CH6三绕组变压器和其他用途变压器.ppt

第六章 三绕组变压器和其它用 途变压器 第一节 三绕组变压器 三绕组变压器有高压、中压和低压三个绕组 ，可以有三种等级的电压。三绕组变压器主要用 于电力系统中，将三个不同电压等级的电网连接 起来，代替两台双绕组变压器，运行更加经济。 1.结构特点 三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个心柱上 同心排列三个绕组。从绝缘上考虑，通常将高压绕组放 在最外层。 如果低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组 在最里层，为升压变压器；如果中压绕组处于高压和低 压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压绕组。 三绕组变压器运行时，可将其中的一个绕组接电源 ，则另外两个绕组有两个等级的电压输出；也可以将两 个绕组接电源，向第三个绕组供电，提高供电可靠性。 第一节 三绕组变压器 图6-1 三绕组变压器绕组布置图 图62 SFSZ9系列110kV级三绕组变压器 2.容量与联结组 双绕组变压器的一、二次绕组容量相等，三绕 组变压器根据供电需要，三个绕组的容量可以不相 等。其额定容量指三个绕组中容量最大的一个绕组 的额定容量。 如果将额定容量作为100，三个绕组的容量 配合可以为100/100/100、100/100/50、100/50/100。 三相三绕组变压器的联结组有YN、yn0，d11 （ ）和YN、yn0，y0（ ）两 种，前者更为常用。 第一节 三绕组变压器 3.工作原理 当三绕组变压器的一次绕组接到电源上，二次 和三次绕组开路时，为空载运行状态。空载时，其 与双绕组变压器没有什么区别，只是有三个变比， 分别为： N1、N2、N3、U1N、U2N和U3N分别为三个绕组 的匝数和额定电压。 第一节 三绕组变压器 三绕组变压器负载运行时，磁势平衡方程为： 图63 单相三绕组变压器负载运行示意图 （1） 磁动势平衡方程 第一节 三绕组变压器 如果忽略励磁电流，上式可表示为： 把绕组2与绕组3折算到绕组1，有： 分别为绕组2和绕组3折算到绕组1的电流。 第一节 三绕组变压器 分析三绕组变压器时，由于三个绕组互相耦合， 不再使用双绕组变压器分析时的主磁通和漏磁通的概 念。因为，双绕组变压器中，漏磁通的概念十分明确 ，即只交链本绕组，不与其它绕组交链的磁通。而三 绕组变压器中，不与一次绕组交链的磁通，可能除了 与本绕组交链外，还与另外一个二次绕组交链，漏磁 通的概念不明确，所以，三绕组变压器分析和讨论时 利用各绕组的自感和互感的概念。 （2） 电动势平衡方程 第一节 三绕组变压器 ZL3 折算到一次侧的变压器电动势平衡方程为： 第一节 三绕组变压器 由于自感和互感都不是常数，上述方程组为一组 非线性方程组。但因为输入电压大小维持不变时， 铁心饱和程度基本不变，铁心磁导基本不变，所以 可近似认为自感和互感都是常数，即可认为是线性 方程组。 第一节 三绕组变压器 第一节 三绕组变压器 图64 三绕组变压器的等效电路 三绕组变压器等效电路中各电抗参数为各绕组的 自感漏电抗及绕组间互感漏电抗合成的等效电抗， 相应的阻抗为等值阻抗。 第一节 三绕组变压器 三绕组变压器简化等效电路中的参数可以通过三次 短路试验测出。短路试验可按如下步骤进行： （1）第一次短路试验 将电压加在绕组1，绕组2短路，绕组3开路，此时 测得的短路阻抗为： 3.等效电路中参数的测定 （2）第二次短路试验 将电压加在绕组1，绕组3短路，绕组2开路，此时 测得的短路阻抗为： 第一节 三绕组变压器 （3）第二次短路试验 将电压加在绕组2，绕组3短路，绕组1开路，此时测 得的参数为折算到绕组2的绕组2和绕组3之间的短路阻 抗。要得到折算到绕组1的参数，需乘以 ，即： 第一节 三绕组变压器 与双绕组变压器一样，三绕组变压器所带负载 发生变化时，第二和第三绕组的端电压也将发生 变化，三绕组变压器的电压调整率定义为： 4. 电压变化率和效率 第二绕组端电压不仅取决于本绕组的负载电流和阻 抗，还要受第三绕组的负载电流和第一绕组的阻抗影 响。同样，第三绕组的端电压也是这样。 第一节 三绕组变压器 、 是第二和第三绕组输出的有功功率， 是变压器的铁耗， 是变压器的铜耗，为三个绕 组的铜耗之和。 由于三绕组变压器的各绕组额定容量可能不相 等，所以在采用标幺值进行计算时，应进行容量 折算。通常取高压绕组的额定容量作为容量基值 。 三绕组变压器的效率计算公式为： 第一节 三绕组变压器 第二节 自耦变压器 所谓自耦变压器，是一次和二次共用同一个 绕组的变压器，其与双绕组变压器的主要差别在 于：自耦变压器的一次和二次之间不仅有磁的耦 合，还有电的联系。 图65 自耦变压器结构及原理接线图 1.结构特点 自耦变压器可看作为一台双绕组变压器改接而成 ，在每相铁心上套两个同心绕组，低压侧引出线为ax ，高压侧引出线为AX。可以看出，高压侧由Aa绕组和 ax绕组串联组成，低压绕组为ax，其中ax绕组为高低 压两侧共用，称为公共绕组，Aa绕组称为串联绕组。 Aa绕组的匝数一般比ax绕组的少。 2.基本方程式 高压侧电势平衡方程为： 低压侧电势平衡方程为： 类似于双绕组变压器，定义自耦变压器变比为： 忽略变压器空载电流，有磁势平衡方程： 也可表示为 公共绕组ax中的电流为： 2.基本方程式 自耦变压器的输出电流由两部分组成，其中 串联绕组的电流是由于高、低压绕组之间有电的 联系，从高压侧直接流入低压侧的，公共绕组流 过的电流是通过电磁感应作用传递到低压侧的。 2.基本方程式 用折算法把自耦变压器低压侧的量折算到高压 侧，则折算到高压侧的低压侧电动势方程为： 3、等效电路 图66 自耦变压器简化等效电路 3、等效电路 、 分别为把自耦变压器接成双绕组 变压器时的变比和短路阻抗。 表明：自耦变压器高压侧的短路阻抗 与该变压 器作为双绕组变压器时的短路阻抗 相等。但二 者的标幺值不相等，因为接成自耦变压器和双 绕组变压器运行时，阻抗基值不同。 自耦变压器的短路阻抗为： 4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流 接成自耦变压器时： 接成双绕组变压器时： 4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流 讨论：当一台双绕组变压器接成自耦变压器运行时， 短路阻抗标幺值减小了。变比 越小，阻抗标幺值下 降越多。所以，自耦变压器的电压变化率较双绕组变 压器时减小，宜用于高压输电线路中作为补偿线路电 压损耗的变压器。同时，由于阻抗标幺值减小，自耦 变压器较同容量的双绕组变压器短路电流增大，因为 短路电流与阻抗标幺值成反比。 4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流 5、容量关系 自耦变压器的额定容量（也称为铭牌容量）和 绕组容量（又称为电磁容量）不相等，额定容量， 指的是自耦变压器总的输入或输出容量，为： 电磁容量指的是绕组电压与电流的乘积。对于 双绕组变压器，变压器的容量就是绕组容量。但自 耦变压器，绕组容量与变压器容量不同，前者比后 者小。 串联绕组Aa的电磁容量为： 公共绕组ax的电磁容量为： 为效益系数。 5、容量关系 结论：公共绕组和串联绕组的绕组容量相等。自耦 变压器的额定容量包含两部分： 一为绕组容量，它实际上是以串联绕组Aa为一 次侧，以公共绕组ax为二次侧的一个双绕组变压器， 通过电磁感应作用从一次侧传递到二次测的容量； 二是通过电路上的联结，从一次侧直接传递到二 次侧的容量，称为传导容量。 传导容量不需要利用电磁感应来传递，所以自耦 变压器的绕组容量小于额定容量。 5、容量关系 6、自耦变压器的优、缺点 自耦变压器与双绕组变压器比较，具有以下优点： 由于自耦变压器绕组容量较额定容量小，双绕组 变压器额定容量与绕组容量相等，所以，在额定 容量相等的情况下，自耦变压器体积小，重量轻 ，节省材料，成本较低； 自耦变压器有效材料（硅钢片和铜材）消耗减少 ，铜耗和铁耗减小，效率提高； 体积小，可减少变电站占地面积，运输和安装也 更加方便。 但自耦变压器高、低压回路没有隔离，高压侧故 障会直接影响到低压侧，给低压侧的绝缘及安全 用电带来一定困难。为了解决这个问题，需要采 取一些措施，例如中性点必须可靠接地，一、二 次侧都要安装避雷器等。 6、自耦变压器的优、缺点 第三节 互感器 在高电压、大电流的电力系统中，为了测量 线路上的电压和电流，需要采用互感器。互感器 是一种用于测量高电压、大电流的变换器。目的 是使一次和二次隔离，以保障运行人员的人身安 全和测量装置的安全，并可以利用小量程的电压 表、电流表来测量高电压、大电流。 互感器分为电压互感器和电流互感器两种， 这里简单介绍电磁式电压互感器和电流互感器。 1.电压互感器 电压互感器的一次、二次绕组套在同一个闭 合的铁心上，高压绕组直接接到被测的高压线路 上，一次绕组匝数多，导线较细；低压绕组接到 测量仪表的电压线圈上，匝数少，导线较粗。如 果仪表个数不止一个，则各仪表的电压线圈并联 接在电压互感器的二次绕组。 由于二次绕组所接的仪表电压线圈阻抗很大，所以 ，电压互感器运行时相当于一台空载运行的降压变压 器。不考虑漏阻抗压降，并认为二次电压线圈阻抗很 大，互感器处于空载状态， 则一、二次电压之比即等于 匝数比。 供测量用的电压互感器 二次额定电压标准值为100V 或 图68 原理接线图 1.电压互感器 由于只有在理想情况下，一、二次的电压比才等 于绕组匝数比，而实际情况是互感器既存在漏阻抗 压降，二次侧也不是空载，所以互感器总是存在测 量误差。为了减小误差，在电压互感器设计和制造 时，应减小励磁电流和一、二次绕组的漏阻抗。为 此，铁心采用导磁性能好，铁耗小的硅钢片，并使 磁路不饱和，绕制时尽量减小漏磁。 1.电压互感器 使用电压互感器时，一定要注意： 二次侧绝对不允许短路，否则会产生很大的短路 电流，引起绕组发热甚至烧坏绕组绝缘，使一次 回路的高电压浸入二次低压回路，危及人身和设 备安全； 为安全起见，电压互感器的二次绕组和铁心必须 可靠接地； 使用时，二次绕组不能并联过多的仪表，以免影 响互感器测量精度。 1.电压互感器 2.电流互感器 电流互感器主要结构和工作原理也与普通变 压器相似。它的一次绕组由一匝或几匝截面较大 的导线构成，串联在一次侧线路中。二次绕组匝 数较多，导线较细，与各种仪表的电流线圈串联 。 图69 原理接线图 2.电流互感器 由于仪表的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器正 常工作时相当于变压器的短路运行状态。如果不考虑 励磁电流，则有 ，这样，根据一、二 次绕组的匝数比，可以将大电流转化为小电流测量。 通常，电流互感器二次侧绕组的额定电流设计为5A 或1A。 显然，这里讨论的是一种理想情况，实际上电流互 感器总是存在励磁电流，仪表线圈的阻抗也不为零， 所以根据匝数比计算出的电流总会存在误差。按照变 流比误差的大小，电流互感器的精度可分为0.2、0.5 、1、3和10等几级。 2.电流互感器 电流互感器使用时，一定要注意： 运行过程或仪表切换时，互感器二