则两绕组首端为同极性，两绕组的感应电势同相。

三、连接组标号的含义和表示方法

连接组标号是表示变压器绕组的连接方法以及原、副边对应线电势相位关系的符号。连接组标号由字符和数字两部分组成，前面的字符自左向事依次表示高压、低压绕组的连接方法，后面的数字可以是0——11之间的整数，它代表低压绕组线电势对高压绕组线电势相位移的大小，该数字乘以30°即为低压边线电势滞后于高压边红电势相位移的角度数。这种相位关系通常用“时钟表示法”加以说明，即以原边线电势相量做为时钟的分针，并令其固定指向12位置，以对应的副边线电势相量做为时针，它所指的时数就是连接组标号中的数字。

四、连接组标号的判定

（一）Y，y0连接组标号

原、副绕组都是星形连接，且原、副绕组都以同极性端做为首端，所以原、副绕组对应的相电势是同相位。

先画出原边相电势相量图，再按原、副绕组相电势同相位画出副边相电势相量图，根据相电势与线电势的关系，画出线电势相量，再将副边的一个线电势相量平移到原边对应的线电势相量上，且令它们的末端重合，就可看出它们是同相的，用时钟表示法看，它们均指在12上，这种连接组标号就是Y，y0。

（二）Y，y6连接组标号

原、副绕组仍为星形接线，但各相原、副绕组的首端为反极性（画接线图时，原绕组不变，副绕组上下颠倒，竖直向下，电势正方向由末端指向首端），原、副绕组对应相电势反相。据此，按上述方法可画出相量图，并可知，原、副绕组相对应的线电势的相位移是180°，当原边线电势相量指向12时，对应的副边线电势相量将指在6的位置上，这种连接组标号就是Y，y6。

原、副绕组均为星形连接的三相变压器，除了0、6两组连接组标号外，改变绕组端头标志，还可有2、4、8、10四个偶数的连接组标号数字。

（三）Y，d11连接组标号

原绕组做星形连接，副绕组为三角形顺接，各相原、副绕组都以同极性端为首端。按前述方法画出原、副绕组相电势相量图，再根据线电势和相电势的关系，画出线电势相量，将副边的一个线电势相量平移，使其末端与对应的原边线电势末端重合，可以看出，副边线电势滞后于对应的原边线电势相量330°，用时钟表示法可判定为Y，d11连接组标号。

假如Y，d连接的三相变压器各相原、副绕组的首端为反极性，原绕组仍然不变，副绕组各相极性相反，且仍然顺接，按上述方法，就可判定是Y，d5连接组标号。将Y，d11和Y，d5中的副绕组端头标志逐相轮换，还将得到3、7、9、1四种连接组标号的数字。

如上所述，连接组标号不仅与原、副绕组的连接方法有关，而且与它们的绕线方向及线端标志有关，改变这三个因素中的任何一个，都会影响连接组标号。连接组标号的数字共有12个，其中偶数和奇数各6个，凡是偶数的，原、副绕组的连接方法必定一致；凡是奇数的，原、副绕组连接方法必定不同。

连接组标号是变压器并列运行的条件之一。

五、连接组标号的测定

测定连接组标号的方法有双电压表法、直流法和相位表法。现只学电压表法，测定连接组标号之前，通常应先测定原、副绕组的相对极性。

（一）绕组极性的测定

1、直流感应法：

将高压边一相绕组的首端接电池正极，末端接电池负极，对应相低压边线端接检流计。按通电路时，若检流计指针正向偏转，则与检流计正极相连的必定是首端。若检流计反向偏转，则与检流计正极相连的必定是末端，按此确定标志，则原、副绕组的首端为同极性端。

2、交流感应法：

将同一相高、低压绕组的首端连接在一起，在高压边的两端加一个不超过250V的交流电压，然后分别测量高、低压边的电压，以及高、低压绕组末端间的电压。若高、低压绕组末端间电压等于高压边电压与低压边电压之差，说明高、低压边电压同相，即高?低压绕组的首端为同极性端。或高、低压绕组末端间电压等于高、低压边电压之和，说明高、低压边电压反相，即高、低压绕组的首端不是同极性端。

（二）连接组标号的测定

将高压边A端和低压边a端连接在一起，在高压边加一个不超过250V（最好为100V，便于计算）的三相交流电压，用电压表依次测量B相原边首端与B相副边首端、C相副边首端之间的电压，C相原边首端与C相副边首端间的电压。当B相原边首端与C相副边首端间的电压等于C相原边首端与B相副边首端间的电压，且二者均B相原、副边首端间的电压时，为Y，y0连接组标号；当B相原、副边首端间的电压等于B相原边首端与C相副边首端间的电压，且二者均小于C相原边首端与B相副边首端间的电压时，为Y，d11连接组标号。

三相变压器的磁路系统和空载电势波形

一、三相变压器的磁路系统

三相变压器的磁路系统主要分为两类：一类是各相磁路彼此无关，实际存在于三相变压器组中，巨型变压器为了便于制造和运输，多采用三相变压器组；另一类是各相磁路彼此关联，三铁心柱变压器的磁路就属于此类，大多数电力变压器都是三相三铁心柱变压器，它有耗材少、效率高、占地面积小、维护简便的特点。

三相变压器组是由三台单相变压器组成的，所以每相的主磁通各有独立的磁路，各相磁路互不影响，而且长短相同，因此三相磁通对称时，三相励磁电流是对称的。三相铁心柱变压器是三相的整体，所以三相磁路是相互关联的，任何一相的主磁通都借助其它两相的铁心柱作为回路。这种磁路结构可以看成是三个单相变压器磁路合并演变而成。设想将三个单相铁心的一个铁心柱贴合在一起，则三相磁路都以中间的铁心柱构成回路，从而可以用一个公共铁心柱代替，通过公共铁心柱的磁通是三相磁通之和，由于三相电压对称，所以三相磁通的总和为零，即任何瞬间公共铁心柱的磁通均为零，因此可将中间的铁心柱省去，形成组合的铁心。为了制造方便，将三个铁心柱排列在一个平面内，成为常见的三相心式变压器。由于中间一相的磁路要比旁边两相的磁路短，在三相磁通对称的情况下，中间一相的空载电流较小，使三相空载电流不对称，但空载电流与负载电流相比小得多，这种不对称对负载运行的影响可以略去不计。

二、三相绕组连接方法和铁心磁路系统对相电势波形的影响

在学习单相变压器空载电流时知道，当主磁通为正弦波时，由于铁心磁路饱和的影响，励磁电流为尖顶波，其中除基波外，还含有较强的三次谐波和其它高次谐波。在三相变压器中，励磁电注中的基波分量是对称系统，可在三相绕组中互成回路而流通。励磁电流中的三相谐波分量，各相的相位差是3乘以360°，任何瞬间，三次谐波电流不但大小相等而且相位相同，在无中线的星形连接中无法流通。励磁电流也因三次谐波不能出现而接近正弦波，主磁通波形不再是正弦波而变成平顶波，它不仅有基波而且含有三次及其它高次谐波。基波磁通产生基波电势，三次谐波磁通产生三次谐波电势，因此合成相电势的波形具有尖顶特性。可知三次谐波磁通引起相电势的畸变，而三次谐波磁通的大小不仅与磁路饱和程度有关，而且与变压器的磁路系统有关。

总之，三相变压器相电势的波形与绕组的连接方法和铁心磁路系统都有关系。

（一）Y，y联结的三相变压器

当变压器原、副绕组均为星型连接且无中线时，三次谐波电流不能在绕组中流通，因此励磁电流为正弦波，主磁通为平顶波，这种情况下，主磁通的三次谐波分量的大小与磁路系统的型式有关。

在三相变压器组中，磁路各自独立，基波磁通和三次谐波磁通均沿铁心磁路闭合，其磁阻很小，因些三次谐波磁通很大，加上其频率为基波频率的3倍，使其感应的三次谐波电势相当大，结果使相电势的波形严重畸变，呈尖峰状，可能引起绕组绝缘击穿，但在线电势中因三次谐波电势互相抵消而仍为正弦波。

在三相铁心柱变压器中，三相磁路彼此关联，三次谐波磁通不能通过铁心闭合，只能溢出铁轭，借助油和油箱壁等形成回路，磁阻很大，所以三次谐波磁通很小，因此主磁通和相电势波形都很接近正弦波。但是三次谐波磁通通过油箱壁等铁件，将在其中感生涡流而引起局部发热及附加涡流损耗。

综上所述，三相变压器组不能采用Y，y连接，而三相铁心柱变压器可采用Y，y连接，但从附加损耗考虑，对于容量大、电压高的三相铁心柱变压器不宜采用Y，y连接。

（二）D，y和Y，d连接的三相变压器

变压器原边作三角形连接时，三次谐波电流可在三角形回路内流过，于是主磁通及其在原、副绕组中的感应电势都是正弦波。

原边为星形连接而副边为三角形连接时，原边空载电流中的三次谐波分量不能流通，因而主磁通和相电势中似乎应出现三次谐波，但因副边为三角形连接，三次谐波电势便在闭合的三角形回路内形成三次谐波环流，副边闭合回路的感抗远远地大于电阻，所以三次谐波环流几乎滞后三次谐波电势90°，副边三次谐波环流建立的三次谐波磁通又几乎与该三次谐波环流同相，因此副边三次谐波环流建立的三次谐波磁通与主磁通中的三次谐波分量反向，因而抵消了主磁通中三次谐波分量的作用，使合成主磁通及其感应电势都接近正弦波。

因此，三相变压器中只要原、副边中有一边接成三角形，则不论磁路系统如何，相电势波形都可接近于正弦波。这主要是因为主磁通决定于原、副绕组的总磁势，三角形连接的绕组在原边或副边所起的作用是一样的。为了改善电势波形，总希望原、副边至少有一边为三角形连接。

三绕组变压器

当发电厂需要用两种不同电压向电力系统或用户供电时，或都变电站需要连接几级不同电压的电力系统时，通常采用三绕组变压器。三绕组变压器有高压、中压、低压三个绕组，每相的三个绕组套在一个铁心柱上，为了便于绝缘，高压绕组通常都置于最外层。升压变压器的低压绕组放在高、中压绕组之间，这样布置的目的是使漏磁场分布均匀，漏抗分布合理，不致因低压和高压绕组相距太远而造成漏磁通增大以及附加损耗增加，从而保证有较好的电压调整率和运行性能。降压变压器主要从便于绝缘考虑，将中压绕组放在高压、低压绕组之间。根据国内电力系统电压组合的特点，三相三绕组变压器的标准连接组标号有YN，yn0，d11和YN，yn0，y0两种。

一、容量配置和电压比

三绕组电力变压器各绕组的容量按需要分别规定。其额定容量是指三个绕组中容量最大的那个绕组的容量，一般为一次绕组的额定容量。并以此作为100%，则三个绕组的容量配置有100/100/50、100/50/100、100/100/100三种。

三绕组变压器的空载运行原理与双绕组变压器基本相同，但有三个电压比，即高压与中压、高压与低压、中压与低压三个。

二、基本方程式和等值电路

三绕组变压器负载运行时，主磁通同时与三个绕组的磁通相交链，由三个绕组的磁势（电流与匝数和乘积）共同产生，因此，负载时的磁势平衡方程式为三个绕组的磁势之相量和等于励磁磁势相量（即空载电流与一次绕组匝数的乘积），将副边折算到原边后，变为三侧电流之相量和等于空载电流相量。忽略空载电流，变为三侧电流之相量和等于零。

三绕组变压器中，凡不同时与三个绕组相链的磁通都是漏磁通，其中仅与一个绕组相链而不与其它两个绕组相链的磁通称为自漏磁通；仅与两个绕组相链而不与第三个绕组相链的磁通，称为互漏磁通。每一个绕组的漏磁压降，都受到另外两个绕组的影响，因此，三绕组变压器的漏电抗与双绕组变压器的漏电抗含义不一样。为建立电压平衡方程式和等值电路，引入了等值电抗的概念，高、中、低压绕组的等值电抗包含各自绕组的自感电抗和绕组之间的互感电抗，与各绕组等值电抗相应的还有各自的等值阻抗，且均为折算到一次侧的数值。

仿照双绕组变压器的分析方法，列出电势平衡方程式，即：

一次侧电压相量等于一次电流在一次等值阻抗上的压降相量和二次电流折算值在二次等值阻抗上的负压降相量，以及二次绕组端电压负相量之和；也等于一次电流在一次等值阻抗上的压降相量和三次电流折算值在三次等值阻抗上的负压降相量，以及三次绕组端电压负相量之和。

由磁势平衡方程式和电压平衡方程式可作出三绕组变压器的简化等值电路，它由二、三次等值阻抗并联，再怀一次等值阻抗串联组成。两个副绕组负载电流互相影响，当任一副绕组的电流变化时，不仅影响本侧端电压，而且另一副绕组的端电压也会随着变化。因为原边电流由两个副边电流决定，原边阻抗压降同时受到两个副边电流的影响，而原边电流在原边等值阻抗上的压降，直接影响副边电压。为了减小两个副边之间的相互影响，应尽力减小原边等值阴抗。

三、参数的测定和试验

三绕组变压器的短路试验要分别做三次，即高中压、高低压、中低太，不论做哪两侧之间的短路试验，都是将无关侧开路，相关侧一侧加压，另一侧短路。

然后根据三个试验所得值，由公式可算出每个绕组的折算到一次侧的等值阻抗值。公式的语言描述如下：

某一侧的等值阻抗等于与该侧有关的两个试验所得值之和，减去与该侧无关的试验所得值，得数除二。

如一次侧的等值阻抗等于一、二次间的试验所得值加上一、三次间的试验所得值，减去二、三次间的试验所得值，得数再除二。

由此可知，要减小一次侧的等值阻抗，就必须减小一、二次间的等值阻抗和一、三次间的等值阻抗，增大二、三次间的等值阻抗值，升压变压器之所以将低压绕组放在中间，就是为了使原边具有较小的等值阻抗。

三绕组变压器高压绕组和低压绕组的线端标志与双绕组变压器相同，中压绕组的首、末端下标换成了m。

自耦变压器

自耦变压器与普通的双绕组和三绕组变压器的区别是它的原、副绕组之间不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。它没有独立的副绕组，而是把原绕组的一部分匝数作为副绕组，也就是说，原、副绕组共用一部分绕组，这部分绕组称为公用绕组。

一、基本电磁关系

它的变比仍然等于原、副绕组的感应电势之比，等于原、副绕组的匝数之比，约等于原、副绕组端电压之比。

负载运行时的磁势平衡方程式为原、副绕组磁势的相量和等于原绕组的空载磁势相量（也即励磁磁势）。

当忽略空载电流时，为原、副绕组的磁势相量和等于零。通过变换可知，原边电流相量等于副边电流负相量与变比倒数之积。

在原、副绕组公共部分的电流相量等于原、副边电流的相量和，等于副边电流相量的一减变比倒数倍。

从上述关系可知，原、副边电流相位相差180°，流过绕组公共部分的电流的有效值，等于副边电流与原边电流有效值之差，等于副边电流有效值的一减变比倒数倍，或都通过变换可知，副边电流的有效值等于原边电流与公共绕组电流有效值之和。也就是说副边电流由两部分组成，一部分是从原边直接流过来的原边电流，另一部分是通过电磁感应从公共绕组感应而来的电流。显然公共绕组电流的有效值小于副边电流的有效值，与双绕组变压器流过副边电流的副绕组相比，自耦变压器公共绕组的导线截面可以小一些，而且变比愈接近于一，公共绕组的电流愈小，经济效益越高，通常变比在1.25至2之间。

自耦变压器的视在功率等于原边电压与电流之积，也等于副边电压与电流之积。将副边电流的有效值等于公共绕组电流与原边电流有效值之和代入，可知，视在功率由两部分组成，一部分为二次电压与公共绕组电流有效值的乘积，它是通过公共绕组电磁感应传递到副边的功率，占视在功率的一减变比倒数倍，称为电磁功率。另一部分为二次电压与一次电流的有效值的乘积，是由原边通过电传导的方式传递到副边的，占视在功率的变比倒数倍，称为传导功率。由于副边能直接从原边吸取一部分功率，所以自耦变压器的额定容量和计算容量是不同的，额定容量由输出功率决定，计算容量则由电磁功率决定。

二、特点和应用

自耦变压器的原、副绕组有电的直接联系，副边能直接从原边吸取部分功率。这是一个特点。正因为这样，自耦变压器的计算容量只有额定容量的一减变比倒数倍，而变压器的重量和尺寸决定于计算容量，因此，和相同容量的普通变压器相比，自耦变压器能节省材料，缩小体积，减轻重量。而且随着有效材料的减少，铜损和铁损也相应减少，从而提高了效率。另一方面，由于自耦变压器原、副边有电的直接联系，使电力系统中的过电压保护较为复杂。又因为自耦变压器的短路阻抗是相当于把绕组的串联部分（仅属原绕组的部分）作为原边，公共部分作为副边时的双绕组变压器的短路阻抗，其标么值较同容量的普通变压器小，帮短路故障电流较大。

分裂变压器

分裂变压器的结构特点是把其中一个或几个绕组分裂成几个部分，每个部分形成一个分支，几个分支之间没有电的联系。几个分支容量相同，额定电压相等或接近，可以单独运行或同时运行，可以承担相同或不同负载。分裂支路之间应具有较大的阻抗，而分裂路与不分裂绕组之间应具有相同的阻抗。

通常把低压绕组作为分裂绕组，分裂成两个或三个支路，线端标志为小写字母加数字。不分裂的高压绕组由两个并联支路组成，线端标志不变。

一、参数和等值电路

当分裂绕组的几个分支并联成一个总的低压绕组对高压绕组运行时，称为穿越运行，此时变压器的短路阻抗称为穿越阻抗。

当低压分裂绕组的一个分支对高压绕组运行时，你为半穿越运行，此时变压器的短路阻抗称为半穿越阻抗。

当分裂绕组的一个分支对另一个分支运行时，称为分裂运行，此时变压器的短路阻抗称为分裂阻抗。

分裂阻抗与穿越阻抗之比称为分裂系数，它是分裂变压器的基本参数之一，一般为3——4。

三相双绕组双分裂变压器，每相有三个绕组：一个不分裂的高压绕组，它有两个支路，但总是并联的，实际上是一个绕组；两个相同的低压分裂绕组。故可以仿照三绕组变压器，得到由三个等值阻抗组成的等值电路。

按照分裂阻抗的定义，分裂阻抗为两个分支之间的阻抗，它等于两分支短路阻抗之和，考虑到分裂绕组各分支排列的对称性，所以各分支短路阻抗相等，等于二分之一的分裂阻抗，等于二分之一分裂系数倍的穿越阻抗。

穿越阻抗是两分支关联后对高压绕组间的阻抗，即穿越阻抗等于高压绕组的短路阻抗与分支短路阻抗的一半之和。所以有：

高压绕组的短路阻抗等于穿越阻抗减去二分之一的分支短路阻抗；而分支短路阻抗等于二分之一分裂系数倍的穿越阻抗，所以高压绕组的短路阻抗又等于一减去四分之一倍的分裂系数，再乘以穿越阻抗。

二、特点和应用

与普通变压器相比，分裂变压器有如下特点：

（1）限制短路电流的作用显著。当分裂绕组一个支路短路时，短路电流经过半穿越阻抗。半穿越阻抗等于高压绕组和一个分支短路阻抗之和，等于一加上四分之一倍的分裂系数，乘以穿越阻抗。也就是说半穿越阻抗比穿越阻抗大了四分之一分裂系数倍的穿越阻抗，也就是比普通变压器的短路阻抗大，所以短路电流小。

（2）有利于电动机自起动条件的改善。分裂变压器的穿越阻抗比普通变压器的短路阻抗小，所以流过起动电流时变压器的电压降要小些，允许电动机起动容量大些。

（3）当分裂绕组一个支路发生短路故障时，另一个支路的母线电压降很小，即残压较高，这是分裂变压器的主要优点。

分裂变压器的主要缺点是造价较高。

分裂变压器的主要应用有两个：

（1）当两台发电机通过一台分裂变压器向系统送电时，分裂变压器的分裂阻抗有效地增大了两台发电机之间的阻抗，从而达到减少短路电流的目的。

（2）当采用一台分裂变压器分成两个分支向两段独立母线供电时，分裂阻抗也使两段母线之间具有较大的阻抗，以减小母线短路时的互相影响。

分裂变压器多用作200MW以上的大机组的厂用变压器。

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