电力变压器试验规范.ppt

2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 1 第三章变压器 3 5变压器参数测量3 6标么值3 7变压器的运行特性3 8三相变压器的磁路 联结组 电动势波形3 9变压器的并联运行3 10三相变压器的不对称运行 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 2 3 5变压器参数测量 变压器的参数有励磁参数和短路参数 只有已知参数 才能运用前面所介绍的基本方程式 等值电路或相量图求解各量 对制造好的变压器 其参数可通过实验测得 一 空载试验二 短路试验三 短路电压 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 3 一 空载实验 目的 通过测量空载电流和一 二次电压及空载功率来计算变比 空载电流百分数 铁损和励磁阻抗 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 4 说明 二次侧开路 一次侧加额定电压 测量电压U1 空载电流I0 输入功率P0和开路电压U20 因变压器空载时无功率输出 所以输入的功率全部消耗在变压器的内部 为铁芯损耗和空载铜耗之和 pFe I02R1 故可忽略空载铜耗 认为P0 pFe I02Rm 空载电流I0很小 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 5 要求及分析 1 低压侧加电压 高压侧开路 为了便于测量和安全 空载实验一般在低压绕组上加电压UN 高压绕组开路 为何是一条曲线 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 6 3 空载电流和空载功率必须是额定电压时的值 并以此求取励磁参数 4 若要得到高压侧参数 须折算 注 测得的值为归算到低压侧的值 如需归算到高压侧时参数应乘k2 Zm与饱和程度有关 电压越高 磁路越饱和 Zm越小 所以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数 k 高压侧对低压侧的变比 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 7 5 对三相变压器 各公式中的电压 电流和功率均为相值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 8 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 9 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 10 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 11 二 短路实验 目的 通过测量短路电流 短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数 铜损和短路阻抗 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 12 要求及分析 1 高压侧加电压 低压侧短路 由于变压器短路阻抗很小 如果在额定电压下短路 则短路电流可达 9 5 20 IN 将损坏变压器 所以做短路试验时 外施电压必须很低 通常为 0 05 0 15 UN 以限制短路电流 得到的参数为高压侧参数 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 13 短路阻抗Zk是常数 直线 抛物线 3 由于外加电压很小 主磁通很少 铁损耗很少 忽略铁损 认为 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 14 4 参数计算 对T型等效电路 5 记录实验室的室温 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 15 6 温度折算 电阻应换算到基准工作温度时的数值 7 若要得到低压侧参数 须折算 试验时的室温 T0 234 5 短路试验时电压加在高压侧 测出的参数是折算到高压侧的数值 如需要求低压侧的参数应除以k2 k 高压侧对低压侧的变比 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 16 8 对三相变压器 各公式中的电压 电流和功率均为相值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 17 三 短路电压 标在铭牌上的参数 短路电压 短路阻抗Zk75 与一次侧额定电流I1N的乘积 短路电压也称为阻抗电压 通常用它与一次侧额定电压的比值来表示 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 18 阻抗电压用额定电压百分比表示时有 上式表明 阻抗电压就是变压器短路并且短路电流达额定值时所一次侧所加电压与一次侧额定电压的比值 所以称为短路电压 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 19 短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小 而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能 从正常运行角度看 希望它小些 这样可使漏阻抗压降小些 副边电压随负载波动小些 但从限制短路电流角度 希望它大些 变压器发生短路时 相应的短路电流就小些 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 20 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 21 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 22 3 6标么值 在电力工程中 对电压 电流 阻抗和功率等物理量的计算 常常采用其标么值 先选定一个物理量的同单位某一数值作为基准值 简称基值 然后取该物理量的实际值与该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值 即 一 定义 标幺值在其原符号右上角加 号表示 基值采用下标 b 实际值 有名值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 23 二 基值的确定 基值的选取是任意的 通常以额定值为基准值 各侧的物理量以各自侧的额定值为基准 线值以额定线值为基准值 相值以额定相值为基准值 单相值以额定单相值为基准值 三相值以额定三相值为基准值 例如 变压器一 二次侧 S1b S2b SN U1b U1N U2b U2N三相变压器基值 Sb SN 3UN IN 3UNIN 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 24 注意 存在有相互关系的四个物理量 U I Z S 中 所选基值的个数并不是任意的 当某两个物理量的基值已被确定 其余物理量的基值跟着确定 例如单相变压器 选定一次侧的额定电压U1N和额定电流I1N作为电压和电流的基值 一次侧阻抗的基值即 Z1b Z1N U1N I1N一次侧功率的基值即 S1b S1N U1NI1N 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 25 3 U和E的基准值为UB R X Z的基准值为ZB P Q和S的基准值为SB 4 系统 如电力系统 装有多台变压器 电机 选择某一特定的Sb作为整个系统的功率基值 系统中各变压器标幺值均换算到以Sb作为功率基值时的标幺值 5 百分值 标么值 100 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 26 三 变压器一 二次侧相电压 相电流 漏阻抗的标幺值 漏阻抗的标幺值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 27 四 应用标幺值的优缺点 额定值的标幺值等于1 采用标幺值时 不论变压器的容量大小 变压器的参数和性能指标总在一定的范围内 便于分析和比较 如电力变压器的短路阻抗标幺值zk 0 03 0 10 如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内 就应核查一下是否存在计算或设计错误 例如p138I0 zk 的范围 1 应用标幺值的优点 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 28 采用标幺值时 原 副边各物理量不需进行折算 便于计算 如副边电压向原边折算 采用标幺值 注意基值选择 应选一次侧基值 采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况 如已知一台运行着的变压器端电压和电流为35kV 20A 从这些实际数据上判断不出什么问题 但如果已知它的标幺值为Uk 1 0 Ik 0 6 说明这台变压器欠载运行 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 29 相电压和线电压标幺值恒相等 相电流和线电流标幺值恒相等 某些意义不同的物理量标么值相等 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 30 采用标幺值时 变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标幺值相等 即有 短路阻抗电压的电阻分量 短路阻抗电压的电抗分量 短路阻抗电压 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 31 2 缺点 标么值没有单位 物理意义不明确 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 32 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 33 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 34 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 35 3 7变压器的运行特性 电压变化程度 由于变压器内部存在着电阻和漏抗 负载时产生电阻压降和漏抗压降 导致次级侧电压随负载电流变化而变化 电压变化率定义 一次侧加50Hz额定电压 二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差 与二次额定电压的比值 一 电压变化率 k 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 36 电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一 它大小反映了供电电压的稳定性 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 37 根据简化等值电路的相量图推导出电压变化率的公式 I1 I1N I2 I2N I1 I2 变压器的负载系数 忽略励磁电流时 b ac cb ac db 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 38 分析 U公式 1 电压调整率随着负载电流的增加而正比增大 I22 电压调整率与负载的性质有关 3 与漏阻抗值有关 a 2 0 cos 2 1 sin 2 0电阻性负载 I2 U很小 Rk Xk b 2 0 cos 2 0 sin 2 0纯电阻电感性负载 Rk cos 2 0 Xk sin 2 0 U 0 说明 1 负载后U2 U20 U2N 2 随着I2 U U2 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 39 c 20 sin 2 0电阻电容性负载 Rk cos 2 0 Xk sin 2U20 U2N 2 随着I2 U 0 U2 图变压器的外特性 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 40 由外特性图 负载功率因数性质不同 对主磁通的影响不同 变压器的端电压变化亦不同 纯电阻负载 端电压变化较小 感性负载时主磁通 呈去磁作用 为了维持 不变 必须使原边电流增加 同时短路阻抗压降也增加 其结果造成副边电压下降 容性负载对主磁通 呈增磁作用 为了维持 不变 必须减小原边电流 除了补偿短路阻抗压降外 其余部分使副边电压增高 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 41 负载大小 I1 I1N I2 I2N 漏阻抗Rk Xk 负载性质 2 容性负载 U 0 感性负载 U 0 即 输出端电压可能超过额定电压 小节 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 42 变压器外特性的引申内容 变压器运行 二次侧电压随负载变化而变化 如果电压变化范围太大 则给用户带来很大的影响 为了保证二次侧电压在一定范围内变化 必须进行电压调整 通常在变压器的高压绕组上设有抽头 分接头 用以调节高压绕组的匝数 调节变化 调节二次侧电压 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 43 1 损耗 变压器运行中有两种损耗 铜耗pCu 铁耗pFe 每一类包括基本损耗和杂散损耗 pCu 指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗 铜损耗大小与负载电流平方成正比 故也称为可变损耗 二 效率 pcu I2 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 44 基本铁耗pFe 磁滞损耗和涡流损耗 附加损耗 由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗 主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等 铁损耗与外加电压 Bm 大小有关 U1一般不变 称为不变损耗 p19 p20铁耗公式 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 45 变压器功率平衡及损耗示意图 Pem 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 46 2 效率的定义 效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值 效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏 是表征变压器运行性能的重要指标之一 一般小型变压器的效率95 大型变压器的效率高达99 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 47 假定 3 间接法求效率 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 48 变压器效率的大小与负载的大小 功率因数及变压器本身参数有关 效率特性 在功率因数一定时 变压器的效率与负载电流之间的关系 f 称为变压器的效率特性 轻载 负载较大 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 49 当铜损耗 铁损耗 可变损耗 不变损耗 时 变压器效率最大 或 为了提高变压器的运行效益 设计时应使变压器的铁耗小些 变压器长期工作在额定电压下 但不可能长期满载运行 为了提高运行效率 设计时取 m 0 4 0 6 P0 PkN 3 6 我国新S9系列配电变压器pkN P0 6 7 5 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 50 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 51 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 52 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 53 单相变压器要点 变压器基本工作原理变压器的额定值变压器磁路中的主 漏磁通铁心饱和时的励磁电流成分电势平衡 磁势平衡 功率平衡变压器的电抗参数 分析时和磁通对应 变压器的主要性能指标 电压变化率和效率 标幺值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 54 3 8三相变压器磁路 联结组 电动势波形 一 三相变压器磁路系统 1 组式磁路变压器 特点 三相磁路彼此无关联 各相的励磁电流在数值上完全相等 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 55 组式应用 三相组式变压器优点是 对特大容量的变压器制造容易 备用量小 但其铁芯用料多 占地面积大 只适用于超高压 特大容量的场合 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 56 2 心式磁路变压器 特点 三相磁路彼此有关联 磁路长度不等 当外加三相对称电压时 三相磁通对称 三相磁通之和等于零 在结构上省去中间的芯柱 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 57 心式应用 节省材料 体积小 效率高 维护方便 大 中 小容量的变压器广泛用于电力系统中 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 58 二 联接组别 一 联结法 绕组标记 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 59 或者有的记法 绕组标记 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 60 两种三相绕组接线 星形联结 三角形联结 1 星形联结 把三相绕组的三个末端连在一起 而把它们的首端引出三个末端连接在一起形成中性点 如果将中性点引出 就形成了三相四线制了 表示为YN或yn 顺时针方向 A超前B超前C各120 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 61 2 三角形联结 把一相的末端和另一相的首端连接起来 顺序连接成一闭合电路 两种接法 AX BY CZ AX CZ BY 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 62 绕组接法表示 Y y或YN y或Y yn Y d或YN d D y或D yn D d高压绕组接法大写 低压绕组接法小写 字母N n是星形接法的中点引出标志 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 63 二 联结组 变压器的同一相高 低压绕组都是绕在同一铁芯柱上 并被同一主磁通链绕 当主磁通交变时 在高 低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系 1 高低压绕组中电势的相位 同名端决于绕组的绕制方向 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 64 2 同名端 在任一瞬间 高压绕组的某一端的电位为正时 低压绕组也有一端的电位为正 这两个绕组间同极性的一端称为同名端 记作 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 65 一 二次绕组的同极性端同标志时 一 二次绕组的电动势同相位 一 二次绕组的同极性端异标志时 一 二次绕组的电动势反相位 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 66 3 时钟表示法 高压绕组线电势 长针 永远指向 12 点钟低压绕组线电势 短针 根据高 低压绕组线电势之间的相位指向不同的钟点 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 67 例如单相变压器 I I表示初级 次级都是单相绕组0和6表示联结组号 单相变压器的标准连接组I I0 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 68 三 三相变压器的连接组别 联结组别 反映三相变压器连接方式及一 二次线电动势 或线电压 的相位关系 三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关 而且还与三相绕组的连接方式有关 理论和实践证明 无论采用怎样的连接方式 一 二次侧线电动势 电压 的相位差总是30 的整数倍 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 69 根据三相变压器绕组联结方式 Y或y D或d 画出高 低压绕组接线图 在接线图上标出相电势和线电势的假定正方向 画出高压绕组电势相量图 根据单相变压器判断同一相的相电势方法 将A a重合 再画出低压绕组的电势相量图 画相量图时应注意三相量按顺相序画 根据高 低压绕组线电势相位差 确定联结组别的标号 确定三相变压器联结组别的步骤 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 70 1 Yy0 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 71 2 Yy6 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 72 3 Yy4 注意abc顺序错过一个铁心柱 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 73 Yy总结Yy联结的三相变压器 共有Yy0 Yy4 Yy8 Yy6 Yy10 Yy2六种联结组别 标号为偶数 若高压绕组三相标志不变 低压绕组三相标志依次后移 可以得到Yy4 Yy8连接组别 若异名端在对应端 可得到Yy6 Yy10和Yy2连接组别 我国标准规定生产 Yyn0 YNy0 Yy0 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 74 4 Yd1 30 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 75 5 Yd5 A C B cx zb ay 150 ab X Y Z 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 76 6 Yd11 A C B cx bz ay ab X Y Z 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 77 Yd联结组别总结 Yd联结的三相变压器 共有Yd1 Yd5 Yd9 Yd7 Yd11 Yd3六种联结组别 标号为奇数 若高压绕组三相标志不变 低压绕组三相标志依次后移 可以得到Y d3 Y d7连接组别 若异名端在对应端 可得到Y d5 Y d9和Y d11连接组别 我国标准规定生产 Yd11 YNd11 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 78 例1 将变压器接成联接组标号Dy1 并画电动势相量图 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 79 例1 将变压器接成联接组标号Dy1 并画电动势相量图 a 初级 接AX CZ BY联结 AB AB BY 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 80 c 画出低压侧电势相量 并使 ab滞后EAB30 同时画出 ax by cz 相序原则顺时针a b c d 由相量图知 ax与 AX同向 表明次级ax绕组与初级AX绕组在同一铁心柱上 且a与A为同极性端 同理by与BY同相 cz与CZ同相 e 将次级x y z连在一起 接成Y形 x y z 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 81 例2将变压器接成联接组标号为Dy1 画电动势相量图 a 初级 接AX BY CZ联结 b 画初级电势相量 并标上AX BY CZ AB 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 82 c 画出初级电势相量 使 ab滞后 AB30 同时画 ax by cz 相序顺时针a b c d 由相量图知 AX与 by反向 表明次级AX绕组与初级by绕组在同一铁心柱上 且A与y为同极性端 同理BY与cz反相 CZ与ax反相 e 将次级x y z连在一起 接成Y形 x y z 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 83 例3变压器绕组如图 画出电动势相量图 判断联接组别 1 画出一次绕组的相量图 2 判断相位关系 3 依据相序的原则 画二次绕组相量图 并判断联接组标号 D y11 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 84 练习 变压器绕组如图 画电动势相量图 判断联接组标号 ax与BY同相by与CZ同相cz与AX同相 Y d3 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 85 用相量图判定变压器的连接组别时应注意 绕组的极性只表示绕组的绕法 与绕组的首 末端标志无关 高 低压绕组的相电动势均从首端指向末端 线电动势由A指向B 同一铁心柱上的绕组 首端为同极性时相电动势相位相同 首端为异极性时相电动势相位相反 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 86 所有Yy 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 87 所有Yd 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 88 标准联结组别 为了避免制造和使用上的混乱 国家标准规定对单相双绕组电力变压器只有II0联结组别一种 对三相双绕组电力变压器规定只有Yyn0 Yd11 YNd11 YNy0和Yy0五种 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 89 标准组别的应用 Yyn0 三相四线制配电系统中 供电给动力和照明的混合负载 Yd11 低压高于0 4kV的线路中 YNd11 110kV以上的中性点需接地的高压线路中 YNy0 原边需接地的系统中 Yy0 供电给三相动力负载的线路中 最常用 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 90 3 8 3三相变压器的绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响 分析单相变压器空载 由于磁路饱和 磁化电流是尖顶波 分解为基波分量和三次谐波 其他奇次谐波忽略 在三相变压器中 各相励磁电流中的3次谐波可表示为 同幅值 同相位 i03A I03msin3wti03B I03msin3 wt 1200 I03msin3wti03C I03msin3 wt 1200 I03msin3wt 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 91 问题1 在三相系统中 各相三次谐波电流在时间上同相位 是否流通 在三相变压器中 由于一次侧三相绕组的连接方法不同 空载电流中的3次谐波分量不一定能流通 这使主磁通与相电势波形畸变 并且这种畸变的程度不仅与绕组的连接方式有关 还与三相变压器的磁路系统有关 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 92 i0有无i03 看电路连接中有无i03通路 绕组连接方式 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 93 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 94 问题2 在三相系统中 三次谐波磁通在时间上同相位 是否流通 三次谐波磁通流通受磁路结构限制 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 95 一 三相变压器Y y连接 一次侧Y无中性线 三次谐波电流无法流通 i0接近于正弦波 0平顶波 磁路结构 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 96 三相组式变压器 各磁路独立 3可以在铁心中存在 所以 为平顶波 感应电动势e为尖顶波 其中的三次谐波幅值可达基波幅值的45 60 使相电动势的最大值升高很多 可能击穿绕组绝缘 1 三相变压器组 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 97 三相组式变压器不采用Y y连接 三相线电势中 3互相抵消 线电势为正弦波 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 98 2 三相心式变压器 各磁路彼此联系 3A 3B 3C三相同大小 同相位 不能沿铁心闭合 借油 油壁箱等闭合 磁阻大 3小 故E3小 相电势 线电势波性接近于正弦波 三相心式变压器允许采用Yy联结 容量大于1600kVA时 不宜采用心式Yy连接 3次谐波磁通经过油箱壁等钢制构件时 感应电动势 产生涡流杂散损耗 引起油箱壁局部过热 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 99 二 三相变压器YN y连接 有中线 i03可以流过 i0为尖顶波 磁通 为正弦波感应电动势e也为正弦波 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 100 三 Yyn连接的三相变压器 使相电动势波形得到改善 但是由于负载的影响 产生i23不能很大 所以相电动势波形不能得到很好改善 这种情况基本与Y y连接一样 只适用于容量较小的三相心式变压器 而组式变压器仍然不采用 二次侧yn接线 负载时可以为3次谐波提供通路 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 101 四 必须接成Y y联接的大容量变压器 对于采用三相变压器组的大容量变压器 如果一 二次侧又必须接成Y y联接 可在铁芯柱上另外安装一套第三绕组 把它接成三角形 以提供3次谐波电流通道改善电动势波形 如果需要第三绕组供给负载 就将其端点引出 这种变压器实为三绕组变压器 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 102 五 三相变压器组Dy Yd连接 各相绕组中i0是尖顶波 线电流中没有3次谐波电流 但在绕组内部3次谐波电流可以流通 i03可流通 及e均为正弦波 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 103 i0总非正弦 0接近正弦 e正弦 二次侧三次谐波电流i03可流通 一次侧正弦i0 结论 实际三相变压器 总希望有一侧为 保证相电势接近于正弦波 三相变压器组或三相心式变压器都适用 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 104 3 9变压器并联运行 变压器的并联运行是指将两台或两台以上的变压器的原 副绕组同一标号的出线端连在一起接到母线上的运行方式 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 105 一 变压器并联运行的意义 1 适应用电量的增加 随着负载的发展 必须相应地增加变压器容量及台数 2 提高运行效率 当负载随着季节或昼夜有较大的变化时 根据需要调节投入变压器的台数 3 提高供电可靠性 允许其中部分变压器由于检修或故障退出并联 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 106 二 理想的并联运行 内部不会产生环流 空载时 各变压器的相应的次级电压必须相等且同相位 使全部装置容量获得最大程度的应用 在有负载时 各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例 各变压器均可同时达到满载状态 每台变压器所分担的负载电流均为最小 各变压器的负载电流都应同相位 则总的负载电流是各负载电流的代数和 当总的负载电流为一定值时 每台变压器的铜耗为最小 运行经济 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 107 三 理想并联运行的条件 各台变压器的U1N U2N应分别相等 即变比相同 各台变压器的联结组标号应相同 必须严格保证 各台变压器的短路阻抗Zk 短路电压 要相等 例 Dy11 Yd11联结组标号相同 联结法不同 能并联运行 若联结组标号不同 如分别为2 5 不能并联运行 会产生环流 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 108 1 变比不等时并联运行 变比不等的两台变压器并联运行时 二次空载电压不等 折算到二次侧的等效电路如图 ZKI ZKII为折算至二次侧的短路阻抗 由等效电路列方程式 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 109 环流 大小相等 方向相反 负载电流 与短路阻抗成反比分配 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 110 与负载大小无关 空载时 两台变压器内部也会出现环流 增大了空载损耗 变压器的短路阻抗zk zk 很小 即使开路电压差很小 也会引起较大的环流 环流未通过负载 却占用了变压器的容量 影响变压器出力和效率 所以应把环流限制在一定范围内 一般要求环流不超过额定电流的10 则变比之差不超过1 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 111 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 112 2 联结组别不同时的变压器并联运行 两台联结组别分别为Yy0和Yd11的变压器 它们并联运行时二次侧相量图如图 二次侧线电势相等 但相位互差30 二次侧回路存在电压差为 图3 38Yy0和Yd11两变压器并联时二次侧电压相量 一 二次侧线电压的相位不同 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 113 由于短路阻抗很小 假设zk zk 0 05 产生的环流为 变比k相等 可见 环流是额定电流的好几倍 非常大 这是决不允许的所以变压器并联运行时 联结组别一定要相同 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 114 3 短路阻抗标幺值不等时的并联运行 假设并联运行的变压器变比相等 联结组号相同 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 115 在电流相位相同的情况下 各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比 短路阻抗标幺值大的变压器负担的负载电流标幺值小 短路阻抗标幺值小的变压器负担的负载电流标幺值大 如果短路阻抗的标幺值相等 则各变压器同时达到满载 如果不相等 则短路阻抗标么值小的变压器先达到满载 理想的负载分配 按变压器的容量大小分担负载 应使各台变压器的负载系数相等 要求短路阻抗标值相等 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 116 总结 实际并联运行时 变压器的联结组号必须相同变比偏差要严格控制短路阻抗的标幺值不要相差太大 要使负载电流同相 阻抗角应相等 允许有一定的差别 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 117 四 推广到n台变压器并联 假定变比 组号相同 总负载电流 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 118 变压器负载电流 功率分配关系 复数运算麻烦 利用 取绝对值 两边乘以 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 119 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 120 各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比 与短路电压成反比 如果各变压器的短路电压都相同 则变压器的负载分配只与额定容量成正比 各变压器可同时达到满载 总的装置容量得到充分利用 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 121 例1 有两台额定电压相同的变压器并联运行 其额定容量分别为 短路阻抗为 不计阻抗角的差别 试计算 1 两台变压器电压比相差0 5 时的空载环流 2 若一台变压器为Y y0联接 另一台为Y d11联结 问并联时的空载环流 解 以一台变压器的额定容量作为基值 在电压比相差不大时 可以证明 以第一台变压器的额定电流作为基值时 环流的标幺值为 式中 k为平均电压比 为电压比差的标幺值 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 122 于是 即环流为第I台变压器额定电流的3 86 2 上式中的 实质是空载时第一台变压器和第二台变压器的二次电压差 当Y y0与Y d11并联时 二次空载电压的大小相等 但相位差30度 其电压差 于是环流为 即空载环流达到变压器额定电流的4倍 故不同组号的变压器绝对不允许并联运行 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 123 例2 上例的两台变压器 若组号和电压比均相同 试计算并联组的最大容量 解 阻抗标幺值小的先达到满载 第一台变压器的阻抗标幺值小 故先达到满载 当时 不计阻抗角的差别时 两台变压器所组成的并联组的最大容量为 并联组的利用率为 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 124 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 125 3 10三相变压器的不对称运行 不对称运行状态的主要原因 外施电压不对称 三相电流也不对称 各相负载阻抗不对称 当初级外施电压对称 三相电流不对称 不对称的三相电流流经变压器 导致各相阻抗压降不相等 从而次级电压也不对称 外施电压和负载阻抗均不对称 从而造成三相电流不对称 即各相电流 或电压 电势 大小有可能不同 相位也不依差120 谓之不对称情况 分析方法 三相变压器对称运行 转化为单向问题来处理 三相变压器不对称运行 用对称分量法和叠加原理 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 126 原则 把一组不对称三相相量分解为三个对称三相相量之和 一 三组三相对称相量 复数算子 ej120 e j240 cos120 jsin120 2 ej240 e j120 3 ej360 ej0 1 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 127 1 正序分量 正序系统 三相系统大小相等 相位依次为A B C差120 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 128 2 负序分量 负序系统 三相系统大小相等 相位依次为A C B差120 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 129 3 零序分量 零序系统 三相系统大小相等 相位均相同 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 130 二 三组对称分量相加得到一个不对称的三相正弦量系统 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 131 三 一个不对称的三相正弦量系统可分解为三组对称分量 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 132 3 10 2三相变压器各相序的等效电路 前述分析变压器时均是假定电源和负载为三相对称系统 也即正序系统 所以变压器的正序阻抗Z 就是变压器的短路阻抗 即Z ZK 1 正序阻抗和等效电路 正序阻抗 正序电流所遇到的阻抗 相序为 等效电路 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 133 2 负序阻抗和等效电路 负序阻抗 负序电流所遇到的阻抗 相序为 等效电路 负序系统的电磁本质与正序系统相同 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 134 一 磁路结构对零序励磁阻抗的影响 零序阻抗 零序电流所遇到的阻抗 等效电路 由零序电流本身特点 其产生零序磁通与线圈的连接方式和铁心结构有关 漏磁通仅与各相绕组自身交链而与其它绕组无关 各相绕组的电阻和漏电抗与电流的相序无关 与正序时一样 零序激磁阻抗Zm0与磁路的结构有关 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 135 各相磁路独立 三相零序电流产生的三相同相位的零序磁通可沿各相自己的铁心闭合 其磁路为主磁路 因此零序激磁阻抗与正序激磁阻抗相同 组式变压器 心式变压器 很小 且 各相磁路互相关联 三相零序磁通不能沿铁心闭合 只能沿油箱壁闭合 其磁阻大 因而零序激磁阻抗Zm0比较小 接近Zk的大小 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 136 零序电流在变压器绕组中的流通 零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关 Y接法中三相同相位的零序电流无法流通 Y接法的一侧电路应是开路 即从该侧看进去零序阻抗Z0 YN接法可以沿中线流通 零序等效电路中YN一侧应为通路 D接法线电流不能流通零序电流 但其闭合回路能为零序电流提供通路 如果另一方有零序电流 通过感应也会在D接法绕组中产生零序电流 在零序等效电路中 D连接一侧相当于变压器内部短接 但从外部看进去应是开路 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 137 Y dY y 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 138 YN d和D yn接法 如YN yn中有零序电流 d D中也感应零序电流 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 139 YN y和Y yn接法 当YN yn中有零序电流 y Y中也不会有零序电流 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 140 YN d接法的零序阻抗是一很小的阻抗 电源有较小的UA0 会引起较大的零序电流 导致变压器过热 应有保护措施监视中线电流 1 YN d接法的零序等效电路 初级 次级侧均能流通零序电流 但不能流向次级侧负载电路 d连接是闭合绕组 等效电路的次级侧为短路 二 不同联接组对零序等效电路的影响 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 141 2 Y yn接法的零序等效电路 零序电流由次级侧有中线电流引起初级侧无零序电流 但感应零序 相 电势 有较大零序阻抗 如果Z0较大 较小的中线电流会造成相电压较大的不对称 其不对称的程度还与变压器的磁路有关 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 142 3 10 3Yyn联结三相变压器的单相负载运行 单相运行是不对称运行中的一种特殊情况 例如 三相电流中要照明 只用其中一相 分析 根据不对称条件 列端点方程 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 143 正序分量 零序分量 负序分量 1 不对称三相电流 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 144 2 对称的一次侧三相电压 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 145 二 相序电路 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 146 Y yn单相负载时零序励磁阻抗Zm0对负载电流影响 三相变压器组 负载阻抗ZL 0 单相短路 其短路电流IK大约只有正序励磁电流的三倍 三相心式变压器中 Zm0要小得多 负载电流的大小 主要由负载阻抗ZL的大小来决定 可以带一单相负载 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 147 3 10 4中性点移动 1 中性点移动定义 单相负载时 二次侧相电压的中点相对与对称三相电源相电压的中点移动了Ia0Zm0 这种现象称中点移动 a相单相负载时 引起中点移动 使a相电压降低 降低了a相单相负载能力 而b c相电压升高 2 中点移动的原因 二次侧有正序 负序 零序电流 一次侧因没有中线 只有正序 负序电流 零序励磁电动势 一二次侧零序电动势 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 148 电压中性点移动 带负载相电压降低了 另外两相的电压受到危险的过电压 这是应该避免的现象 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 149 3 12三绕组变压器 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 150 一 用途 变压器每相有高 中 低压三个绕组 套在同一铁心柱上 其中一个绕组接电源 另外两个绕组便有两个等级的电压输出 这种变压器用于需要2种不同电压等级的负载 发电厂和变电所通常出现3种不同等级的电压 所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 151 二 绕组的布置和额定容量 三绕组降压变压器 高压绕组都放在最外面 中压侧绕组放在中间 低压绕组靠近铁心柱 三绕组升压变压器 高压绕组都放在最外面 中压绕组靠近铁心柱 低压绕组放在中间 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 152 2 额定容量 额定容量是指容量最大绕组容量三绕组变压器的容量配合 表中容量的配合关系 指各绕组传递功率的能力 2020年1月14日星期二 电机学 第三章变压器 1