电机学-三绕组变压器和自耦变压器(2)

§4-3电流互感器和电压互感器互感器的作用原理互感器是一种测量用的设备，分电流互感器和电压互感器两种。它们的作用原理和变压器相同。使用互感器的目的一是为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离；二是可以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程电压表测量高电压。通常，电流互感器的副边电流为5安或1安。电压互感器的副方电压为100伏。互感器的用途互感器除了用于测量电流外，还用于各种继电保护装置的测量系统，因此它的应用十分广泛。电流互感器工作原理：图4-15是电流互感器的原理图，它的原绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，并串入需要测量电流的电路。副边的匝数较多，可将线路上的大电流变为小电流来测量。测量精度：按照误差的大小，分为0.2，0.5，1.0，3.0和10等五个标准等级。例如，0.5级准确度就表示在额定电流时，原、副边电流变比的误差不超过0.5％。A1N2N1I2I1I电流互感器使用注意事项：1）为了使用安全，电流互感器的副边必须可靠的接地，以防止由于绝缘损坏后，原边的高压传到副边，发生人身事故。2）电流互感器的副边绝对不容许开路。因为副边开路时，互感器成为空载运行，此时，原边被测线路电流成了激磁电流，使铁心内的磁密比额定情况增加许多倍。它一方面将使副边感应出很高的电压，可能使绝缘击穿。同时对测量人员也很危险；另一方面，铁心内磁密增大以后，铁耗会大大增加，使铁心过热，影响电流互感器的性能，甚至把它烧坏。§4-3电流互感器和电压互感器电压互感器工作原理：图4-16是电压互感器的原理图。原边直接接到被测高压电路，副边接电压表或功率表的电压线圈。利用原、副边不同的匝数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。测量精度：我国目前生产的电力系统用电压互感器，按准确度分为0.5，1.0和3.0等三级。电压互感器有一定的额定容量。使用时副边不宜接过多的仪表，以免电流过大引起较大的漏抗压降。而影响互感器的准确度。图4-16电压互感器原理图V1w2w1~U2U§4-3电流互感器和电压互感器电流互感器使用注意事项：1）电压互感器副边不能短路，否则会产生很大的短路电流。2）为安全起见，电压互感器的副边必须可靠的接地。本章小结三绕组变压器的工作原理与双绕组变压器一样，同样可以利用基本方程式、相量图、等效电路分析变压器内部电磁过程。自耦变压器的特点在于原、副绕组之间不仅有磁的联系，而且还有电路上的直接联系，故从原边传递给副边的功率中，是通过电磁感应关系传递的，而是通过电路直接传递的。由于通过电磁感应关系传递的功率小于变压器的额定容量，故与同容量的双绕组变压器相比，计算容量小了，从而可节省材料、降低损耗，提高效率和缩小尺寸。但自耦变压器的短路阻抗标么值较小，短路电流较大。电流互感器和电压互感器的工作原理与变压器相同，使用时应注意将它们接地，并注意电流互感器在原边接电源时，副边绝对不能开路；电压互感器在原边接电源时，副边绝对不能短路。aNSaNaSk11aNaSk1变压器的并联运行§5-1概述变压器的并联运行把变压器的原、副绕组相同标号的出线端连在一起，直接或者经过一段线路接到母线上，这种运行方式就叫做变压器的并联运行。图5-1两台变压器并联运行的接线图ABCabcABCabcABCabcIII1K2K3K4K电源负载高压母线低压母线变压器并联运行的意义由于现代的发电厂和变电所的容量很大，一台变压器往往不能担负起全部容量的升压或降压任务，于是要采用多台变压器并联运行。§5-1概述变压器并联运行的优点1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器如有某台变压器发生故障，可以把它从电网切除进行检修，而电网仍能继续供电；2）可根据负荷大小调整投入并联变压器的台数，以提高运行效率；3）可以减少总的备用容量；4）可以随着用电量的增加，分批安装新的变压器，以减少第一次投资。§5-2变压器的理想并联条件变压器并联运行的最理想情况1）空载时并联的各变压器副边之间没有循环电流，这样，空载时各变压器副原边的铜耗也较小。2）负载后，各变压器所承担的负载电流按它们的额定容量成比例分配，这样，并联变压器的装机容量能得到充分利用。3）负载后各变压器副边电流同相位。这样在总的负载电流一定时各变压器所分担的电流最小；如果各变压器副边电流一定时，则共同承担的总电流最大。为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备下列三个条件：1）各变压器的额定电压应相等，若为单相变压器则各变压器的变比应相等；2）各变压器的联结组相同；3）各变压器的短路阻抗标么值(或短路电压)应相等，而且短路电抗和短路电阻之比也应相等。以上三个条件中，联结组相同的条件必须严格保证。因为如果联结组不同，当各变压器的原边接到同一电网时，它们副边线电压的相位不同，而且至少是30度(Y,y0和Y,d11并联时，副边线电动势的相位差就是30度)。在此情况下，如果两变压器的变比相等，图中Eab1=Eab2=Eab是两变压器副边的线电动势，从图可见，副边有电动势差ababababEEEEE518.015sin221作用在两变压器副绕组构成的闭合回路中，由于变压器本身的漏阻抗很小，这样大的电动势差将在两变压器的副绕组中产生很大的循环电流，可能使变压器的线圈烧坏，故联结组不同的变压器绝对禁止并联运行。图5-2Y,y0与Y,d11两台变压器并联运行时，副边线电动势相量图30E1abE2abE§5-3变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配1kZ2kZ2I1IIkU12U图5-3变比和联结组相同时两台变压器并联时的简化等效电路2211kkZIZI12212211kkkkZZIIZIZI上式等号右边分子、分母除以额定电压1kZ2kZ2I1IIkU12U图5-3变比和联结组相同时两台变压器并联时的简化等效电路112221122211////NkNkNkNkNNIZIZIZIZIIIINNNUUU21222111,NNIIII*1*211122221//kkNNkNNkZZUIZUIZ*2*1*2*121SSII§5-3变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配由此可知：负载系数和短路阻抗标幺值(或短路电压）成反比。1kZ2kZ2I1IIkU12U图5-3变比和联结组相同时两台变压器并联时的简化等效电路若为多台变压器并联，则12*1*2*2*1*2*121kkkkuuZZSSII:1:1:1:::*2*2*1321kkkZZZ§5-3变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配结论：1）当短路阻抗标么值相等时，即2）若短路阻抗标幺值不相等，则短路阻抗标幺值小者先达到满载。从运行的经济性来看，希望大容量变压器尽量能满载运行，因此，若有短路阻抗标幺值不相等的变压器并联运行时，则希望容量大者其短路阻抗标么值小为宜。实际运行时，为了使并联运行时不浪费设备容量，要求各变压器的短路阻抗标么值不超过平均值的10％。3）为了使各并联运行的变压器副边电流同相位，各变压器的短路电抗和短路电阻之比应相等，此时总负载电流是各变压器副边电流的算术和。*3*2*1321*3*2*1SSSZZZkkk1*1S1*3*2SS§5-4变比不相等的变压器并联运行时的负载分配变比不相等的变压器并联运行时，空载时就有环流。故各台变压器的电流分配不仅取决于短路阻抗，而且还受到环流的影响。图5-4联结组相但变比不相等的两台变压器并联时运行1kZ2kZ2I1II2ULZIIkU1IkU1cI211221212111//IIIZUkUIZUkUIkk2111211121211112221212////kLckkkkkLckkkkZUkUkIIIIZZZZZUkUkIIIIZZZZ§5-4变比不相等的变压器并联运行时的负载分配1）负载运行时，每一变压器的电流都由负载分量和环流组成，其中环流等于空载时环流，它是由于变比不等而引起的。对第一台变压器为，对第二台变压器为，二者大小相等而符号相反。说明两变压器副边环流由一台变压器流到另一台变压器，至于两变压器的负载分量和则按变压器的短路阻抗成反比分配，它们都与总负载电流成正比变化。2）由于各负载分量相位基本相同，再迭加上环流后，势必造成一台变压器电流大于负载分量，另一台变压器电流小于负载分量，这是变压器并联运行所不希望的，因此对环流有上述的限制。cIcILI1LI2I2111211121211112221212////kLckkkkkLckkkkZUkUkIIIIZZZZZUkUkIIIIZZZZ变压器的并联运行本章小结为了提高供电的可靠性以及使装置设备得到充分利用，近代发电厂和变电所都采用多台变压器并联运行，为了得到理想的并联运行情况，要求各变压器满足联结组相同、变比相等，以及短路阻抗标么值相等。变比相等和联结组相同保证空载时不产生环流，是变压器能否并联的前提。短路阻抗标么值相等则保证了负载按变压器容量成比例分配，若短路阻抗标么值不相等，则负荷系数与短路阻抗标么值成反比。变压器的瞬态过程§6-1概述变压器的瞬态过程变压器在稳态运行时，电压、电流、电动势和磁通的幅值基本保持不变。但在变压器的运行情况遭到较大的扰动时，如合闸、负载突然变化，副边突然短路、遭受雷击等，这些情况叫瞬态情况。在瞬态情况中，变压器从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态，这一过程称为瞬态过程或过渡过程。研究变压器的瞬态过程的必要性在瞬态过程中，由于电场和磁场的能量发生较大的变化，可能会使绕组中的电压和电流超过额定值许多倍，即出现所谓过电压和过电流现象，虽然瞬态过程持续的时间很短，但却可能使变压器遭到破坏，因此，对这些问题应进行分析研究，找出它的变化规律，对变压器的设计、制造、保护和运行都是十分必要的。变压器的瞬态过程§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程变压器空载合闸时的瞬态过程变压器在稳态运行时．空载激磁电流是额定电流的(1～10)％。但在空载接通电源的瞬间，由于变压器铁心存在饱和现象，可能出现很大的冲击电流，如不采取适当的措施，则可能使开关跳闸，以致变压器不能顺利投入电网。1u0i1r1w2w图6-1变压器空载接通电源变压器的瞬态过程§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程空载合闸时产生过电流的原因设电网电压随时间按正弦规律变化，则合闸时变压器原边回路的电动势方程式为dtdwritUut11011)sin(2式中：α为合闸时电压U1的初相角；Φt为和原绕组匝数w1交链的总磁通，包括主磁通和漏磁通；i0、r1分别是原绕组的空载合闸电流和电阻。由于变压器铁心存在饱和现象，上式是一个非线性微分方程。为了求解，作线性化的处理。即认为整个瞬态过程中，铁心饱和程度不变，并以运行点的饱和程度作为瞬态过程中的饱和程度，于是电流i0可用下式表示：avtLwi10式中Lav是对应于运行点原绕组的平均电感，如图6-2所示。tw10iavL图6-2原绕组平均电感（6－1）变压器的瞬态过程§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程空载合闸时产生过电流的原因由此，式(6-1)便可改写为)sin(21111tULrwdtdwtavt式(6-3)是一个常系数微分方程，它的解由两部分组成，一部分是稳态分量，另一部分是自由分量，即（6－3）tLrmtLravtavavCetCetLrwU11)sin()sin()(221211式中：为磁通稳态分量的幅值，其值为m11112121144.422)(2fwUfwULrwUavm为磁通稳态分量的幅值，其值为)(901