為了提高自耦變壓器的供電質(zhì)量和減少零序漏磁通在自耦變壓器結(jié)構(gòu)件中所產(chǎn)生的局部過熱現(xiàn)象，在節(jié)約自耦變壓器制造成本的同時，自耦變壓器能夠經(jīng)濟、安全、可靠地運行。為此三角形（d）繞組在自耦變壓器(尤其在大容量自耦變壓器)內(nèi)部的應(yīng)用是必不可少的，三角形繞組在自耦變壓器中即可充當(dāng)工作繞組也可作為平衡繞組。當(dāng)作為工作繞組時，如果系統(tǒng)電網(wǎng)三相不對稱時容易使工作繞組的虛擬中性點漂移，需另外配置接地自耦變壓器以穩(wěn)定其中性點，這樣做不經(jīng)濟。因此，工作繞組好采用中性點引出的星形連接的繞組（YN）。補償繞組也叫平衡繞組，三角形連接，可以對外輸出功率，也可以不對外輸出功率。主要為三次諧波電流提供通路，消除三次諧波磁通，從而消除電壓中的三次諧波分量。
國家標準中未對平衡繞組的容量作出明確的規(guī)定，一般按自耦變壓器額定容量的50%進行選取。目前，結(jié)合平衡繞組在自耦變壓器運行中的多年經(jīng)驗、運行方式及平衡繞組的結(jié)構(gòu)形式，在自耦變壓器能夠滿足使用要求的情況下，當(dāng)其僅充當(dāng)平衡繞組時，一般設(shè)計成10kV級，容量大約為自耦變壓器額定容量的1/3或30％。
1、平衡繞組在自耦變壓器中的作用：
1.1、提供高次諧波通道，改善感應(yīng)電動勢波形：
三相自耦變壓器繞組的連接方式對空載損耗和空載電流有一定的影響，自耦變壓器運行中的三相電壓對稱性、電壓諧波分量和電流諧波分量取決于三相自耦變壓器的連接方式。鐵心的磁性連接決定了自耦變壓器能否得到與電網(wǎng)電壓變化相對應(yīng)的磁通密度變化所需的勵磁電流的高次諧波。
如果三相自耦變壓器一次繞組中性點不接地、星形連接，二次是三角形連接，那么一次不能得到3N(N=1,2,3…)的電流諧波，所需的3N(N=1,2,3…)的電流諧波在三角形的繞組內(nèi)流通。
如果三相自耦變壓器繞組均是星形連接，中性點與三相供電電網(wǎng)的中性點連接，零序電流僅在一次側(cè)流動，自耦變壓器處于自由狀態(tài)。若星形連接的繞組中性點不與三相供電電網(wǎng)的中性點連接（或不接地），由于 3N(N=1,2,3…)的電流諧波不能在一次繞組中通過，因此，在自耦變壓器中增設(shè)平衡繞組是方案。平衡繞組作為三角形連接的繞組同樣能為3N(N=1,2,3…)次諧波電流提供通路，改善感應(yīng)電動勢波形，進而保證自耦變壓器的輸出電壓接近于正弦波，供電質(zhì)量，防止電力系統(tǒng)中的繼電保護誤動作，避免造成不必要的損失。在自耦變壓器試驗過程中，也能保證測量結(jié)果的正確性。
目前自耦變壓器的鐵心是由晶格取向的冷軋硅鋼片疊積而成的，在自耦變壓器繞組外加勵磁電壓的作用下，鐵心中將產(chǎn)生磁通，磁通的大小不僅與自耦變壓器的勵磁電壓有關(guān)，還與硅鋼片的勵磁特性有關(guān)，即硅鋼片材質(zhì)所決定的磁化曲線（見圖1）。從圖 1 中可以看出，該曲線為非線性曲線。對于聯(lián)結(jié)組為Yyn0 的自耦變壓器，當(dāng)在高壓側(cè)施加三相正弦波電壓時，空載電流的3N 次諧波分量沒有通路，再加上沒有三角形連接的繞組，所產(chǎn)生的空載勵磁電流為正弦波形，在鐵心中的磁通必然會是非正弦波經(jīng)傅立葉級數(shù)變換后，可分解為基波和高次諧波分量（而且越接近或超過膝點A 其含量越大），其中 3、5、7 及 9 次諧波含量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，自耦變壓器二次側(cè)輸出的電壓將是非正弦波電壓，這不是我們所希望的。如果將上述聯(lián)結(jié)組標號變?yōu)閅yn0+d，在給自耦變壓器開始勵磁的瞬間，平衡繞組側(cè)輸出的電壓將是非正弦波電壓，由于非正弦電壓中的高次諧波分量（主要是3N 次）在三相繞組中同一時刻方向相同，再加上三角形繞組是一個閉合回路，將產(chǎn)生含高次諧波分量（主要是3N 次）的非正弦波電流，這樣高次諧波分量電流（主要是3N 次）便可在三角形連接的繞組中流通。根據(jù)磁勢平衡原理，在自耦變壓器鐵心中將要產(chǎn)生高次諧波磁通（主要是3N 次），這個磁通可以將送電瞬間所產(chǎn)生的大量高次諧波磁通（主要是3N 次）所抵消，從而使鐵心中的磁通接近正弦波，由此所感應(yīng)的磁勢為正弦波形。又由于自耦變壓器硅鋼片磁致伸縮的基頻為自耦變壓器額定頻率的兩倍，基于上述分析，由磁致伸縮所決定的自耦變壓器噪聲也會隨之降低，可見平衡繞組對減小環(huán)境的污染也起到重要的作用。
圖 1 磁化曲線
1.2、提高自耦變壓器帶不平衡負載的能力，以穩(wěn)定電壓中性點：
自耦變壓器在運行時會出現(xiàn)三相負載不平衡、短路、斷路、單相或雙相電壓升高或降低等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象的發(fā)生將導(dǎo)致自耦變壓器三相電壓不對稱，根據(jù)對稱分量法的原理，可以把任何一組不對稱（三相電壓或三相電流在數(shù)值上不等或相位上各差不等于120°）的量，分解成為一定大小、一定相位的一組對稱的正序分量、一組對稱的負序分量和一組零序分量?，F(xiàn)以三相電流為例，其不對稱分量分解如下（見圖 2）。由圖2 中可以看到，當(dāng)不對稱分量分解的零序分量所對應(yīng)的磁通在自耦變壓器鐵心中流通時，由于三相磁通在同一瞬間大小相等、方向相同，所以每個鐵心柱上所流通的零序分量磁通不能以其他兩柱為回路（對于三相三柱式鐵心結(jié)構(gòu)而言）。若自耦變壓器中沒有平衡繞組，零序分量磁通將以夾件、壓釘、油隙和油箱壁等構(gòu)成回路，同時會產(chǎn)生能量損失，而且隨著自耦變壓器的容量和電壓等級的增大而成指數(shù)上升的趨勢。若自耦變壓器中帶有封閉三角形的平衡繞組，那么零序磁通將會在三角形繞組中感應(yīng)出零序電勢，同時產(chǎn)生零序電流，零序電流與繞組的匝數(shù)的乘積便形成了磁勢。根據(jù)磁勢平衡原理，它將阻止零序磁通在鐵心柱中的流通，提高了為不平衡負載的供電能力。
圖 2 不對稱分量的分解
1.3、改善自耦變壓器的零序阻抗：
自耦變壓器運行部門為了準確地調(diào)整繼電保護，總希望自耦變壓器的零序阻抗是一個不變的數(shù)值。對于三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)和帶旁軛的單相自耦變壓器或組成三相自耦變壓器組的單相自耦變壓器，雖然零序磁通可在旁柱中流通，但是若沒有帶封閉三角形的平衡繞組，不論其他繞組短接與否，均不會產(chǎn)生電流來抵消零序磁通。所以零序阻抗隨著外施電壓和電流的增加而變小，即所謂零序阻抗是個變量。若自耦變壓器中設(shè)置了帶封閉三角形的平衡繞組，由于在三角形繞組中能流通循環(huán)電流，使零序磁通的勵磁安匝絕大部分被抵消，而只剩下少的漏磁通，像正序阻抗和負序阻抗一樣，集中在繞組之間的主空道內(nèi)，因此其數(shù)值不隨電壓和電流的大小而變化，這類零序阻抗的數(shù)值是線性的，一般只測量一點就可以了。零序磁通在鐵心中的分布見圖 3 和圖 4。從圖 3 和圖 4 中可看出，由零序阻抗所對應(yīng)的零序磁通，在三相三柱鐵心內(nèi)由于三相零序磁通方向相同，必須通過鐵心的結(jié)構(gòu)件油箱等構(gòu)成回路。而五柱鐵心可以通過兩旁軛構(gòu)成回路。由單相自耦變壓器組成的三相自耦變壓器組，則各相在自己的鐵心中成回路。因此如果一個不帶封閉三角形繞組的自耦變壓器，采用三相三柱式結(jié)構(gòu)、三相五柱式和由三臺單相組成的三相自耦變壓器組結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，后兩種結(jié)構(gòu)型式的自耦變壓器運行時，在其繞組、引線、油箱、鐵心及其他金屬結(jié)構(gòu)件中所出現(xiàn)的局部過熱現(xiàn)象將有所降低。
圖3三柱式鐵心的零序磁通分布
圖 4 五柱式鐵心的零序磁通分布
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