第6章特殊变压器.doc

第6章 特殊变压器内容本章介绍电力系统中常用的几种特殊变压器，包括三绕组变压器、自耦变压器、分裂变压器及电压、电流互感器。重点介绍它们的用途、结构特点及性能特点。要求 掌握三绕组变压器的用途、结构特点、三绕组的容量配合及参数测定方法。 掌握自耦变压器的用途、结构特点、一、二次侧的容量关系及优缺点。 掌握分裂变压器的用途、结构特点、运行方式、特殊参数及主要优点。 掌握电压互感器和电流互感器的用途、工作原理、产生误差的原因及使用注意事项。*6.1 三绕组变压器三绕组变压器的每一相都有三个绕组，分别是高压绕组、中压绕组和低压绕组。在发电厂和变电所中，常需要把三个不同电压等级的输电系统连接起来，为了经济起见，此时可不用两台双绕组变压器，而采用一台三绕组变压器来实现。例如，采用三绕组变压器，将两台发电机分别接到三绕组变压器的两个低压绕组，电能则从高压绕组传送给电网；有时由于输电距离的不同，发电厂发出的电能需要由两种不同的电压等级输出，这时也可用一台三绕组变压器来实现。下面对三绕组变压器的主要特点进行介绍。 一、结构与联结组别(a) 升压变压器 (b) 降压变压器 图6.1.1 三绕组变压器的绕组排列图三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个铁心柱上套装高、中、低压三个同心绕组。三个绕组的排列位置既要考虑绝缘方便，又要考虑功率的传递方向。从绝缘上考虑，高压绕组不宜靠近铁心，因而总是放在最外层。从功率传递方向考虑，相互间传递功率较多的绕组应靠得近些。如发电厂里的升压变压器，是把发电机发出的低压功率传递到高压和中压电网，因此把低压绕组放在中间层，中压绕组放在内层，如图6.1.1（a）所示。而变电站里的降压变压器，多是把高压电网的功率传递到中压和低压电网，因此把中压绕组放在中间层，把低压绕组放在内层，如图6.1.1（b）所示。国家标准规定，三相三绕组变压器的标准联结组别有两种，分别是YN,yn0,d11和YN,yn0,y0。二、额定容量与容量配合在双绕组变压器中，额定容量既是一次绕组的容量，也是二次绕组的容量，即一、二次绕组的容量是相等的。而在三绕组变压器中，三个绕组的容量可能相等，也可能不等，其中把最大的绕组容量定义为三绕组变压器的额定容量。表6.1.1 三绕组额定容量配合关系高压绕组中压绕组低压绕组1001001001005010010010050国家标准规定，三绕组变压器三个绕组之间的容量配合有三种情况，如表6.1.1所示。表中用数字100表示变压器的额定容量，50表示额定容量的50%。因此，第一种配合说明三个绕组的容量均为额定容量，这种配合主要用于升压变压器；第二种配合说明高、低压绕组的容量为额定容量，中压绕组容量为额定容量的50%；第三种配合说明高、中压绕组的容量为额定容量，低压绕组容量为额定容量的50%。应当注意，这三种配合是指三个绕组额定容量之间的关系，并不是实际运行时的功率传输关系。实际运行时，一个绕组的输入功率等于两个绕组的输出功率之和，或两个绕组的输入功率之和等于一个绕组的输出功率。在实际应用中，选择哪种容量配合的三绕组变压器，要根据各绕组负载大小决定。例如，当中压侧负载为额定容量的80%，低压侧负载为额定容量的40%时，应选择表6.1.1中的第三种配合。三、变比与磁通图6.1.2 三绕组变压器原理示意图设三绕组变压器的高压绕组1接电源，中压绕组2和低压绕组3接负载，其原理示意图如图6.1.2所示。三绕组变压器有三个变比，分别为高、中压绕组变比；高、低压绕组变比；中、低压绕组变比。即 （6.1.1）三绕组变压器的磁通也可以分为主磁通和漏磁通。主磁通是指与三个绕组同时交链的磁通，由三个绕组磁动势共同建立，经铁心磁路闭合，相应的励磁阻抗随铁心饱和程度而变化。漏磁通是指只交链一个或两个绕组的磁通，前者叫自漏磁通，后者叫互漏磁通。自漏磁通由一个绕组本身的磁动势产生，互漏磁通由它所交链的两个绕组的合成磁动势产生。漏磁通主要通过空气或油而闭合，相应的漏抗为常值。主磁通和漏磁通在三个绕组中分别产生主电动势和漏电动势，其中漏电动势以漏抗压降来处理。 四、磁动势平衡方程式与等效电路三绕组变压器负载运行时的磁动势平衡方程式为 （6.1.2）当把中压绕组2和低压绕组3折算到高压绕组1后，可得 （6.1.3）式中，为中压绕组2的电流折算值；为低压绕组3的电流折算值。由于空载电流很小，可忽略不计，则 （6.1.4）或 （6.1.5）图6.1.3 三绕组变压器的等效电路将中、低压绕组折算到高压绕组后，可得到三绕组变压器的等效电路，如图6.1.3所示，若忽略励磁电流（励磁支路开路），可得到简化等效电路。需要注意的是：三绕组变压器等效电路中的、是等效漏电抗，它与自漏磁通和互漏磁通相对应。而双绕组变压器等效电路中的、是漏电抗，它只与自漏磁通相对应。式（6.1.5）表明，一次绕组电流为二、三次绕组电流的相量和。由于二、三次绕组电流不一定同相，而且不会同时达到满载，所以一次绕组容量总是小于二、三次绕组容量的代数和。因此，用一台三绕组变压器来代替两台双绕组变压器，一次绕组的用铜量减少。由等效电路可知，一次侧的漏阻抗压降会直接影响二、三次侧的主电动势，进而影响二、三次侧的端电压。故当二次侧负载发生变化时（使一次侧漏阻抗压降发生变化），不仅影响本侧端电压，而且还会影响三次侧的端电压。同理，三次侧负载发生变化时，也会影响二次侧的端电压。 五、参数测定三绕组变压器的短路参数也可以通过短路试验测取。不过由于三绕组变压器有三个绕组，短路试验必须分三次进行。第一次短路实验，如图6.1.4（a）所示，绕组1加电压,绕组2短路，绕组3开路，可测得 （6.1.6） 第二次短路实验，如图6.1.4（b）所示，绕组1加电压，绕组3短路，绕组2开路，可测得 （6.1.7） 第三次短路实验，如图6.1.4（c）所示，绕组2加电压，绕组3短路，绕组1开路，可测得 （6.1.8）(a)9a0(b)(c)图6.1.4 三绕组变压器的短路试验在第一次和第二次试验中，电压加在绕组1上，所测量到的是折算到绕组1的短路阻抗。但在第三次试验中，电压加在绕组2上，测量到的电阻及电抗是折算到绕组2的数值。因此必须乘以，把它折算到绕组1，即，。将式（6.1.6）、（6.1.7）、（6.1.8）联立求解，可得 （6.1.9）三个绕组在铁心上的排列方式，将影响彼此间漏磁通大小，从而影响彼此间漏电抗的大小。对于降压变压器，中压绕组放在中间，高、低压绕组距离最大，漏磁通最多，因此最大，约为与之和。由式(6.1.9)可以看出，二次绕组的等效漏电抗最小。对于升压变压器，低压绕组放在中间，高、中压绕组距离最大，漏磁通最多，因此最大，约为与之和。由式(6.1.9)可以看出，第三绕组的等效漏电抗最小。也就是说，位于中间层的绕组等效漏电抗最小。 6.2 自耦变压器一、 结构特点与用途普通双绕组变压器一、二次绕组是两个分离的电路，二者之间只有磁的耦合，没有电的直接联系。而自耦变压器的结构特点是低压绕组为高压绕组的一部分，因此自耦变压器一、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。图6.2.1所示为单相降压自耦变压器，U1U2为一次绕组，匝数为；u1u2为二次绕组，匝数为。因为u1u2绕组既是二次绕组又是一次绕组的一部分，故又称为公共绕组；U1u1绕组匝数为-，称为串联绕组。自耦变压器也可看成是从双绕组变压器演变而来的，把双绕组变压器的一、二次绕组顺向串联作高压绕组，其二次绕组作低压绕组，就成为一台自耦变压器了。在电力系统中，自耦变压器主要用来连接两个电压等级相近的电力网，作为两个电网的联络变压器；在实验室中常采用二次侧有滑动触头的自耦变压器作为调压器；另外，当异步电动机或同步电动机需降压起动时，也常用自耦变压器进行降压起动。(a) 结构示意图 (b) 原理接线图 图6.2.1 降压自耦变压器二、基本电磁关系1电压关系自耦变压器也是利用电磁感应原理工作的。当一次绕组施加交变电压时，铁心中产生交变磁通，并分别在一、二次绕组中产生感应电动势，若忽略一、二次绕组的漏阻抗压降，则有 （6.2.1）自耦变压器的变比为 （6.2.2）自耦变压器的变比一般在1.52范围内。2电流关系与双绕组变压器一样，自耦变压器负载时的合成磁动势等于空载时的磁动势。负载时串联绕组U1u1的磁动势为，公共绕组u1u2的磁动势为；而空载磁动势为。因此，自耦变压器的磁动势平衡关系为 += 即 （6.2.3）若忽略空载电流，则 （6.2.4）或 (6.2.5)二次绕组（公共绕组）中的电流为 （6.2.6）式(6.2.5)和式（6.2.6）说明，与反相位，与同相位。因此，在图6.2.1(b)所示参考方向下,、之间的大小关系为 （6.2.7）可见，自耦变压器的输出电流由两部分组成，其中公共绕组电流是通过电磁感应作用在低压侧产生的，称为感应电流；串联绕组电流是由于高、低压绕组之间有电的连接，从高压侧直接流入低压侧的，称为传导电流。3容量关系变压器的额定容量(铭牌容量)是由绕组容量（又称电磁容量或设计容量）决定的。普通双绕组变压器的一、二次绕组之间只有磁的联系，功率的传递全靠电磁感应，所以普通双绕组变压器的额定容量等于一次绕组或二次绕组的容量。自耦变压器则不同，一、二次绕组之间既有磁的联系又有电的联系。从一次侧到二次侧的功率传递，一部分是通过电磁感应，一部分是直接传导，二者之和是铭牌上标注的额定容量。自耦变压器的额定容量(铭牌容量)是指输入容量或输出容量,二者相等，为 （6.2.8）自耦变压器的绕组容量（电磁容量）是指串联绕组或公共绕组的容量。串联绕组U1u1的容量为 （6.2.9）公共绕组u1u2的容量为 （6.2.10）从以上二式可见，自耦变压器的绕组容量（电磁容量）是额定容量的倍。由于，因此自耦变压器的绕组容量小于额定容量。自耦变压器输出容量可表示为 =+ （6.2.11）可见，自耦变压器的输出容量由两部分组成，其中,=为电磁容量，是通过电磁感应作用从一次侧传递给二次侧负载的，这与双绕组变压器传递方式相同。=为传导容量，是由电源经串联绕组直接传导给二次侧负载的，这是双绕组变压器所没有的。三、自耦变压器的优、缺点1自耦变压器的优点（1）节省材料变压器的重量和尺寸是由绕组容量决定的。与同容量双绕组变压器相比，由于自耦变压器有一部分传导容量，所以它的绕组容量相应减少，因而材料较省，尺寸较小，造价较低。由于自耦变压器的绕组容量为额定容量的倍，愈接近1，愈小，绕组容量愈小，这一优点愈突出。（2）效率较高与同容量双绕组变压器相比，由于自耦变压器所用有效材料（硅钢片和铜材）较少，所以自耦变压器的铜损耗和铁损耗相应较少，因此效率较高。 2. 自耦变压器的缺点（1）由于自耦变压器一、二次绕组之间有电的连接，当一次侧发生过电压时，必然导致二次侧过电压，这将危及用电设备安全。使用时需要使中性点可靠接地，且一、二次侧均需装设避雷器。（2）自耦变压器的短路阻抗标么值比同容量的双绕组变压器小，其短路电流较大。为了提高自耦变压器承受短路电流的能力，需采用相应的保护措施。*6.3 分裂变压器一、 结构特点与用途1结构特点分裂变压器的结构特殊，种类较多，本节仅介绍大型发电厂常用的双分裂绕组变压器。双分裂绕组变压器（简称分裂变压器），通常是把低压绕组分裂成在电路上彼此分离，在磁路上具有松散磁耦合的两个绕组。这两个分裂绕组结构相同、容量相等，而且两个绕组容量之和等于高压绕组（不分裂绕组）的额定容量，即分裂变压器的额定容量。这两个分裂绕组的额定电压可以相等，也可以不等（但必须相近）。它们可以单独运行，也可以同时运行，当电压相等时还可以并联运行。图6.3.1所示为单相双分裂绕组变压器，高压绕组1由两个并联绕组而成，但并非是分裂绕组，出线端为U1、U2；低压绕组2、3为分裂成的两个分裂绕组，出线端分别为u11、u21和u12、u22。(a) 结构示意图 (b) 原理接线图图6.3.1 单相双分裂绕组变压器套在不同铁心柱上的两个绕组磁耦合较松散，漏磁通较多，其短路阻抗较大；同心套在同一铁心柱上的两个绕组磁耦合较紧密，漏磁通较少，其短路阻抗较小。分裂变压器要求绕组之间应具有以下特点：两个分裂绕组之间要有较大的短路阻抗；分裂绕组与不分裂绕组之间要有较小的短路阻抗，且相等。因此，将两个分裂绕组分别套在两个铁心柱上，使其具有较大的短路阻抗；将高压绕组的两个并联绕组分别与两个低压分裂绕组套在同一铁心柱上，使它们的短路阻抗较小，且相等。2用途分裂变压器主要应用在大型发电厂中，其应用分两种情况：一是作为厂用变压器，向两段独立的厂用电母线供电，如图6.3.2(a)所示；二是作为输电变压器，即两台发电机共用一台分裂变压器向电网输送电能，如图6.3.2(b)所示。 (a) 一台分裂变压器向 (b) 两台发电机共用一台 两段厂用电母线供电 分裂变压器向电网输电 图 6.3.2 分裂变压器的应用示意图 以上两种应用情况为什么采用分裂变压器呢？这是因为分裂变压器具有一个主要特点，就是各绕组之间具有较大的短路阻抗，当发生短路故障时，它可以有效地限制短路电流。而且当一个分裂绕组出线端发生短路时，另一个分裂绕组出线端仍能维持较高的电压，从而可以保证供电的可靠性。二、 运行方式与特殊参数 1穿越运行及穿越阻抗当低压的两个分裂绕组并联成一个绕组对高压绕组运行时，称为穿越运行。此时高、低压绕组之间的短路阻抗称为穿越阻抗，用表示，它就是普通双绕组变压器的短路阻抗。2半穿越运行及半穿越阻抗当低压的一个分裂绕组对高压绕组运行（另一个分裂绕组开路）时，称为半穿越运行。此时高、低压绕组之间的短路阻抗称为半穿越阻抗，用表示。3分裂运行及分裂阻抗高压绕组开路，低压的一个分裂绕组对另一个分裂绕组运行时，称为分裂运行。此时两个分裂绕组之间的短路阻抗（折算到高压侧）称为分裂阻抗，用表示。4分裂系数分裂阻抗与穿越阻抗之比称为分裂系数。即 （6.3.1）它是分裂变压器的基本参数之一，既用来定性分析分裂变压器的特性，又作为设计指标，在很大程度上决定着变压器的结构和性能。我国生产的三相分裂变压器，通常。三、等效电路双分裂绕组变压器实质上是三绕组变压器，因此与普通三绕组变压器有相同的等效电路，只是对其有特殊要求，采用了特殊的绕组布置方式，有不同的阻抗参数而已。图6.3.3所示为其简化等效电路，其中，为高压绕组1的等效漏阻抗， 、分别为分裂绕组2、3折算到高压侧的等效漏阻抗。图6.3.3 双分裂变压器的简化等效电路参见式（6.1.9），可得 （6.3.1）式中，为绕组3开路，绕组1对2的短路阻抗；为绕组2开路，绕组1对3的短路阻抗；为绕组1开路，绕组2对3的短路阻抗折算到绕组1的值。以上参数形式上与三绕组变压器相同，但数值上却不同，分裂变压器参数大小由运行方式决定。根据分裂变压器的结构特点可知=，；根据阻抗定义可知=。于是，由式（6.3.1）可得 （6.3.2）由于，并联值/=，故穿越阻抗为 （6.3.3）即 （6.3.4）式（6.3.2）、式（6.3.4）给出了等效电路中的参数与、的关系，即 （6.3.5）由此可见，分裂变压器等效电路各参数可由分裂系数和穿越阻抗求得。其中，可通过短路试验测取；在设计时选取。可在04之间取值，其大小与两个分裂绕组的相互位置有关，反映了两个分裂绕组的磁耦合程度。若=0，=0，等效电路如图6.3.4(a)所示。此时，表明两个分裂绕组2、3之间的磁耦合最紧密。这种情况下，如果分裂变压器的任何一个二次侧发生短路，则另一个二次侧端电压也将降为零，这就违背了采用分裂变压器的目的，因此是不可取的。(a) kf = 0 (b) kf = 4图6.3.4 不同kf值时分裂变压器的简化等效电路当=4时，=2，等效电路如图6.3.4(b)所示。此时分裂阻抗（最大），表明两个分裂绕组2、3之间的磁耦合最弱。这时分裂变压器的运行特性最为理想，犹如两台互不影响的独立变压器在运行。绕组2的负载变化只会引起绕组2本身的端电压变化，而对绕组3的端电压没有影响。反之亦然（这是普通三绕组变压器所不具备的）。而且限制短路电流的效果也是理想的。但是要使，制造上是不能实现的，因此设计时取接近于理想情况。例如取=3.5左右。四、主要优点为了简便，不妨以=3.5为例来说明分裂变压器的优点。当=3.5时，由式（6.3.5）可求得，=1.75；而，。可见，分裂阻抗和半穿越阻抗均比一般用途变压器的短路阻抗大，因此分裂变压器具有以下主要优点。 1可以降低短路电流 分裂变压器作为厂用电变压器对两段母线供电时，如图6.3.2(a)所示，当一个分裂绕组的出线端发生短路故障时，由电网供给的短路电流经过半穿越阻抗，比普通变压器短路阻抗大，所以电网供给的短路电流会得到有效限制。而由未发生故障的另一分裂绕组供给短路点的反馈电流经过的阻抗为分裂阻抗更大，所以两个分裂绕组之间的短路电流也得到了有效限制。短路电流的减小，也降低了对母线、断路器等电气设备的要求。2可以提高供电可靠性当一个分裂绕组发生短路故障时，另一个分裂绕组仍能保持有较高的电压（又称残余电压），可以保证非故障母线上的电气设备能够正常运行，从而提高了厂用电的供电可靠性。例如，当绕组3发生短路时，如图6.3.5所示，如果略去，并略去各阻抗的相角差，则可计算出残余电压的大小为图6.3.5 残余电压=即使分裂系数取较小值=3，未短路绕组2的残余电压也能达到额定电压的86。通常发电厂要求残余电压不低于65额定电压，因此，分裂变压器可以大大提高厂用电的可靠性。6.4 互感器 互感器是在电气测量中经常使用的一种特殊变压器，分电压互感器和电流互感器两种，它们的工作原理与变压器相同。使用互感器有两个目的：一是为了用小量程的电压表和电流表测量高电压和大电流；二是为了使测量回路与高压线路隔离，以保障工作人员和测试设备的安全。互感器的主要性能指标是测量精度，影响测量精度的重要因素是互感器的线性度，即一、二次测电压或电流的线性程度。为了保证测量精度，通常互感器靠采用不同于普通变压器的特殊结构来保证线性度。下面分别介绍电压互感器、电流互感器的工作原理以及提高测量精度的措施。 一、电压互感器1工作原理图6.4.1 电压互感器原理图电压互感器一次绕组匝数多，二次绕组匝数少。图6.4.1是电压互感器的工作原理图。一次绕组并接到被测量的高电压线路上，二次绕组接电压表或功率表的电压线圈。由于电压表的阻抗很大，所以电压互感器工作时，相当于降压变压器的空载运行状态。如果忽略很小的漏阻抗压降，则一、二次电压与匝数成正比，即 （6.4.1）或 （6.4.2）式中，称为电压变比。可见，将二次侧电压表读数乘上，就是被测高电压的数值。通常将电压表的表盘按来刻度，这样可以直接读出被测电压的数值。电压互感器二次侧额定电压都统一设计成100V，而一次侧可以有几个抽头，便于根据被测线路电压大小，选取适当的电压变比。2电压互感器的误差电压互感器有两种误差，一种是变比误差，其定义为 （6.4.3）另一种是相角误差，就是一、二次电压之间的相位差。励磁电流和一、二次侧的漏阻抗压降是产生这两种误差的主要原因。为了减小误差，在设计电压互感器时，应尽量减小励磁电流和漏阻抗值。因此 电压互感器的铁心大都采用导磁性能好，铁耗小的硅钢片；工作点的磁通密度设计的比较低，一般低于0.60.8T，使磁路处于不饱和状态；在加工时尽可能减小磁路间隙，以减小励磁电流，绕组装配尽量紧凑、均匀，以减小绕组间的漏磁通和漏电抗；适当采用较粗导线，以减小绕组电阻。电压互感器所能并接的仪表数量要受额定容量的限制。如有超过，则过大的负载电流将引起较大的漏阻抗压降，难以保证测量精度。电压互感器的准确度级别有0.2、0.5、1.0和3.0四级。如0.5级的电压互感器，表示在额定电压时的最大误差不超过0.5%。实验室精密测量可采用0.2级的电压互感器；发电厂和变电所的盘式仪表一般配用0.5或1.0级的电压互感器；用于计量电能的电能表可选用0.5级的电压互感器；3.0级电压互感器用于一般测量和继电保护电路中。 3使用电压互感器应注意的问题（1）电压互感器二次侧严禁短路，否则将产生很大的短路电流，绕组将因过热而烧毁。为防止二次侧短路，电压互感器一、二次回路中应串接熔断器。（2）电压互感器的二次绕组连同铁心一起必须可靠接地，以防止绕组绝缘损坏时，高电压侵入低压回路，危及人身和设备的安全。二、电流互感器1工作原理图6.4.2 电流互感器原理图电流互感器的一次绕组匝数很少，一般只有一匝或几匝，二次绕组匝数很多。图6.4.2是电流互感器的工作原理图。一次绕组串联在被测量的大电流线路中，二次绕组接电流表或功率表的电流线圈。由于电流表的阻抗很小，所以电流互感器工作时，相当于变压器的短路运行状态。如果忽略很小的励磁电流，则一、二次电流与匝数成反比，即 （6.4.4）或 （6.4.5）式中，称为电流变比。可见，将二次侧电流表读数乘上，就是被测大电流的数值。通常将电流表的表盘按来刻度，这样可以直接读出被测电流的数值。电流互感器二次侧额定电流通常设计成5A或1A。 2电流互感器的误差电流互感器也有变比误差和相角误差，变比误差的定义为 （6.4.6）相角误差是一、二次电流之间的相位差。这两种误差产生的原因是由于励磁电流和一、二次侧的漏阻抗压降以及仪表的阻抗所引起的。为了减小误差，在设计电流互感器时，也应尽量减小励磁电流和漏阻抗值。由于励磁电流是一次侧电流（被测电流）的一部份，它对误差的影响较大，所以电流互感器铁心的磁通密度取得更低，一般为0.080.1T，以尽量减小励磁电流。从使用角度看，二次侧所接负载（串联的仪表数量）不能超过互感器的额定容量，否则，随着串联仪表数量的增多，电流互感器的二次侧端电压将增大，不再是短路状态，一次侧端电压也增大，从而使励磁电流增大，将影响测量精度。使用时所串接仪表的总阻抗不得大于规定值。另外，当选择大容量电流互感器来测量小电流时，误差也会增大，所以不应使电流互感器的一次侧工作电流小于其额定电流的1/3。电流互感器的准确度等级分为0.2、0.5、1、3、10五级。0.2级电流互感器适用于实验室的精密测量；0.5、1级适用于发电厂和变电所的盘式仪表；3、10级适用于一般测量和继电保护装置。 3使用电流互感器应注意的问题（1）二次侧绝对不允许开路。如果二次侧开路，电流互感器处于空载运行状态，此时一次侧被测线路大电流全部成为励磁电流，使铁心磁通密度大大增加。这一方面使铁心严重饱和，铁耗急剧增加，引起铁心严重过热。另一方面将在匝数很多的二次绕组中感应出很高电压，不但会使绝缘击穿，而且还危及操作人员和其它设备的安全。因此，严禁在电流互感器的二次回路中安装保险丝；运行中需要更换测量仪表时，应先把二次绕组短路后才能更换仪表。（2）二次绕组及铁心也必须可靠接地，以防止绝缘击穿后，一次侧高电压危机二次侧回路的设备及操作人员的安全。小 结本章讨论了电力系统中使用的几种特殊变压器，它们是三绕组变压器、自耦变压器、分裂变压器、电压互感器和电流互感器。这些变压器的工作原理与普通双绕组变压器基本相同。本章的主要知识点有： 一、三绕组变压器1. 三绕组变压器的每个铁心柱上套装着高、中、低压三个同心绕组。为了绝缘方便，总是把高压绕组放在最外层。从功率传递考虑，作升压变压器运行时，把低压绕组放在中间层，中压绕组放在内层；而作降压变压器运行时，则把中压绕组放在中间层，低压绕组放在内层。2三绕组变压器主要应用发电厂或变电所中，用来把三个不同电压等级的电网联系起来。国家标准规定，三相三绕组变压器的标准联结组别有两种，分别是YN,yn0,d11和YN,yn0,y0。3三绕组变压器的高、中、低压绕组额定容量比例关系有三种：；。其中1表示额定容量，即最大的绕组容量。实际运行时，一个绕组的输入功率等于其它两个绕组输出功率之和，或两个绕组的输入功率之和等于一个绕组的输出功率。4三绕组变压器主磁通是指同时交链三个绕组的磁通；漏磁通是指只交链一个或两个绕组的磁通，前者叫自漏磁通，后者叫互漏磁通。三绕组变压器等效电路中的等效漏电抗、分别与自漏磁通和互漏磁通相对应。三绕组变压器的漏阻抗需要通过三次短路试验测得。5三个绕组在铁心上的排列位置影响各绕组之间的漏磁通大小，从而影响各绕组之间的漏电抗大小。中间层绕组与内、外层两个绕组之间的漏电抗较小，而最外层与最里层绕组之间的漏电抗最大。在等效电抗、中，对应于中间层绕组的的等效电抗最小。6. 三绕组变压器的一次电流同时受二、三次绕组电流的影响；一次漏阻抗压降直接影响二、三次侧的端电压。故二次某侧负载发生变化，不仅影响本侧端电压，还会影响另一侧端电压。或者说，二次某侧端电压大小不仅受本侧负载的影响，而且还受另侧负载的影响。二、自耦变压器1自耦变压器的低压绕组是高压绕组的一部分，因此一、二次绕组之间既有磁耦合，又有电联系。2自耦变压器在电力系统中用来连接两个电压等级相近的电力网，在实验室中可作调压器用，它也是异步电动机的降压起动设备。3自耦变压器的绕组容量（电磁容量）为额定容量的倍，它是通过电磁感应作用从一次侧传递给二次侧的；传导容量为额定容量的倍，它是由电源经串联绕组直接传导给二次侧的。二者之和为自耦变压器的额定容量。4与同容量双绕组变压器相比，由于自耦变压器有较小的绕组容量，因而具有尺寸小、节省材料，损耗较少，效率较高等优点。变比愈接近1，绕组容量愈小，其优点愈突出。5由于自耦变压器一、二次绕组之间有电的连接，所以当一次侧发生过电压时，必然导致二次侧过电压，这将危及用电设备安全。自耦变压器的短路阻抗标么值较普通变压器小，其短路电流较大，这是其缺点。三、分裂变压器1分裂变压器是具有特殊结构的三绕组变压器，主要应用在大型发电厂中，作为厂用变压器对两段独立的厂用电母线供电；或两台发电机共用一台分裂变压器向电网输送电能。2分裂变压器的高压绕组（不分裂绕组）由两个并联线圈组成，低压绕组为两个分裂绕组,分别与高压绕组的一个并联线圈同心套在一个铁心柱上。高压绕组与两个分裂低压绕组磁耦合紧密，漏磁通小，漏电抗较小；而两分裂绕组之间磁耦合较松散，漏磁通多，漏电抗较大。3两个低压分裂绕组的特点是：电路上彼此分离，磁路上只有松散的耦合；二者结构相同、容量相等，均为高压绕组容量（额定容量）的一半；二者额定电压可以相等，也可以相近；它们可以单独运行，也可以同时运行，当电压相等时还可以并联运行。4.分裂变压器的运行方式有三种： 低压的两个分裂绕组并联后对高压绕组运行称为穿越运行，此时变压器的短路阻抗称为穿越阻抗。低压的一个分裂绕组对高压绕组运行称为半穿越运行，此时的短路阻抗称为半穿越阻抗。低压的两个分裂绕组之间运行称为分裂运行，此时的短路阻抗称为分裂阻抗。分裂阻抗与穿越阻抗之比称为分裂系数。它是分裂变压器的重要参数，通常。5双分裂绕组变压器的等效电路与三绕组变压器相同，各参数关系为：，=，6分裂变压器的优点：由于分裂变压器有较大的分裂阻抗和半穿越阻抗，因此可以有效地限制两个分裂绕组之间，以及高压绕组与低压各分裂绕组之间的短路电流。另外，当低压侧的一个分裂绕组出线端发生短路时，另一分裂绕组出线端能够保持较高的残余电压，因此分裂变压器能够保障厂用电的供电可靠性。四、互感器 1.互感器是电气测量中经常使用的一种特殊变压器，分电压互感器和电流互感器。使用互感器可以实现用小量程的电压表和电流表来测量高电压和大电流；同时将测量回路与高压线路隔离，保障工作人员和测试设备的安全。2电压互感器的一次绕组匝数多，二次绕组匝数少，工作时相当于降压变压器的空载运行状态。电压互感器二次侧电压表读数乘上其变比，就得到被测高电压的数值。电压互感器二次侧额定电压都统一设计成100V。3电流互感器的一次绕组一般只有一匝或几匝，二次绕组匝数很多，工作时相当于变压器的短路运行状态。电流互感器二次侧电流表读数乘上其变比，就得到被测大电流的数值。电流互感器二次侧额定电流通常设计成5A或1A。4互感器存在变比误差和相角误差，主要是由它的励磁电流和漏阻抗压降引起的。电压互感器的准确度分四个等级：0.2、0.5、1.0和3.0。电流互感器的准确度分五个等级：0.2、0.5、1、3和10。5使用互感器应注意的问题：电压互感器二次侧严禁短路，电流互感器二次侧严禁开路，互感器二次绕组及铁心必须可靠接地。思考题与习题6.1 三绕组变压器的绕组排列应遵循哪些原则？它们是如何排列的？不同排列方式对变压器的漏电抗参数有何影响？6.2 三绕组变压器的额定容量是如何定义的，三个绕组的容量有哪几种配合方式？实际运行时三个绕组传输的功率关系如何？6.3 三绕组变压器中的漏磁通与双绕组变压器中的漏磁通有何不同？6.4 三绕组变压器的短路阻抗参数是如何测定的？6.5 一台三绕组变压器作降压变压器运行，中、低压绕组均带负载，当中压绕组输出电流增大时，试分析低压绕组端电压将如何变化？6.6 自耦变压器的结构特点是什么？它有何优点？适用在什么场合下使用？6.7 自耦变压器的功率是如何传递的？为什么它的设计容量比额定容量小？6.8 分裂变压器的结构特点是什么？与三绕组变压器有何不同？6.9 分裂变压器有哪些运行方式和特殊参数？它们是如何定义的？6.10 试从物理意义分析分裂变压器的分裂阻抗较同容量普通变压器短路阻抗大的原因。6.11 简述电压互感器和电流互感器的用途与结构特点。 6.12为什么说电压互感器运行时近似于变压器的空载