三相变压器及其并联运行

第三章三相变压器及其并联运行第一节三相变压器的磁路系统第二节三相变压器的连接组别第三节变压器的并联运行第四节变压器的使用、维护及常见故障处理方法第五节变压器的经济运行～图2-1变压器空载运行时的示意图1U1E1E0I102I2E20U第一节三相变压器的磁路系统特点：（1）各相磁路各自独立，互不关联；（2）当变压器外施电源电压对称时，三相磁通是对称的；（3）三相空载电流也是对称的。一、三相组式变压器由三台完全相同的单相变压器按星形（Y）或三角形（D）绕组连接而成。CBAUUU、、三相对称CBA、、三相对称ABCCBA0ABC•磁路特点：彼此关联，互为通路第一节三相变压器的磁路系统abc图3.2三相芯式变压器的磁路系统ФAФCФBBCAΣФ=0ABC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。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，再将三个铁芯柱安排在同一平面上。abc图3.2三相芯式变压器的磁路系统ФAФCФBBCAΣФ=0ABC特点：（1）各相磁路彼此关联，每相磁通都要通过另外两相闭合。（2）当变压器外施电源电压对称时，三相磁通是对称的；（3）三相空载电流也是对称的。0CBA三相相电压对称第二节三相变压器的连接组别一、同极性端（同名端）同极性端：指交链同一磁通的两个绕组瞬时极性相同（同为“+”或同为“-”）的端子，用符号“*”标出。未标注的两个端子也是同极性端。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应端子就是同极性端。(另外两个也是同极性端）可见，同极性端反映了两个绕组的相对绕向。图3-3同极性端的确定和电势相位关系**(a)**(b)(c)(d)***1E2E1E2E1E2E1E2E由前可知，从星端指向非星端，高、低压绕组的电势、都滞后磁通90°，所以、始终同相位，如图3-3(c)所示。若不画具体绕组，也可直接确定出、同相位，如图3-3（d）所示。1E2E1E2E图3-3同极性端的确定和电势相位关系**(a)**(b)(c)(d)***1E2E1E2E1E2E1E2E1E2E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1、绕组首末端标志线圈名称单相变压器三相变压器首端末端首端末端中点高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组axa、b、cx、y、zn规定：绕组相电势的正方向从首端指向末端。如高压A相绕组相电势的正方向从A指向X，相电势表示为，简写为。AXEAE2、绕组相电动势的表示方法正方向规定：高压绕组首端A、B、C末端X、Y、Z。低压绕组首端a、b、c末端x、y、z。符号：高压绕组、、或、、低压绕组、、或、、AXEBYECZEAEBECEaxEybEczEaEbEcE**(a)(b)图3-4绕组首端是同极性端时电势相位关系AXaxAE1E2EaEAEE1aEE2**(a)(b)图3-4绕组首端是同极性端时电势相位关系AXaxAE1E2EaEAEE1aEE2交链同一磁通的高、低压绕组标注成首端是同极性端形式3、同极性端对两绕组电势相位关系的影响AAXEEE1aaxEEE2同相位、axAXEE**(a)(b)图3-5绕组首端是异极性端时电势相位关系AXAE1EAEE12EaE2EaExa交链同一磁通的高、低压绕组标注成首端是异极性端形式3、同极性端对两绕组电势相位关系的影响AAXEEE1aaxEEE2反相位、axAXEE重要结论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；（2）首端是异极性端时，两个绕组的电势反相位。第二节三相变压器的连接组别连接组别作用：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动势间的相位关系。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。三、三相变压器高、低压绕组的连接方法1、星形（Y）图3-6三相绕组Y形接线图和电动势相量图BAABEEECBBCEEEACCAEEE以高压侧为例，Y形连接是将三相绕组的尾端X、Y、Z连接在一起，而把它们的三个首端A、B、C分别引出。EAEBECEABEBCABCECAXZYEABEBCBACZXYECAEAECEB2、三角形（D）D连接是将三相绕组的首尾端顺次连接成闭合回路。D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ax-by-cz的顺序连接EcEabacxyzbEbcEcaEbc=EbEab=Eab,xz,ac,yEca=EcEaEb（a）顺接法aabEEbcEEbccaEEycaxbyczabaEEbcbEEcacEEb倒接法babEEcbcEEacaEE倒接是逆电动势正方向，按xa-yb-zc的顺序连接目前，新国标只有顺连接。xyzbEbcEcazycEaEbEcEabacbabEEcbcEEaxbacaEE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：Y,y连接Y,d连接D,y连接D,d连接由于变压器高、低压绕组对应线电势之间的相位差总是30°的倍数，所以常用“时钟法”来表示其相位关系。1.时钟法概念：把高压绕组的线电势相量作为时钟的长针（分针），固定指向“12”点，对应的低压绕组线电势相量作为时钟的短针（时针），其所指的钟点数就是变压器的连接组别号。连接组别号反映了低压绕组线电动势相量滞后对应高压绕组线电动势向量多少角度。ABEabE12点n点ABE滞后abE的角度为30nY,d5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，低压绕组线电势滞后对应的高压绕组线电势。150305ABEabEABEabE12点5点150例如：Y,d5思考：如果指向时钟的“12”点，请问指向时钟的几点？试画出向量图来说明。三相变压器铁心的结构形式有式和式两种组心三相组式变压器各相磁路的特点为彼此，三相心式变压器各相磁路的特点为彼此。独立相关联(不独立)单相变压器一、二次侧电压相位关系决定于和。绕组绕向首末端标记三相变压器一、二次侧线电压相位关系决定于、和。绕组绕向首末端标记绕组连接方式对应线电压（线电动势）相位关系三相变压器组别是反映变压器对称运行时，高低压侧间的。2.三相变压器连接组别确定的步骤第一步，在绕组连接图中标出高、低压侧绕组相电动势的正方向（首端至末端）；第二步，作出高压侧的电动势相量图，将相量图的B点放在钟面的“12”处，A、B、C按顺时针方向排列；第三步，将a点与A点重合；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的相量，作出低压侧的电动势相量图；第五步，以为长针指向时钟的“12”点、为短针，其指向的时钟点数，即连接组别号。ABEabEC/cxyzzxy图3-8Y,y0或Y,y12连接组(b)A******BCabcXYZ(a)AEBECEaEbEBACXYZacbcEcEbEaEAEBECEABEABEabEabE时钟12点或0点顺时针A/aB/bxyz(b)bcXAEBECEbEYZcEcEbEaEAEBECEABEABEabEabE时钟12点或0点图3-9Y,y6连接组A******BCabcXYZ(a)AaaEBCC/cA/aB/b时钟6点顺时针abE图3-10Y,d11连接组(a)A******BCabcXYZ(b)BACXYZacbxyzxyzAEBEAEBECECEcEbEaEaEbEbEcE时钟12点或0点时钟11点CC/cA/aB/b顺时针ABEABEabE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。三相变压器连接组别的数字共12个，即：（1）当高低压绕组连接方式均为Y型或均为△时，连接组别数字必定为偶数,即0、2、4、6、8、10；（2）高低压绕组连接方式一侧为Y型，另一侧为△时，连接组别数字必定为奇数，即1、3、5、7、9、11。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：Y,yn0；Y,d11；YN,d11；YN,y0；Y,y0其中以前三种最为常用。Y,yn0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。Y,d11连接组用于低压侧超过400V的线路中。YN,d11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。对于单相变压器，标准连接组别为I,I0。第三节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3-11所示。图3.11三相变压器的并联运行接线图(a)三相接线图；(b)单线图~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）并联运行的优点：（1）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，可以将它从电网切除，而不中断向重要用户供电。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）并联运行的优点：（2）可以根据负载的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高变压器运行的经济性。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）并联运行的优点：（3）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。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高，通常为两台并联运行。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）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影响。一、理想的并联运行条件1.理想的并联运行状态1）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。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）一、理想的并联运行条件1.理想的并联运行状态2）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，使各台变压器的容量都能得到充分利用。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）一、理想的并联运行条件1.理想的并联运行状态3）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。1.理想的并联运行状态1）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。2）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，使各台变压器的容量都能得到充分利用。3）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。~电源负载变压器IKI变压器IIKII~负载变压器IKI变压器IIKII电源（a）（b）2.理想的并联运行条件1）各变压器的原、副边的额定电压分别相等，即变比相等；2