第4章 变压器的运行

1、4.1 变压器的运行特性,4.2 变压器的并联运行,4.3 变压器空载合闸电流,4.4 变压器的突然短路,内容,要求,掌握电压变化率定义及参数表达式、负载性质不同时的外特性特点。 掌握变压器的损耗、效率计算式、取得最大效率的条件。 掌握并联运行条件、条件不满足时产生的后果、并联运行负载分配计算。 理解空载合闸瞬态过程、空载合闸过电流产生的原因及其影响。 理解突然短路瞬态过程、突然短路电流大小及对变压器的影响。,4.1 变压器的运行特性,一、电压变化率和外特性,1. 电压变化率,从空载到负载时二次侧电压变化的百分值：,这是定义表达式，下面利用变压器的简化相量图求出其参数表达式。,称为负载系数。,

2、电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一，它的大小反映了变压器供电电压的稳定性。,电力变压器的额定电压变化率在5%左右。,2. 外特性,（1）电阻负载,即端电压随负载增加而下降。,（2）感性负载,即端电压随负载增加而下降，且比电阻负载时要下降的多。,（3）容性负载,即容性负载时端电压随负载增加可能上升。,通常电力变压器的负载为感性负载，所以变压器的外特性以曲线2为代表。,3.电压调整,为保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节二次电压。,分接开关有两种形式： （1）在断电情况下进行调节，称为无载分接开关，这种调压方式称

3、为无励磁调压； （2）在带负荷情况下进行调节，称为有载分接开关，这种调压方式称为有载调压。,中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN 5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头。,二、损耗、效率及效率特性,1. 变压器的损耗,由于铜耗随负载电流平方关系而变化，故铜耗称为可变损耗。,故铁耗称为不变损耗。,铁耗,铜耗,为额定铜耗,变压器的总损耗为,效率是表征变压器运行性能的重要指标，反映变压器运行时经济性能的好坏。,2. 变压器的效率,指变压器的输出功率与输入功率的比值：,中、小型电力变压器额定效率在95%以上，大型电力变压器额定效率达99%以上。,3. 变压器的效率特性,效率特性曲线形状解释：

4、,令 ，可求得变压器达到最高效率的条件：,即当铁耗（不变损耗）等于铜耗（可变损耗）时，变压器的效率最高。,最高效率时的负载系数,变压器的最高效率：,所以，一般电力变压器的额定效率并非是最高效率，而运行在（0.50.7）倍额定负载时才具有最高效率。,例4.1.1,4.2 变压器的并联运行,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。,一、并联运行的优点,(1)可以提高供电的可靠性：其中一台发生故障时，其余变压器可继续供电。,(2)可以提高供电的经济性：可根据负载大小变化，随时调整投入并联台数。,(3)可以减少备用容量和初次投资：可随负荷不断增加

5、，分期安装变压器。,二、并联运行的理想条件,并联运行的理想情况是：,（1）空载时各变压器绕组之间无环流；否则将增加绕组铜损耗。,（2）负载时各变压器的负载系数相等；“大马拉大车、小马拉小车”，充分利用。,（3）负载时各变压器的输出电流同相位。总的输出电流最大。,（3）短路阻抗标么值相等，短路阻抗角也相等。,为了实现上述理想情况，变压器并联运行的理想条件是：各变压器的,实际并联时，第（2）条必须满足，（1）（3）两条允许稍有偏差。,（1）额定电压相等，即变比相等；,（2）联结组别相同；,实现理想情况（2）（3）,三、不满足并联条件时出现的后果,1. 若变比不等,折算到二次测的简化等效电路,则二次

6、侧引起电压差 :,它将在两台变压器二次绕组之间产生环流：,根据磁动势平衡关系，此时两台变压器一次绕组也将产生环流，这既占用了变压器的容量，又增加了变压器损耗。,2. 若联结组别不同,Y,y0与 Y,d11 并联时 二次侧线电压相量图,由于短路阻抗很小,这么大的电压差产生的环流将是额定电流几倍，这会烧毁绕组。,联结组别不同的变压器并联运行时， 二次侧线电压之间至少有 相位差， 将形成很大的电压差。,例如：Y,y0与Y,d11并联时，,所以联结 组别不同的变压器绝不允许并联。,二次侧的线电压差为：,3. 若短路阻抗标么值不等,由于变比相等，联结组别相同， 此时环流为零。由图可得,即各变压器所分担的

7、负载（电流）大小与其短路阻抗标么值成反比。,短路阻抗标么值不等时 并联运行的简化等效电路,为了能充分利用变压器的容量，理想的负载分配是各负载系数相等，这就要求各台变压器的短路阻抗标值相等。,两台变压器同时满载或同时以同样的程度欠载，负载分配合理，容量充分利用。,负载分配不合理，容量得不到充分利用。,这种情况下，变压器的容量得不到充分利用，是不经济的。通常要求各变压器的短路阻抗标么值相差不应超过其平均值的10。,因此，当 不等的变压器并联运行时，为了不使任何一台变压器过载运行，应使 小的变压器处于满载运行，其它变压器只能处于欠载运行。,各变压器的输出电流是否同相位，与它们的短路阻抗角有关：,总电

8、流为各变压器输出电流的代数和（最大）。,总电流为各变压器输出电流的相量和（减小）。,通常，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行变压器的最大容量与最小容量之比不超过3:1。,为了使各台变压器输出电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。,实际上，当短路阻抗角相差 以内时，电流的相量和与代数和之间相差很小，故一般可不考虑阻抗角的影响，即认为二次电流是同相位的。,四、并联运行时的负载分配计算,设n台变压器并联运行，其联结组别和变比均相同，但短路阻抗标么值不等。,各台变压器所分担负载大小的计算公式：,若要求任一台变压器都不过载， 可令 最小的变压器的,例4.2.1,此时输出的最大

9、负载：,其中：,*4.3 变压器空载合闸电流,变压器的稳态空载电流很小，一般只有额定电流的2%10。,空载合闸时，一次侧电压方程为,忽略,变压器空载合闸时，空载电流在一次绕组（电感线圈）中出现过渡过程，可能出现很大的冲击电流（励磁涌流），可达额定电流的几倍。,解得：,一、概述,二、空载合闸电流分析,稳态分量,暂态分量,稳态时磁通最大值,即当电压瞬时值为最大时进行合闸，磁通为,解得：,三、不同时刻空载合闸电流大小,即当电压瞬时值为0时进行合闸，磁通为,此时变压器铁心处于深度饱和，空载合闸电流急剧增加，即出现励磁涌流,励磁涌流对变压器本身没有危害，可能引起过电流保护装置误动作，使变压器不能正常合闸。为此常加装重合闸装置。,*4.4 变压器的突然短路,一、突然短路电流分析,突然短路时的电压方程式为,解为,变压器发生突然短路故障时，短路电流将经历一个暂短的过渡过程， 突然短路电流可达（2030）IN。而稳态短路电流为（1020）IN。,