零序阻抗变压器

零序阻抗定义

变压器是输变电系统中重要的电力设备之一，它在实际运行中，有可能出现三相负载严重不平衡和非对称接地故障的情况。此时，变压器的三相电流大小不再相等，相位也不一定彼此相差120°，从而出现了三相不对称的运行方式。为了正确分析计算变压器三相不对称运行状况，就必须知道变压器的正序、负序和零序阻抗。对变压器而言，由于三相磁耦合电路是静止的，改变三相的相序并不改变各相的互感。因此，其正序和负序阻抗是相等的，并且等于负载试验测得的短路阻抗。而变压器的零序阻抗却与正序和负序阻抗大不相同。

零序阻抗影响因素

变压器在零序系统下工作时，三相运行情况是对称的，其零序磁通仍是工频交流分量。因而，正序“T”形等值电路原则上适用于零序。由于变压器绕组的漏抗与相序无关，所以，零序阻抗等值电路中一次侧和二次侧的漏电抗和与正序的值完全相同。对于零序时的励磁电抗而言，其值则与励磁系统（磁路结构）有着很大的关系。一般可分为下述两种情况。

对于三相五柱式、壳式变压器和单相变压器，由于零序磁通可以在铁心中形成闭合回路，因此，零序励磁电抗就等于正序励磁电抗，且一、二次钡9的漏抗与正序时相同。此时，各种组合方式下的零序阻抗值可以通过正序阻抗等值电路计算得出。

对于三相三柱式变压器，由于零序磁通三相同相，所以零序磁通不可能在铁心内形成闭合回路，只能穿过充油空间到油箱壁，再经充油空间返回到铁心方可形成闭合回路。在这种情况下，由于零序磁通所遇到的磁阻很大，所以此时的零序励磁电抗要比正序励磁电抗小许多，其具体数值与绕组、铁心和油箱壁的实际结构有着密切的关系。实际中，很难通过计算获得。因此，这种类型变压器的零序阻抗通常通过实测得到的。

由于变压器绕组的联结组对零序电流的流通有很大的影响，因此，联结组的不同将直接影响零序阻抗的数值。以常见的联结组Yyn和YNd为例，分析联结组对零序阻抗的影响。

对于Yyn联结，一次侧为Y联结，零序电流是无法流通的。此时，相当于开路，零序阻抗为无穷大。而二次侧为yn联结，零序电流可以通过中线形成回路。此时，相当于通路，零序阻抗是有一定数值的。

对于YNd联结，二次侧由于是d结，没有中线，因此，从二次侧三个进线端看进去，零序电流无法流通，相当于开路状态，零序阻抗为无穷大。但在d结绕组中，零序电流可以流通并形成一个闭合回路。因而，从一次侧看进去，零序电流是可以流通的，且二次侧的d结绕组对零序电流处于短路状态。此时，零序阻抗一般为正序阻抗五的0.8-1.0倍。

由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。

对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（正常状态下只有正序分量）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量了（有时只含其中一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统出现故障（特别是单相接地时的零序分量）。

下面介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程中是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。

从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。

1）求零序分量

把三个向量相加求和：A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个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，方向与三相合成矢量一致。

2）求正序分量

对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分之一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。就得出了正序分量。

3）求负序分量

注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。接下来操作与正序时一样。

通过上述方法可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。

输电线路零序阻抗是电力系统继电保护整定计算中的重要参数，其准确性将直接影响电力系统运行方式计算和继电保护定值计算的正确性。虽然零序阻抗参数可以通过计算求得。但实际情况要比计算采用的假设条件复杂得多。计算值很难保证其准确性。因而在线路投运前要对零序阻抗进行现场测量，而双回输电线路不同的运行方式将对零序阻抗测试值产生较大影响。

对双回输电线路而言，Ⅱ回线路的状态将对I回线路的零序阻抗测试值产生较大影响。当Ⅱ回线路处于两端开路或一端开路一端接地状态时。由于Ⅱ同线路中没有感应电流。零序阻抗测试值与单回路时的零序阻抗相等；而当Ⅱ回线路处于两端接地状态时。由于Ⅱ回线路中感应电流的消磁作用，零序阻抗将变小。

如果平行架设线路回数较多，如平行架设四回路杆塔．对其中一回线路进行零序阻抗测量。其它回线路均两端接地状态。感应电流的消磁作用将更加明显，零序阻抗将更小。

杆塔结构尺寸对零序阻抗也有影响，避雷线、平行架设的线路与被测线路间的几何均距越小，消磁作用越明显，零序阻抗将更小。 2100433B

零序保护两者区别

两者的区别主要在于采用的电气量不同，接地距离保护是利用短路电压和电流的比值，即测量阻抗的变化来区分系统的故障与正常运行状态。而零序保护利用的是接地故障时产生的零序电流分量。这是两者在原理上的最主要区别。但是，两者从保护的配合上来看，都是属于阶段式的保护，即都需要各保护区的上下级配合。再一点，从保护的性能来分析。应该说，在不发生单相接地时，零序电流分量是不会出现的，所以零序电流保护具有较低的灵敏性。但在上下级的配合时，限时零序电流速断保护（零序II段）的灵敏性可能不满足要求，这时可采用接地距离保护。这也就是说接地距离保护的灵敏性高于零序电流保护（可以看到，距离保护利用了短路时的两个电气量，自然比单一的电流保护要灵敏）。所以保护的配备上，一般距离保护作为了主保护，那么电流保护都是作为后备保护的，即在线路发生故障时，首先距离保护动作，零序保护作为后备可能动作。

零序保护两者联系

接地距离保护与零序电流保护配合才能构成完整的接地保护。接地距离保护的最大优点是瞬时段的保护范围固定，不受系统运行方式变化影响。接地距离三段保护难以反映高阻抗接地故障。零序电流保护则以保护高电阻故障为主要任务。

任一元件两端的相序电压与流过该元件的相应相序电流之比，成为该元件的零序参数（阻抗）。零序参数（阻抗）与网络结构，特别是和变压器的接线方式及中性点接地方式有关。

一般情况下，零序参数(阻抗)及零序网络结构与正、负序网络不一样。对于变压器，零序电抗则与其结构(三个单相变压器组还是三柱变压器)、绕组的连接(△或Y)和接地与否等有关。 当三相变压器的一侧接成三角形或中性点不接地的星形时，从这一侧来看，变压器的零序电抗总是无穷大的。因为不管另一侧的接法如何，在这一侧加以零序电压时，总不能把零序电流送入变压器。所以只有当变压器的绕组接成星形，并且中性点接地时，从这星形侧来看变压器，零序电抗才是有限的。

对于输电线路，零序电抗与平行线路的回路数，有无架空地线及地线的导电性能等因素有关。零序电流在三相线路中是同相的，互感很大，因而零序电抗要比正序电抗大，而且零序电流将通过地及架空地线返回，架空地线对三相导线起屏蔽作用，使零序磁链减少，即使零序电抗减小。 平行架设的两回三相架空输电线路中通过方向相同的零序电流时，不仅第一回路的任意两相对第三相的互感产生助磁作用，而且第二回路的所有三相对第一回路的第三相的互感也产生助磁作用，反过来也一样.这就使这种线路的零序阻抗进一步增大。

当发电机定子绕组中三相电流数值相等、相位一致时，该电流称为零序电流，定绕组对零序电流所呈现出的阻抗，称为零序电抗。

可用串联测量法测量零序电抗。串联测量法接线，将转子绕组短路，定子绕组三相首尾串联，并且使发电机转子以20%额定转速旋转，对定子绕组通入额定频率的单相电源，调节电压，使定子电流大约为20%额定电流值，测量电压、电流和功率值。 2100433B