第4章输变电元件的参数及模型2.ppt

1、电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,主要内容,变压器原理及等值电路 变压器的正序与负序参数计算 双绕组、三绕组和自耦合变压器等值电路 变压器运行 电力网络的标幺制,变压器及等值电路,电力变压器的作用： （1）联接发电机与电力输电线路用来升高电压； （2）联接输电线路与负荷（用户）用来降低电压； （3）联接不同电压等级输电线路之间或者升高或者降低电压。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,电力变压器分类： （1）按用途分：电力变压器和特种变压器。 （2）按绕组数目分：双绕组、三绕组和自耦变压器。 （3）按相数分：单相变压器和三相变压器。 （4）按铁芯结构分：有芯式变压器和壳式变压

2、器。 （5）按冷却方式分：有油冷却的湿式变压器和空气冷却的干式变压器。 铁芯既是变压器的磁路部分，又是套装绕组的骨架，通常采用0.3mm的冷轧硅钢片叠加而成，铁芯分柱式和壳式两种结构。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,一、单相变压器基本原理及等值电路 变压器电压方程：,其中：u1、i1、r1、L1分别为变压器原边电压、电流、内阻、自感。 u2 、i2、r2、L2分别为副边电压、电流、内阻、自感。M为原、副边的互感。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,其中： 表示磁链。,理想变压器的特性： 1）不消耗能量，即r=0； 2）没有任何漏磁通，即1=2=，即耦合系数 3）铁芯磁导

3、率为无限大，即各绕组自感与互感都等于无穷大。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,由理想特性可得 :,即：理想变压器的输入功率等于输出功率，既没有能量的存储，也没有能量的消耗。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,两式相除可得 :,理想变压器铁芯磁动势为0 ，根据安培定律： 磁场强度沿任一闭合回路的线积分等于该闭 合回路所包含的全电流。可得:,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,实际变压器既有能量损耗，又有漏磁通,因此可得其等值电路如下，其中（b）和（c）为简化后的等值电路。,（a）实际变压器T形等值电路,（b）T形电路近似,（c）简化等值电路,电气工程基础第四章 输变

4、电元件的参数及模型,按照（b）进行计算，与电感相比，可以忽略内阻。因此，可以写出实际变压器的电压方程为：,与理想变压的电压方程比较可得：,由此可解算出励磁电感 和漏感 。,变压器的空载实验：变压器的一次侧加额定电压，二次侧开路，测量空载电流，二次侧开路电压及空载功率损耗。空载试验时由于空载电流很小，它产生的铜耗很小，可以忽略不计。因此可以认为空载损耗主要为铁耗。又由于变压器励磁磁通远大于其漏磁通。所以空载总阻抗近似等于励磁阻抗。 变压器的短路实验：试验时把二次侧绕组短路，一次侧绕组加上一个可调的低电压。调节一次侧的可调电压，使一次侧电流达到额定电流，测量此时的一次测电压、输入功率和电流。,电气

5、工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,例：有一个单相变压器额定容量为220MVA，原边电压为220KV，副边电压为110KV。变压器开路试验测得的电流为10A，短路试验测得的电压为21.3KV，求变压器的漏电抗和励磁电抗。 解：（1）先画出T形近似的等效电路 （2）根据总额定容量S=220MVA，计算额定电流 （3）变压器副边短路时，原边的励磁电抗为0，因此，可以由此计算变压器的漏抗: （4）变压器副边开路时，原边的总电抗为:,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,二、变压器的组别和相序 变压器的组别：Y0/ 、Y/ 、Y0/Y ，其中下标0代表中性点接地，无标记的Y表示星型接法且中性

6、点不接地； 变压器的相序：原边与副边线电压（或相电压）的相位差如果为正，则为正序，如果为负则为负序，如果为零，则为零序。 变压器原副边相位差一般为30o的整数倍，即N 30o，其中N为112之间的数（钟点数）。因此可以对一个变压器的组别和相序表示如下： Y0/ -11、 Y0/Y-11、 Y/-1,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,1双绕组变压器参数计算 （1）电阻计算 （2）电抗计算 （3）电导计算 （4）电纳计算 2三绕组变压器参数计算 3自耦变压器参数和等值电路,变压器参数计算,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,1双绕组变压器参数计算,已知：变压器铭牌参数：空载有功损

7、耗P0，空载电流相对额定电流百分比I0%, 短路损耗PK及短路电压相对额定电压百分比UK%， 求： 电阻计算： 变压器作短路试验时，由于外加电压较小，相应激磁支路的损耗(铁损)很小。可以认为这时的短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、副方绕组电阻中的总损耗(铜损)，即在变压器短路试验中所测得的短路损耗PK近似等于额定电流流过变压器时绕组中的总铜耗,由铜耗与电阻之间的关系 得：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,PK用KW，SN用MVA，UN用千伏，则上式可写成：,标幺值表示,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,电抗计算 在短路试验中，短路电压等于变压器阻抗在额定电流下产生的压

8、降，即,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,电导计算 变压器空载试验所得变压器空载损耗P0近似等于铁耗，因此，电导可由空载损耗求得,标幺值 ：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,电纳计算 变压器的电纳代表变压器的励磁功率。由于变压器的空载电流包含有功分量和无功分量，与励磁功率对应的是无功分量。由于有功分量很小，无功分量和空载电流在数值上几乎相等。IBI0，而,所以,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,2三绕组变压器参数计算,三绕组变压器等值电路,三绕组变压器短路试验是在两个绕组间进行，另一绕组为开路，按双绕组变压器来做。另外，额定容量不同，将受到较小容量绕组的额定电流

9、的限制,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,国家标准规定三绕组变压器的三个绕组容量比有三种类型：三个绕组容量相同为类（如100/100/100）、第三个绕组容量减半为类（如100/100/50）、第二个绕组能量减半为类（如100/50/100）。 对第类容量相同的变压器，将两两绕组短路，可求得三个绕组的铜耗为：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,表示绕组2短路绕组3开路时绕组1的损耗,对第、类额定容量不同的变压器，必须对工厂提供的短路试验的数据进行折算，例如对于一台100/50/100的变压器进行折算：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,对于短路电压百分数，按国标规

10、定制造厂提供的短路电压是已经归算到变压器额定电流时的数值。因此，第II、III类变压器对于短路电压不需要再进行归算了，各类完全相同。,三绕组变压器的绕组有两种排列方式，即升压布置和降压布置，1、2、3分别代表高压、中压和低压。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,升压布置,降压布置,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,三个绕组同心的套在一个铁芯柱上，一般： 高压绕组：排在最外层，为了绝缘的需要以及调压的方便。 升压变压器：中低高 （利于功率从低压侧向高、中压侧传送。） 降压变压器：低中高（此时高低压绕组间的漏抗最大，能一定程度限制低压侧的短路电流。）,电气工程基础第四章 输变电

11、元件的参数及模型,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,3自耦变压器参数计算,自耦变压器一般为三绕组型式，即有串联绕组（高压）、公共绕组（中压）和第三绕组（低压）。自耦变压器具有消耗材料少、成本低、损耗小的优点。主要用于连接两个电压等级不同的电力网络。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,自耦变压器变比不大时（3:1），经济效益才显著； 短路电流过大，需要采取限流措施； 为防止高压侧单相接地故障引起低压侧过电压，中性点需要可靠接地。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,自耦变压器的等值电路及参数求取与普通变压器相同 在计算三绕组自耦变压器电抗时，也要先对短路电压值进行折算

12、。短路损耗按照容量比的平方折算，短路电压按容量比折算。,1变压器并联运行 两台或两台以上变压器并联运行，首先是满足并联运行的条件，即： 1）所有并联变压器短路电压相量相等 2）所有并联变压器高、低压侧额定线电压分别相等 3）所有并联变压器联结组别号相同,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,第四节 变压器运行,（1）短路电压不同的变压器相并联 由于最小容量的UK值较小，所以在并联运行时，负荷分配不均，最小UK的变压器首先达到其额定容量，而其它的变压器还尚未达到其额定容量，为了限制首先达到额定容量的变压器不过载，则其它变压器未能充分利用，使有些变压器容量利用不高，降低了经济性。,电气工程基

13、础第四章 输变电元件的参数及模型,略去励磁阻抗的三台变压器并联等值电路,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,短路阻抗,求出,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,总阻抗的倒数,（1）,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,（2）,将式（2）代入（1）可得：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,或者写成：,（2）变比不等的变压器并联运行 当具有不同变比的变压器并联运行时，这在它们的绕组回路中引起不平衡（或称均衡）电流，其作用使变压器端电压一致，当有负荷时，各变压器所分担的负荷电流基本上按短路阻抗大小分配。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,变比不同时变压器并

14、列运行情况,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,两变压器二次侧回路流过均衡电流,各台变压器二次侧电流为,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,（3）不同组别变压器并联运行,将不同联结组别的变压器并联运行时，二次回路将因变压器副边电压不同相而产生一个电压差 ,因为这种相位差总是300的倍数，将达到很大的数值，故不同组别联结的变压器不允许并联运行。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,不同组别变压器并联运行的条件： （1）所有组别为奇数 （2） 所有组别为相差1200或2400的偶数号。组别号奇数与偶数的变压器，不能互相并联,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,2、自

15、耦变压器运行 自耦变压器运行需要注意的问题： 1）由于自耦变压器一、二次侧有直接的电的联系，为了防止高压侧单相接地故障而引起低压侧过电压，其中性点必须牢靠接地。 2）自耦变压器两侧都需安装避雷器，以防止过电压。 3）自耦变压器短路电压比普通变压器小得多，因此短路电流较普通双绕组变压器大。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,3、变压器的负荷能力 1）变压器的负荷能力是指保证变压器中的绝缘材料具有正常寿命的最大长期运行的负荷，该负荷就称为变压器负荷能力。 2）绝缘材料的寿命与温度有关，因此，变压器在投入运行时，为了保证变压器绝缘寿命，其温度不得超过限值以上（国家有标准）。,电气工程基础第

16、四章 输变电元件的参数及模型,有名值：用实际有名单位便是物理量的方法 标幺值：采用其实际值（有名单位值）与某一选定的值（基准值）的比值表示：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,第五节 电力系统的标幺值,有名制：用实际有名单位表示物理量的单位制系统（实际数字+明确的物理量纲）。 标幺制：用相对值表示物理量的单位制系统。,一、标幺值,标幺值特点 （1）无量纲； （2）值较小； （3）与基准值有关 （4）用下标“*”表示。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,对称三相交流电路中，所以U线电压，I相电流，Z每相阻抗，S三相视在功率（容量）四个电气量的基值中只要选定其中两个，其余相应可

17、得（电路基本定律），通常先选定基准功率SB和基准电压UB，在SB和UB选定后，基准电流IB和基准阻抗ZB也就随之而定。这四个物理量应服从功率方程式和欧姆定律。,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,二、基准值的选择,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,将两式相除后得：,结论：在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路的计算公式完全相同。,如选定各基准值满足下列关系 ：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,其标幺值则分别为：,这时，电流和阻抗的基准值分别为：,电气工程基础第四章 输变电元件的参数及模型,三、不同基准值的标么值间的换算,基准值不同的标么值不能直接运算； 计算时必将其换算成统一基准值下的标么值。 总体思路： 1)将额定标么值（百分值）还原成有名值； 发电机、变压器、电抗器的技术数据