三相变压器及运行.ppt

1、第三章 三相变压器及运行,第一节 三相变压器的磁路,一、各相磁路彼此独立 就是用三个单相变压器构成三相变压器组。,二、各相磁路彼此相关（三相铁芯式变压器）,第二节 三相变压器的连接组,一、三相变压器绕组的接法 基本接法： 星形（Y）：三相末端相连 三角形（D）：相邻相首末端相连,组合接法： Yy或YNy或Yyn：高压侧和低压侧都是星形接法，某一侧的中性点可接地。 Yd或YNd；高压侧星形接法，低压侧三角形接法，高压侧的中性点可接地。 Dy或Dyn：高压侧三角形接法，低压侧星形接法，低压侧的中性点可接地。 Dd：高压侧和低压侧都是三角形接法。 注意：只有星形接法才有中性点。,二、连接组别及标准连

2、接组,连接组：表示一、二次绕组电动势相位关系的一种方法。 同极性端：某一时刻高低压绕组上极性相同的对应端点称为同极性端。 注意：同极性端是客观存在的，它与高低压绕组的相对绕向有关。,首末端：绕组的两个端点，人为地指定其中一个是首端，则另一个就是末端。,三相绕组无论采用什么联结法，二次侧线电动势的相位差总是30的倍数，因此采用钟表面上12个数字来表示。把高压侧线电动势的相量作为分针，始终指着“12”这个数字，而以低压侧线电动势的相量作为时针，它所指的数字即表示高、低压侧线电动势相量间的相位差，这个数字称为三相变压器联结组的“标号”。,时钟表示法,Ii0：同极性端同时标为首端。,Ii6：同极性端一

3、个标为首端，一个标为末端。,1、单相变压器的连接组别,2、三相变压器的连接组别,三相变压器的连接组别用一、二次绕组的线电势相位差来表示。 Yy连接：,A,X,B,Y,C,Z,a,b,c,Yy0 连接,Yy6 连接,Yd连接,三相变压器的连接组别种类繁多，为统一制造，我国国标规定只生产五种标准连接组：Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0 和 Yy0 ，其中前三种最为常用。,第三节 三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响,由于磁路饱和，磁化电流为尖顶波，可以分解为基波和奇数次谐波，其中三次谐波分量最大，对变压器的影响也最大。 三次谐波电流分量分别为：,特点：各相电流的三次谐波分量是

4、同相位的！,由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否流通取决于三相绕组的连接方法。 一次侧YN连接：三次谐波电流可以通过N线流通，不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波，铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正弦波。 一次侧Y连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构造及二次侧的连接有关。,一、Yy连接的三相变压器组,磁化电流：正弦波，因为三次谐波电流分量不能流通。 铁芯磁通：平顶波（因为磁路饱和），可以分解为基波和奇次谐波，其中三次谐波的影响较大。 相电势：尖顶波，由基波电势和三次谐波电势合成。,一、Yy连接的三相变压器组,思考：铁芯磁通波形和

5、相电势波形都是主要由基波和三次谐波合成的，为什么铁芯磁通波形是平顶波，而相电势波形是尖顶波？,注意：由于三相变压器组的各相有独立的磁路，三相谐波磁通能够通过铁芯流通，磁阻较小，磁通较大，而且其频率是基波的三倍，其感应的三次电势分量振幅可达基波的 50% 60%，不但使相电势波形严重畸变，而且使相电势辐值超过允许值。所以，三相变压器组不能接成 Yy 运行。,二、三相铁芯式变压器 Yy 连接,和 Yy 连接的三相变压器组一样，三次谐波电流分量不能流通，磁通含有三次谐波分量。只是磁通的三次谐波分量不能通过铁芯流通，只能通过变压器油、油箱壁合铁轭等形成回路，其磁路磁阻较大，磁通量很小。其所感应的谐波电

6、势也很小，相电势接近于正弦波。所以，三相铁芯式变压器可以接成 Yy 形式。,二、三相铁芯式变压器 Yy 连接,注意：由于三次谐波磁通经过油箱壁等钢件时，会在其中感应电动势，产生涡流，引起油箱壁局部过热，降低变压器的效率。国标规定，Yy 连接的三相铁芯式变压器，其容量不能超过1800kVA。,三、Yd 连接的三相变压器,二次侧的三次谐波电动势形成环流，该环流产生磁通与原有的三次谐波磁通相抵消，铁芯磁通波形接近于正弦波，相电势也接近于正弦波。 也可以理解为产生正弦磁通所需要的尖顶波由一次侧和二次侧共同提供，一次侧提供基波分量，二次侧提供三次谐波分量。 由于Yd 连接的三相变压器，其相电势波形为正弦

7、波，所以大容量的变压器可以接成Yd 连接。,四、附加三角形连接绕组的 Yy 变压器,大容量的变压器如需要接成Yy形式，必须在铁芯柱上另外安装一套三角形连接的绕组，该绕组可以为变压器提供励磁所需的三次谐波电流分量。根据需要，还可以把该绕组的端点引出，成为三绕组变压器。,第四节 变压器的并联运行,一、理想并联运行的条件 1、空载时各变压器的二次电压必须相等且同相位，这样，并联变压器内部才不会产生环流。 各变压器都应有相同的线电压变比。（可以保证二次线电压大小相等） 各变压器必须有相同的电压等级，且属于相同的连接组。（可以保证二次电压同相位）,从简化等效电路可以看出，当一、二电压相同时：,各变压器同

8、时满载时：,各项同时除以额定电压得：,即各变压器都应有相同的短路电压标幺值。,2、负载时各变压器分担的它们的电流与容量成比例，这样，各变压器可同时满载，容量可充分利用。,3、各变压器的负载电流都同相位。这样，总的负载电流最小，损耗也最小。 由于一、二电压相同，要求阻抗压降的有功分量和无功分量分别相等，若要求各变压器的负载电流都同相位，则各变压器的短路电阻和短路电抗的比值应相等。也就是短路电压的有功分量和无功分量应分别相等。,二、并联运行时负载分配的实用计算公式,各变压器的负载电流为：,总的负载电流为：,二、并联运行时负载分配的实用计算公式,各变压器的负载电流分配关系为：,二、并联运行时负载分配

9、的实用计算公式,各变压器的输出功率分配关系为：,二、并联运行时负载分配的实用计算公式,假设各变压器的电流都同相位，可采用阻抗的模进行计算，将下式代入功率表达式可得功率分配公式如右式所示：,二、并联运行时负载分配的实用计算公式,变压器的负载分配与各变压器的容量成正比，与短路电压成反比。 各变压器的短路电压都相同时，变压器的负载分配与额定容量成正比。此时可以使所有的变压器同时达到满载，总的容量将得到充分利用。,各变压器的输出容量之间的关系也可表示为：,并联条件不满足时的运行分析,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所示。,由等效电路可以列出方程式：,则二次侧

10、电流为：,一、变比不等时并联运行,为了保证空载时环流不超过额定电流的10%，通常规定并联运行的变压器的变比差不大于1%。,当变压器的变比不等时，在空载时，环流 就存在。变比差越大，环流越大。由于变压器的短路阻抗很小，即使变比差很小，也会产生很大的环流。环流的存在，既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗，这是很不利的。,二、连接组别不同时并联运行,连接组别不同时，二次侧线电压之间至少相差300，则二次线电压差为线电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，会烧毁绕组，所以连接 组别不同绝不允许并联。,三、短路阻抗标么值不等时并联运行,由等效电路可

11、知：,等效电路如图所示。,可见，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。,为了充分变压器的容量，理想的负载分配，应使各台变压器的负载系数相等，而且短路阻抗标值相等。,变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。又规定：阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。,一、三绕组变压器

12、 用途：用于连接三个不同电压等级的电网。 结构特点：每个铁芯柱上有三个不同电压等级的绕组，由外到内的排列顺序为，升压：高低中；降压：高中低；,第五节 电力系统中的特种变压器,二、自耦变压器 结构特点：低压绕组和高压绕组共用部分绕组。 优缺点： 节省材料 效率高 电压变化率小、短路电流大 需要可靠的保护措施 用途：交流可调电源，交流电动机降压起动。,第五节 电力系统中的特种变压器,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,1 自耦变压器,自耦变压器：把普通

13、双绕组变压器 的高压绕组和低压绕组串联连接， 便构成一台自耦变压器，如图所示。正方向规定与双绕组变压器相同。,电压及电流关系,如图C所示，在分析时我们可忽略自耦变压器的漏磁通和绕组电阻，这样我们可以得到以下等式：,kA： 自耦变压器的变比。负载时磁动势平衡关系为,若忽略励磁电流，则有,1.电压及电流关系,a点电流关系为,2.容量关系,自耦变压器的容量是它的输入容量或输出容量。额定运行时容量用SN表示：,容量关系,电磁容量绕组容量 自耦变压器的传导容量,绕组容量,通常,3,主要优缺点,优点：由于自耦变压器的绕组容量小于额定容量，当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材

14、料少、变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。这就是自耦变压器的主要优点,缺点：由于自耦变压器原、副绕组之间有直接电的联系，为了防止因高压边单相接地故障而引起低压边的过电压，用在电力系统中的三相自耦变压器中性点必须可靠接地。同样，由于原、副绕组之间有直接电的联系，当高压边遭受过电压时，会引起低压边严重过电压，为避免这种危险，需要在原、副边都装设避雷器。,三、互感器 分类： 电压互感器 电流互感器 主要功能： 扩大仪表量程 强电与弱电隔离 为继电保护提供控制信号 主要性能指标：测量精度,第五节 电力系统中的特种变压器,结构特点： 电压互感器：一次侧匝数多，二次侧匝数少。一次侧并在

15、被测回路中，二次侧接仪表的高阻抗电压线圈。可看成工作在开路状态。 电流互感器：一次侧匝数少，二次侧匝数多。一次侧串在被测回路中，二次侧接仪表的低阻抗电流线圈。可看成工作在短路状态。,第五节 电力系统中的特种变压器,电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互感器的目的是： 1与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流； 2使测量回路与被测回路隔离，以保障工作人员和测试设备的安全； 3为各类继电保护和控制系统提供控制信号。,二次侧不能短路， 以防产生过流； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现高压。,

16、使用注意事项：,被测电压=电压表读数 N1/N2,实现用低量程的电压表测量高电压,电压互感器存在着误差，这个误差包括变比误差和相位误差,被测电流=电流表读数 N2/N1,二次侧不能开路， 以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现过压。,使用注意事项：,实现用低量程的电流表测量大电流,由于励磁电流和漏阻抗的影响，电流互感器也存在着误差。,2.电流互感器,电流互感器在使用时应注意：1在运行过程中绝对不允许副方开路。这是因为电流互感器的原方电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副方相当于短路，副方电流有强烈的去磁作用，即副方的磁动势近似与原

17、方的磁动势大小相等、方向相反，因而产生铁心中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小,若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全；2副方应可靠接地；3副方回路阻抗不应超过规定值，以免增大误差。,第四章 三相变压器的不对称运行及瞬变过程,第二节 三相变压器的各序阻抗及其等效电路,第三节 三相变压器Yyn连接单相运行,第四节 变压器次级侧突然短路时的瞬态过程,第五节 变压器空载合闸时的瞬态过程,第一章 对称分量法,第一节 对称分量法,前面分析：三相对称 实际往往

18、不对称运行 形式： 外部不对称 外加电压 负载 外加电压与负载 内部不对称 分析方法：对称分量法,若已知 ，则 其中：a为旋转因子： 把 、 、 用三个分量表示： 不对称电压 正序 负序 零序,第一节 对称分量法,第一节 对称分量法,将关系式代入，得 不对称电压 正序 负序 零序,第一节 对称分量法,上式中电压分量得系数行列式不为零，即 所以：其逆变式成立：,第二节 三相变压器的各序阻抗及其等效电路,叠加法 不对称系统分解为正、负、零序系统 各序对称 分别求解 叠加 不同相序系统的影响不完全相同，表现的阻抗不相同,一、正序阻抗 和正序等效电路,正序电流所遇到的阻抗称为正序阻抗 （就是前面所讲的

19、阻抗） 励磁电流很小，不计Im 等效电路如右 正序阻抗,二、负序阻抗 和负序等效电路,负序电流所遇到的阻抗称为负序阻抗 等效电路 负序阻抗 所以：ZZ=Zk,三、零序阻抗 和零序等效电路,零序电流所遇到的阻抗称为零序阻抗（复杂） 零序电流定义为 且,(一)零序电流在变压器绕组中的流通情况,Y连接：I0不能流通 YN连接：I0能流通 D连接： 线电流：I0不能流通 相电流： I0能流通，当另一方有I0时，就会感应I0 所以： Y,y、Y,d、D,y、D,d 四种连接法均无零序电流； YN ,d和D,yn接法: 当YN和yn绕组中有零序电流时，d或D绕组中也有零序电流； YN, y和Y,yn接法:

20、 当YN和yn绕组中有零序电流，y或Y绕组中也不会有零序电流。,（二）零序等效电路,1.YN d接法的零序等效电路 电磁关系： 原副方均可流通，但副方不能流出 如略去 则， (图中，副方省“ ”) 可见YN d接法的零序阻抗是个很小的阻抗,2. Y yn接法的零序等效电路 电磁关系：原方不能流，所以：零序阻抗很大 YN d零序等效电路 可见Y yn接法的零序阻抗是个较大的阻抗,（二）零序等效电路,（三）零序磁通在变压器铁芯中的流通路径,1. 三相磁路独立 零序磁通路径与正序、负序磁路相同，磁阻极小，励磁阻抗较大，即 2. 三相磁路相关 零序磁通只匝链各自绕组，以变压器油及油箱壁为回路，磁阻较大

21、，零序励磁阻抗较小，即,（四）零序励磁阻抗测量方法,YNd、Dyn 就是短路阻抗 2. Yyn、Yny 三相绕组串联，另一侧开路 接单相电源，测电压、电流、功率,第三节三相变压器 Yyn连接单相运行,1、对称分量法分解求各序分量,变压器Y yn单相连接单相运行电路如图所示 按端点条件列出方程 以a相电流为基准求 出次级电流的对称分量,2、各序电路、各序电压平衡式,初级星形，无I0通路，相电流只有正序、负序分量，即 正序： 负序： 相应等效电路图如右图 以a相为例写出各分量系统 电压平衡式： 零序：,3、各序电流,由此可写出电压表达式： （*） 已知 或 代入（*）得,4、等效电路,5、负载电流

22、,则负载电流 则：,6、相量图,7、中点浮动问题,中点浮动 浮动程度取决于E0 相电线不对称 线电线对称 三相变压器组，其各磁路独立，零序磁阻较小，零序阻抗大，即使较小I0，也产生大的E0，中点浮动严重。 在极端情况下：如一相发生短路，原有相电压被提高 倍，极危险。 因此，三相变压器组不能结成Y yn运行,第四节 变压器次级侧突然短路时的瞬态过程,一、瞬态过程,次级突然短路，短路电流很大，可以忽略励磁电流： 则 微分方程：（以电流为变量） 其中：Lk变压器的漏感： 化简后求得短路电流的通解为： 其中： 短路阻抗角 短路电流稳态值,短路电流含两项： 稳态分量：iks 瞬态分量: ikt 下面分析

23、两种极端情况,1. 如突然短路时的初相角,瞬态分量电流 从短路开始就进入稳态: 见图(a),2. 短路时电压初相角,瞬态分量有最大幅值。 若 得 最大电流幅值出现时时刻在：短路后半个周期。,电流波形,二、过电流的影响,1、发热现象 电流很大 铜耗按电流的平方变化，可达额定铜耗的几百倍 绕组温度急剧升高。 过热保护装置，及时切断电源。 2、电磁力作用 电磁力与电流的平方成正比，作用在绕组上的电磁力时正常运行时的几百倍，所以大型变压器往往设计成具有较大的短路阻抗以限制短路电流。 电磁力与电流同时性,第五节 变压器空载合闸时的瞬态过程,正常运行时：空载电流很小 I0*为5%左右（大变压器甚至I0*1

24、） 空载合闸时：Im很大 甚至数倍于IN,一、瞬态过程,设外施电压正弦规律变化，则电压方程式为 求解得 其中：Lav正常运行时平均电感 所以：磁通也包含两部分： 稳态分量 暂态分量,一、瞬态过程,分析两种极端情况 在初相角 时接通电源，则 瞬态分量幅值最大，最不利情况。 虽磁通并没有大到稳态值的两倍以上，但因过饱和，Im急剧增大，达正常Im在数百倍，或数倍IN 在初相角 时接通电源，则 立即进入稳态,最不利情况合闸磁通波形,变压器空载合闸冲击电流波形,二、过电流的影响,变压器本身直接危害不大。 无法精确计算最大可能的冲击电流值 实测表明，最不利时合闸，几倍额定电流，比短路电流要小得多 无论从电磁力或温度来考虑，对变压器本身直接危害不大。 但会使保护装置误动作，所以： 限制：串适当阻抗限制之 躲过：保护装置在变压器合闸最初几周要躲过该电流,测量原理： 电压互感器：空载时略去励磁电流和漏阻抗压降，则有：,第五节 电力系统中的特种变压器,电流互感器：略去励磁电流，根据磁动势平衡原理，则有：,注意事项： 互感器铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地。 电压互感器的二