電力自耦變壓器與普通變壓器相比，具有明顯的經濟效益，因此在330?KV及以上電壓等級的超高壓電網中，自耦變壓器在許多場合得到了廣泛的應用。

自 耦變壓器的結構和工作原理與普通變壓器相比，有著本質的差別，具有功率傳導容易、體積小等特點。自耦變壓器在不同的運行方式下，公共繞組流過的電流與同處 一個鐵心的串聯繞組有所不同。本文從分析自耦變壓器的電流流向入手，導出公共繞組過負荷特征，對過負荷保護及第三側無功容量與公共繞組容量的關系進行了必 要的討論，以便供設計與運行人員參考。

1自耦變壓器在不同運行方式下的電流流向

1.1自耦變壓器常見的幾種使用形式

(1) 按電壓等級分，第三側有35kV和10kV兩種；

(2) 按與系統(tǒng)連接形式分，第三側有：

①直接向用戶供電；

②直接向用戶供電且安裝無功補償裝置；

③不直接向用戶供電，只接無功補償裝置；

④不直接向用戶供電，亦不接無功補償裝置，只作為平衡繞組使用。

1.2各種不同運行方式下的自耦變壓器電流流向及過負荷分析

降壓變電站使用的自耦變壓器，其運行方式可歸納為兩大類型，一類是高壓向中壓(或低壓)或者是同時向中低壓低電，如上述接入系統(tǒng)方式中的a、b兩種；另一類是高壓和低壓同時向中壓供電，如上述接入系統(tǒng)方式中的b、c兩種。

為直觀起見，舉例來加以分析，假設某一變壓器變量為120MVA，電壓比為220/110/10kV，容量比為100/100/50，通常設計公共繞組的容量等于自耦變壓器的計算容量，所以該變壓器的公共繞組容量為：

MVA(K12為高壓側與中壓側的變比)。

由此可知，高壓側額定電流為，高壓側額定電流即等于串聯繞組的額定電流ICe；

中壓側額定電流為I2e＝120?000/(31/2×110)=630A；

低壓側額定電流為I3e＝60?000/(31/2×10)=3?464A；

公共繞組額定電流為IＧe=計算容量/(31/2×110)=60?000(31/2×110)=315A。

降壓變電站使用的自耦變壓器第一類運行方式又可分為三種情形。

A.高壓側單獨向中壓側供電

此時I3=0。該運行方式即為自耦變壓器的自耦運行方式。高壓側以自耦方式向中壓側供電，有S1=S2。根據鐵心中磁勢平衡原理，有：

其中： I1、I2、I3分別為高壓側、中壓側、低壓側的電流；IAB、IDB分別為自耦方式運行時串聯繞組、公共繞組的電流；IB為高、低壓側之間以變壓器方式(電磁感應)運行時高壓側的電流；WAB、WCD、W3分別為串聯繞組、公共繞組、低壓繞組的匝數。

當自耦變壓器在額定負荷下運行時，即S2=120MVA，U1＝220kV，K12＝2，可得：IC＝IDB=315A

可見，在這種運行方式下，若變壓器未過負荷，則公共繞組不會過負荷，所以此時自耦變壓器的過負荷保護可按普通變壓器的方式裝設。

B.高壓側單獨向低壓側供電

此時I2＝0。該運行方式即為雙繞組普通變壓器的工作方式，高壓側以普通變壓器方式向低壓側供電，有S1=S3。

當自耦變壓器在額定負荷下運行時，即S3=60ＭＶＡ，U1＝220kＶ，可得：IG=IB=157.5A

可見，在這種運行方式下，即使變壓器低壓側滿負荷，則公共繞組中的電流也未達到額定值，所以，此時自耦變壓器的過負荷保護可按普通變壓器的方式裝設。

C.高壓側同時向中低壓側供電方式的電流流向

這種方式可看作上面兩種方式的迭加，高壓側輸入容量分為兩部分：、。

為高壓側以自耦方式傳遞給中壓側的容量，等于中壓側的輸出容量，=S1，此時相當于高壓側單獨向中壓側供電，高—中壓繞組間自耦方式供電，IAB、IDB為串聯繞組、公共繞組中流過的電流。

為高壓側以高、低壓繞組間以變壓器(電磁感應)方式傳遞的容量，等于低壓側的輸出容量，=S3，相當于高壓側單獨向低壓側供電，高—低壓繞組間以電磁感應方式供電，IB為高壓側電流。

公共繞組中有兩個電流：IDB和IB，且兩電流方向相反，所以公共繞組中的電流為: IG=IDB-IB

當低壓側滿負荷運行時，即本例中的S3=60ＭＶＡ，則S2＝60MVA，且有U1=220kV，K12＝2，將其代入式(1-1′)、式(1-1″)，可以求得：

所以，公共繞組中的電流為：IG=IDB-IB=0

當中壓側滿負荷運行時，即S2=120MVA，則S3=0MVA，將其代入式(1-1)或(1-2)，同理，可求得：IDB＝315A；IB=0A，所以，此時公共繞組的電流為：IG=IDB-IB=315A

從上述分析可知，這種運行方式下，若變壓器未過負荷，則公共繞組中的電流將會在0～315A的范圍內，而不會超過額定值，所以，此時自耦變壓器的公共繞組不會過負荷，可不裝設過負荷保護。

高低壓側同時向中壓側供電時中壓則的輸出容量由、兩部分組成。

為高壓側以自耦方式傳遞給中壓側的容量，等于中壓側的輸出容量，=S2，此時相當于高壓側單獨向中壓側供電，高一中壓繞組間可以自耦方式供電，IAB、IDB為串聯繞組、公共繞組中流過的電流。

為高壓側以變壓器方式(電磁感應)方式傳遞的容量，等于低壓側的輸出容量，=S3，相當于高壓側單獨向低壓側供電，IB為高壓側流過的電流。

在這種運行方式下，公共繞組中的電流為：IG=IDB+IB，其中，IDB可由式(1-1″)求得。

IB為低壓側通過變壓器方式感應到中壓側的電流，則有：

當高壓側滿負荷運行時，上面的算例中有S1=120MVA，且U1＝220kV，K12=2,代入式(1-1″)，可得：IDB=IＧe=315A；可見，此時為了不使公共繞組過負荷，必須使低壓側的輸出電流IB=0A。

當低壓側滿負荷運行時，有S2＝60MVA，代入式(1-3)，可得：IB=IＧe=315A

由上式可知，此時要想不使公共繞組過負荷，則必須使電流IDB=0。

從 以上分析可以看出，在這種運行方式下，若變壓器高壓側滿負荷運行，則低壓側不能向中壓側供電，否則公共繞組會過負荷，即高壓側傳遞容量較多時，會限制低壓 側容量的輸出；若變壓器低壓側滿負荷運行時，則高壓側不能向中壓側供電，否則公共繞組會過負荷。需要注意的是，在后一種情況下，變壓器的輸出還未達到額定 負載，其輸出為60MVA，僅為額定功率的一半。

2公共繞組的容量與第三側接入無功補償裝置容量之間的關系

從上面的分析可知，當降壓變電站第三側接入無功補償裝置時，則會出現高低壓側同時向中壓側供電，若低壓側傳輸容量達到計算容量，為了不使公共繞組過負荷，在不計變壓器本身無功損耗時，高壓側就不能再向中壓側供電。

在電力系統(tǒng)中，高壓側向中壓側傳送功率，低壓側進行無功功率補償是常見的運行方式。為了能不影響高壓側以額定容量向中壓側系統(tǒng)供電，又能充分利用第三側接入的無功補償裝置，必須搞清公共繞組的容量與第三側接入的無功補償容量的關系。

2.1不考慮變壓器無功損耗時，必須增加公共繞組的容量

此時有：中壓側的輸出容量為S2=S1e+S3e=S1+S3，則公共繞組的通過容量為SG=SJS+S3(SJS為自耦變壓器的計算容量)。

因為低壓側連接無功補償裝置，所以其輸入僅為無功，即S3=jQD。

S3＝OD 總是畫在+jQ軸正方。以D為圓心，DC和DG為半徑作兩個圓，DC=SJS，DG=S1，因為SG=SJS+S3,S2=S3+S1，所以 OC=SG，OG=S2，即公共繞組的“必須容量”(必須容量——繞組可能通過最大容量所必須滿足的容量要求)，此時中壓側的輸出容量向量OG所定義的幅 值，且公共繞組的“必須容量”和中壓側輸出容量與高壓側的功率因數有密切關系，它將隨功率因數的減小而增大。當高、低壓側同時向中壓側傳送功率時，公共繞 組中的負荷計算公式為：

對于一臺額定容量為120MVA的自耦變壓器，高壓側功率因數假定為0.9時，當第三側需要接入60MVAR的無功補償裝置時，按照公式(1-3)可求出公共繞組容量為：

2.2當考慮變壓器本身的無功損耗，且第三側要求補償無功容量不大時，可以不增加公共繞組容量

根據公式(1-4)可以算出，對于一臺額定容量為120?MVA的自耦變壓器，第三側接入無功補償容量不超過15?MVAR時，公共繞組可不加大容量，通常不會出現過載現象。但此時公共繞組需增設過負荷保護，以防止在特殊運行方式下有可能出現的過負荷情況。

3結論

從 上述分析可見，自耦變壓器的的電流流向與普通三繞組變壓器不同，在自耦變壓器的公共繞組上，會出現變壓器還未達到額定運行時，公共繞組已有過負荷的現象， 從而導致了自耦變壓器與普通變壓器在過負荷保護方面的不同：當自耦變壓器的第三側接有電源(在降壓變電站中也可為無功補償設備)，自耦變壓器除了一般的三 側均裝過負荷保護外，還必須在公共繞組處裝設過負荷保護。另外，在第三側接入無功補償裝置時，還必須研究是否需要增加公共繞組容量的問題。