第三章三相变压器及其并联运行

1、第三章三相变压器及其并联运行 第三章第三章 三相变压器及其并联运行三相变压器及其并联运行 第一节第一节 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 第二节第二节 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别 第三节第三节 变压器的并联运行变压器的并联运行 第四节第四节 变压器的使用、维护及常变压器的使用、维护及常 见故障处理方法见故障处理方法 第五节第五节 变压器的经济运行变压器的经济运行 第三章三相变压器及其并联运行 第一节第一节 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 特点特点： （1 1）各相磁路各自独立，互不关联；各相磁路各自独立，互不关联； （2 2）当变压器外施电源电压对称时，三相磁通

2、是）当变压器外施电源电压对称时，三相磁通是 对称的；对称的； （3 3）三相空载电流也是对称的。）三相空载电流也是对称的。 一、三相组式变压器一、三相组式变压器 由三台完全相同的单由三台完全相同的单 相变压器按星形（相变压器按星形（Y Y）或三）或三 角形（角形（D D）绕组连接而成。）绕组连接而成。 第三章三相变压器及其并联运行 第一节第一节 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 a b c 图图3.2 三相芯式变压器的磁路系统三相芯式变压器的磁路系统 A C B B C A =0 ABC 二、三相芯式变压器二、三相芯式变压器 三相芯式变压器是由三相组式变压器演变而来的。三相芯式变压器是

3、由三相组式变压器演变而来的。 由于三相磁通对称，其中间铁芯柱磁通相量为零由于三相磁通对称，其中间铁芯柱磁通相量为零 （三相磁通之和），因此可省去中间铁芯柱，再将（三相磁通之和），因此可省去中间铁芯柱，再将 三个铁芯柱安排在同一平面上。三个铁芯柱安排在同一平面上。 第三章三相变压器及其并联运行 a b c 图图3.2 三相芯式变压器的磁路系统三相芯式变压器的磁路系统 A C B B C A =0 ABC 特点：特点： （1 1）各相磁路彼此关联，每相磁通都要通过另外各相磁路彼此关联，每相磁通都要通过另外 两相闭合。两相闭合。 （2 2）当变压器外施电源电压对称时，三相磁通是）当变压器外施电源电压

4、对称时，三相磁通是 对称的；对称的； （3 3）三相空载电流也是对称的。）三相空载电流也是对称的。 第三章三相变压器及其并联运行 第二节第二节 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别 作用：连接组别用来反映变压器高、低压侧绕作用：连接组别用来反映变压器高、低压侧绕 组的连接方式，以及高、低压侧绕组对应线电势的组的连接方式，以及高、低压侧绕组对应线电势的 相位关系。相位关系。 绕组采用不同的连接方式，变压器的高、低压绕组采用不同的连接方式，变压器的高、低压 侧对应线电势（或电压）的相位关系会不同。侧对应线电势（或电压）的相位关系会不同。 一、同极性端（同名端）一、同极性端（同名端） 同极性端同

5、极性端定义：定义：同极性端是指交链同一磁通的同极性端是指交链同一磁通的 两个绕组瞬时极性相同的端子，用符号两个绕组瞬时极性相同的端子，用符号“* *”标出。标出。 未标注的两个端子也是同极性端。未标注的两个端子也是同极性端。 第三章三相变压器及其并联运行 同极性端确定方法：先假设磁通方向，母指指向同极性端确定方法：先假设磁通方向，母指指向 磁通方向，右手顺着绕组绕向握进去的两个绕组的对磁通方向，右手顺着绕组绕向握进去的两个绕组的对 应端子就是同名端。应端子就是同名端。 可见，同极性端反映了两个绕组的相对绕向。可见，同极性端反映了两个绕组的相对绕向。 图图3-3 3-3 同极性端的确定和电势相位

6、关系同极性端的确定和电势相位关系 * * (a) * * (b)(c) (d) * * 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 第三章三相变压器及其并联运行 由前可知，从星端指向非星端，高、低压绕组由前可知，从星端指向非星端，高、低压绕组 的电势的电势 、 都滞后磁通都滞后磁通 9090，所以，所以 、 始终同始终同 相位，如图相位，如图3-3(c)3-3(c)所示。所示。 若不画具体绕组，也可直接确定出、同相位，若不画具体绕组，也可直接确定出、同相位， 如图如图3-33-3（d d）所示。）所示。 图图3-3 3-3 同极性端的确定和电势相位关系同极性端的确定和电势相

7、位关系 * * (a) * * (b)(c) (d) * * 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 1 E 2 E 第三章三相变压器及其并联运行 二、绕组首末端标志和同极性端对两绕组电二、绕组首末端标志和同极性端对两绕组电 势相位关系的影响势相位关系的影响 1 1、 绕组首末端标志绕组首末端标志 线圈名称线圈名称 单相变压器单相变压器三三 相相 变变 压压 器器 首端首端末端末端首端首端末端末端中点中点 高压绕组高压绕组A AX XA A、B B、C CX X、Y Y、Z ZN N 低压绕组低压绕组a ax xa a、b b、c cx x、y y、z

8、zn n 规定：绕组相电势的正方向从首端指向末端。规定：绕组相电势的正方向从首端指向末端。 如高压如高压A A相绕组相电势的正方向从相绕组相电势的正方向从A A指向指向X X，相电势表，相电势表 示为，简写为。示为，简写为。 第三章三相变压器及其并联运行 2 2、绕组相电动势的表示方法、绕组相电动势的表示方法 正方向：正方向： 高压绕组高压绕组 首端首端A A、B B、C C 末端末端X X、Y Y、Z Z。 低压绕组低压绕组 首端首端a a、b b、c c 末端末端x x、y y、z z。 符符 号：号： 高压绕组高压绕组 、 、 或或 、 、 低压绕组低压绕组 、 、 或或 、 、 AX

9、E BY E CZ E A E B E C E ax E yb E cz E a E b E c E 第三章三相变压器及其并联运行 * (a) (b) 图图3-4 3-4 绕组首端是同极性端时电势相位关系绕组首端是同极性端时电势相位关系 A X a x A E 1 E 2 E a E A EE 1 a EE 2 把交链同一磁通的高、把交链同一磁通的高、 低压绕组标注成首端低压绕组标注成首端 是同极性端形式是同极性端形式 * (a)(b) 图图3-5 3-5 绕组首端是异极性端时电势相位关系绕组首端是异极性端时电势相位关系 A X A E 1 E A EE 1 2 E a E 2 E a E x

10、 a 把交链同一磁通的高、把交链同一磁通的高、 低压绕组标注成首端低压绕组标注成首端 是异极性端形式是异极性端形式 3 3、同极性端对两绕组电势相位关系的影响、同极性端对两绕组电势相位关系的影响 第三章三相变压器及其并联运行 重要结论重要结论 对于交链同一磁通的两个绕组：对于交链同一磁通的两个绕组： （1）首端是同极性端时，两个绕组的电势同相位；）首端是同极性端时，两个绕组的电势同相位； （2）首端是异极性端时，两个绕组的电势反相位。）首端是异极性端时，两个绕组的电势反相位。 第三章三相变压器及其并联运行 三、三相变压器高、低压绕组的连接方法三、三相变压器高、低压绕组的连接方法 1 1、星形（

11、、星形（Y Y） 图图3-6 3-6 三相绕组三相绕组Y Y形接线图和电动势相量图形接线图和电动势相量图 EAEBEC EABEBC A B C ECA XZY EABEBC B AC ZX Y ECA EA EC EB BAAB EEE CBBC EEE ACCA EEE 以高压侧为例，以高压侧为例， Y Y形连接是将三相绕组的尾端形连接是将三相绕组的尾端X X、 Y Y、Z Z连接在一起，而把它们的三个首端连接在一起，而把它们的三个首端A A、B B、C C分别分别 引出。引出。 第三章三相变压器及其并联运行 三相绕组有中性线的三相绕组有中性线的Y Y形接线图和电动势相量图形接线图和电动势

12、相量图 EAEBEC EABEBC A B C ECA XZY EABEBC B AC ZX Y ECA EA EC EB N 第三章三相变压器及其并联运行 2 2、三角形（、三角形（D D） D D连接是将三相绕组的首尾端顺次连接成闭合回路。连接是将三相绕组的首尾端顺次连接成闭合回路。 D D形连接分为顺接和倒接两种接法。形连接分为顺接和倒接两种接法。 顺接是顺着电动势正方向按顺接是顺着电动势正方向按ax-by-czax-by-cz的顺序连接的顺序连接 Ec Eab ac xyz b Ebc Eca Ebc =Eb Eab=Ea b,x z,a c,y Eca=Ec EaEb （a）顺接法）

13、顺接法 aab EE bc EEb cca EE 第三章三相变压器及其并联运行 b b 倒接法倒接法 xyz b Ebc Eca b,z a,y Eb c,x Ec Ea Eab =-Eb EaEbEc Eab acbab EE cbc EE aca EE 倒接是逆电动势正方向，按倒接是逆电动势正方向，按xa-yb-zcxa-yb-zc的顺序连接的顺序连接 目前，新国标只有顺连接。目前，新国标只有顺连接。 第三章三相变压器及其并联运行 四、三相变压器连接组别的确定四、三相变压器连接组别的确定 连接组别用来反映变压器高、低压侧绕组的连接连接组别用来反映变压器高、低压侧绕组的连接 方式，以及高、低

14、压侧绕组对应线电势的相位关系。方式，以及高、低压侧绕组对应线电势的相位关系。 基本的三相连接方式有：基本的三相连接方式有： Y,yY,y连接连接 Y,dY,d连接连接 D,yD,y连接连接 D,dD,d连接连接 由于变压器高、低压绕组对应线电势之间的相位由于变压器高、低压绕组对应线电势之间的相位 差总是差总是3030的倍数，所以常用的倍数，所以常用“时钟表示法时钟表示法”来表示来表示 其相位关系。其相位关系。 第三章三相变压器及其并联运行 1. 时钟表示法时钟表示法 概念：把高压绕组的线电势相量作为时钟的长概念：把高压绕组的线电势相量作为时钟的长 针（分针），固定指向针（分针），固定指向“12

15、12”点，对应的低压绕组线点，对应的低压绕组线 电势相量作为时钟的短针（时针），其所指的钟点电势相量作为时钟的短针（时针），其所指的钟点 数就是变压器的连接组别号。数就是变压器的连接组别号。 例如：例如：Y,d5Y,d5表示三相变压器的高压绕组按星形表示三相变压器的高压绕组按星形 连接，低压绕组按三角形连接，低压绕组线电势滞连接，低压绕组按三角形连接，低压绕组线电势滞 后对应的高压绕组线电势后对应的高压绕组线电势 。 思考：如果思考：如果 指向时钟的指向时钟的“1212”点，请问点，请问 指向时钟的几点？试画出向量图来说明。指向时钟的几点？试画出向量图来说明。 150305 AB E ab E

16、 第三章三相变压器及其并联运行 2. 2. 三相变压器连接组别的确定三相变压器连接组别的确定 第一步，在绕组连接图中标出高、低压侧绕组相电动第一步，在绕组连接图中标出高、低压侧绕组相电动 势的正方向；势的正方向； 第二步，作出高压侧的电动势相量图，将相量图的第二步，作出高压侧的电动势相量图，将相量图的B B 点放在钟面的点放在钟面的“1212”处，处，A A、B B、C C按顺时针方向排列；按顺时针方向排列； 第三步，将第三步，将a a点与点与A A点重合；点重合； 第四步，以高压侧电动势相量为参考，根据同名端的第四步，以高压侧电动势相量为参考，根据同名端的 定义，高、低压侧同一铁芯柱上绕组的

17、相电动势之间的相定义，高、低压侧同一铁芯柱上绕组的相电动势之间的相 位关系要么同相，要么反相），从而确定低压侧相电动势位关系要么同相，要么反相），从而确定低压侧相电动势 的位置，作出低压侧的电动势相量图；的位置，作出低压侧的电动势相量图； 第五步，以第五步，以 为长针、为长针、 为短针确定连接组别号。为短针确定连接组别号。 AB E ab E 第三章三相变压器及其并联运行 C/c xyz z x y 图图3-8 Y,y03-8 Y,y0或或Y,y12Y,y12连接组连接组 (b) A * * * * BC abc XYZ (a) A E B E C E a E b E B A C XY Z a

18、 c b c E c E b E a E A E B E C E AB E AB E ab E ab E 时钟时钟 1212点或点或0 0点点 顺顺 时时 针针 A/a B/b 第三章三相变压器及其并联运行 xyz (b)(b) b c X A E B E C E b E Y Z c E c E b E a E A E B E C E AB E AB E ab E ab E 时钟时钟 1212点或点或0 0点点 图图3-9 Y,y63-9 Y,y6连接组连接组 A * * * * BC abc XY Z (a) A a a E B C C/c A/a B/b 时钟时钟6 6点点 顺顺 时时 针

19、针 第三章三相变压器及其并联运行 ab E 图图3-10 Y,d113-10 Y,d11连接组连接组 (a) A * * * BC abc X YZ (b)(b) B AC XY Z a c b x y z x y z A E B E A E B E C E C E c E b E a E a E b E b E c E 时钟时钟 1212点或点或0 0点点 时钟时钟 1111点点 C C/c A/a B/b 顺顺 时时 针针 AB E AB E ab E 第三章三相变压器及其并联运行 综上所述，三相变压器的连接组别与高、低压综上所述，三相变压器的连接组别与高、低压 绕组的连接方式、绕组的绕向

20、及端头标志有关。改绕组的连接方式、绕组的绕向及端头标志有关。改 变其中任意一个因素，都将影响变压器的连接组别。变其中任意一个因素，都将影响变压器的连接组别。 三相变压器连接组别的数字共三相变压器连接组别的数字共1212个，即：个，即： （1 1）当高低压绕组连接方式相同时，连接组别）当高低压绕组连接方式相同时，连接组别 数字必定为偶数数字必定为偶数, ,即即0 0、2 2、4 4、6 6、8 8、1010； （2 2）高低压绕组连接方式不同时，连接组别数）高低压绕组连接方式不同时，连接组别数 字必定为奇数，即字必定为奇数，即1 1、3 3、5 5、7 7、9 9、1111。 第三章三相变压器及

21、其并联运行 为了使用和制造上的方便，我国国家标准只生为了使用和制造上的方便，我国国家标准只生 产下列五种标准连接组别的变压器，即：产下列五种标准连接组别的变压器，即： Y,yn0Y,yn0；Y,d11Y,d11；YN,d11YN,d11；YN,y0YN,y0；Y,y0Y,y0 其中以前三种最为常用。其中以前三种最为常用。 Y,yn0Y,yn0连接组的低压侧可引出中性线，成为三相连接组的低压侧可引出中性线，成为三相 四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。 Y,d11Y,d11连接组用于低压侧超过连接组用于低压侧超过400V400V的线路中。的

22、线路中。 YN,d11YN,d11连接组主要用于高压输电线路中，使电连接组主要用于高压输电线路中，使电 力系统的高压侧中性点有可能接地。力系统的高压侧中性点有可能接地。 对于单相变压器，标准连接组别为对于单相变压器，标准连接组别为I,I0I,I0。 第三章三相变压器及其并联运行 B C a b c KKK A 第三节第三节 变压器的并联运行变压器的并联运行 变压器的并联运行是指将两台或两台以上的变压变压器的并联运行是指将两台或两台以上的变压 器原、副边分别接在公共母线，共同向负载供电的运器原、副边分别接在公共母线，共同向负载供电的运 行方式，如图行方式，如图3-113-11所示。所示。 (a)

23、(a) 电 源负 载 图图3.11 3.11 三相变压器的并联运行接线图三相变压器的并联运行接线图 (a)(a)三相接线图；三相接线图；(b)(b)单线图单线图 (b)(b) 第三章三相变压器及其并联运行 并联运行的优点：并联运行的优点： （1 1）提高了供电的可靠性。并联运行时，如果某）提高了供电的可靠性。并联运行时，如果某 台变压器发生故障或需要检修时，可以将它从电网切台变压器发生故障或需要检修时，可以将它从电网切 除，而不中断向重要用户供电。除，而不中断向重要用户供电。 （2 2）可以根据负载的大小调整投入并联运行变压）可以根据负载的大小调整投入并联运行变压 器的台数，以提高运行效率。器

24、的台数，以提高运行效率。 （3 3）可以减少备用容量，并可随着用电量的增加，）可以减少备用容量，并可随着用电量的增加， 分期分批地安装新的变压器，以减少初期投资。分期分批地安装新的变压器，以减少初期投资。 并联变压器的台数不宜太多，否则总的设备费用、并联变压器的台数不宜太多，否则总的设备费用、 材料消耗、占地面积都将增大，使变电站总的造价升材料消耗、占地面积都将增大，使变电站总的造价升 高，通常为两台并联运行。高，通常为两台并联运行。 第三章三相变压器及其并联运行 变压器并联运行时必须满足一定的条件，若不满足变压器并联运行时必须满足一定的条件，若不满足 这些条件将对变压器本身和电力系统产生不良

25、影响。这些条件将对变压器本身和电力系统产生不良影响。 一、理想的并联运行条件一、理想的并联运行条件 1. 1. 理想的并联运行状态理想的并联运行状态 1 1）空载运行时，各变压器副边绕组之间没有环流。）空载运行时，各变压器副边绕组之间没有环流。 因为环流会使损耗增加，而且还占用设备容量。因为环流会使损耗增加，而且还占用设备容量。 2 2）负载运行时，各变压器的负载系数相等。即各）负载运行时，各变压器的负载系数相等。即各 变压器所带负载的大小与各自的容量成正比，使各台变变压器所带负载的大小与各自的容量成正比，使各台变 压器的容量都能得到充分利用。压器的容量都能得到充分利用。 3 3）负载运行时，

26、各变压器对应相的电流相位相同，）负载运行时，各变压器对应相的电流相位相同， 这样总负载电流等于各变压器负载电流的代数和。这样总负载电流等于各变压器负载电流的代数和。 第三章三相变压器及其并联运行 2. 2. 理想的并联运行条件理想的并联运行条件 1 1）各变压器的原、副边的额定电压分别相等，即）各变压器的原、副边的额定电压分别相等，即 变比相等；变比相等； 2 2）各变压器的连接组别相同；）各变压器的连接组别相同； 3 3）各变压器的短路电压（短路阻抗标么值）相等，）各变压器的短路电压（短路阻抗标么值）相等， 且短路阻抗角也相等。且短路阻抗角也相等。 由式（由式（2-282-28）可知，并联变

27、压器短路电压相等，也）可知，并联变压器短路电压相等，也 就意谓着短路阻抗的相对值也相等，我们称该相对值为就意谓着短路阻抗的相对值也相等，我们称该相对值为 短路阻抗的标幺值，用短路阻抗的标幺值，用 表示。表示。 100100 100100 1 111 1 1 * % k N k NN k N kN N kN k Z Z Z IU Z U ZI U U u k Z 第三章三相变压器及其并联运行 二、不满足并联条件时的运行分析二、不满足并联条件时的运行分析 1. 1. 变比不等时的情况变比不等时的情况 图图3-12 3-12 两台变压器并联运行时电路连接图两台变压器并联运行时电路连接图 变压器变压器

28、 负负 载载 变压器变压器 AB U AB U abI U abII U 图中，若两变压器连接组别相同，但变比图中，若两变压器连接组别相同，但变比 ， 则并联前副边电压则并联前副边电压 ，并联运行后，副边回路，并联运行后，副边回路 电压和不等于零，变压器之间会产生环流。电压和不等于零，变压器之间会产生环流。 kk abIIabI UU 第三章三相变压器及其并联运行 显然，变比差值越大，环流越大。为保证空载运显然，变比差值越大，环流越大。为保证空载运 行时环流不超过额定电流的行时环流不超过额定电流的10%10%，则变比差，则变比差 1 III III kk kk k 2. 2. 连接组别不同时的

29、情况连接组别不同时的情况 连接组别不同的变压器，即连接组别不同的变压器，即 使原、副边额定电压相同，如果使原、副边额定电压相同，如果 并联运行，则由连接组别分析可并联运行，则由连接组别分析可 知，副边电压相量差至少知，副边电压相量差至少 （Y,y0Y,y0和和Y,d11Y,d11并联），此时副并联），此时副 边线电压差为边线电压差为 30 U20bU20a U2 图图3-13 Y,y03-13 Y,y0和和Y,d11Y,d11并并 联时副边电压差并联联时副边电压差并联 30 202020202 518. 0 2 30 sin2UUUUU aba 第三章三相变压器及其并联运行 20 20 202

30、02 5180 2 30 2 U U UUU a ba . sin 30 U20bU20a U2 图图3-13 Y,y03-13 Y,y0和和Y,d11Y,d11并并 联时副边电压差并联联时副边电压差并联 由于变压器的短路阻抗很小，这么大的电压差所由于变压器的短路阻抗很小，这么大的电压差所 引起的环流，将超过额定电流的许多倍，将烧坏变压引起的环流，将超过额定电流的许多倍，将烧坏变压 器的绕组。器的绕组。 因此，连接组别不同的变压器绝对不能并联运行。因此，连接组别不同的变压器绝对不能并联运行。 第三章三相变压器及其并联运行 3. 3.短路电压不等时的情况短路电压不等时的情况 两台变压器变比和连接

31、组别都相同时，并联运行两台变压器变比和连接组别都相同时，并联运行 时的等效电路如下图所示（忽略励磁支路）。时的等效电路如下图所示（忽略励磁支路）。 图图3.14 3.14 两台变压器并联运行时的等效电路两台变压器并联运行时的等效电路 1 U a kI Z I I kII Z II I b I L Z 2 U 第三章三相变压器及其并联运行 kIIIIkIIab ZIZIU NII N NII kIIII NI N NI kII I U I ZI I U I ZI % kIIIIkII uu 式中：式中： 为变压器为变压器的负载系数的负载系数 为变压器为变压器的负载系数的负载系数 NIINIII

32、SSII NIIIINIIIIII SSII 变压器所分担的负载大小与其短路电压成反比变压器所分担的负载大小与其短路电压成反比. . (1) (1) 若两台变压器短路电压相等，则两台变压器若两台变压器短路电压相等，则两台变压器 负载系数相等，一台变压器达到额定负载时，另一台负载系数相等，一台变压器达到额定负载时，另一台 变压器也达到额定负载。变压器也达到额定负载。 (2) (2) 若两台变压器短路电压不相等，则两台变压若两台变压器短路电压不相等，则两台变压 器负载系数不相等，当短路电压小的变压器达到额定器负载系数不相等，当短路电压小的变压器达到额定 负载时，短路电压大的变压器则欠载运行，设备容量负载时，短路电压大的变压器则欠载运行，设备容量 不能得到充分利用。不能得到充分利用。 第三章三相变压器及其并联运行 由于由于 ，若两台变压器短路阻抗角相等，若两台变压器短路阻抗角相等， 即即 ，则，则 、 同相位，同相位