第三章-三相变压器及运行

Page:1Date:2020/5/14第三章三相变压器及运行Page:2Date:2020/5/14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。Page:3Date:2020/5/14二、各相磁路彼此相关（三相铁芯式变压器）Page:4Date:2020/5/14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Page:5Date:2020/5/14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。Page:6Date:2020/5/14二、连接组别及标准连接组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。Page:7Date:2020/5/14Ii0：同极性端同时标为首端。Ii6：同极性端一个标为首端，一个标为末端。时钟表示法：高压电动势看作时钟的长针，低压电动势看作时钟的短针，把代表高压电动势的长针固定指向12点，代表低压电动势的短针所指的时数作为绕组的组号。1、单相变压器的连接组别Page:8Date:2020/5/142、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：AXBYCZABEabEabcYy0连接Page:9Date:2020/5/14Yy6连接Page:10Date:2020/5/14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。Page:11Date:2020/5/14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：tItIitItIitIimmCmmBmA3sin)240(3sin3sin)120(3sin3sin33333333特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！Page:12Date:2020/5/14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。Page:13Date:2020/5/14一、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。Page:14Date:2020/5/14一、Yy连接的三相变压器组思考：铁芯磁通波形和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？Page:15Date:2020/5/14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。Page:16Date:2020/5/14二、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。Page:17Date:2020/5/14二、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。Page:18Date:2020/5/14三、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波，所以大容量的变压器可以接成Yd连接。Page:19Date:2020/5/14四、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。Page:20Date:2020/5/14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）Page:21Date:2020/5/14knnkkZIZIZI222ⅡⅡⅠⅠ从简化等效电路可以看出，当一、二电压相同时：各变压器同时满载时：knNnkNkNZIZIZIⅠⅠⅠⅠ各项同时除以额定电压得：****knkkkuuuuⅢⅡⅠ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。Page:22Date:2020/5/143、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。********rnrrranaaauuuuuuuuⅢⅡⅠⅢⅡⅠPage:23Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式knnkkZUkUIZUkUIZUkUI212212212ⅡⅡⅠⅠ各变压器的负载电流为：总的负载电流为：nikiZUkUI1212Page:24Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式212212212111111IZZIIZZIIZZInikiknnnikiknikikⅡⅡⅠⅠ各变压器的负载电流分配关系为：Page:25Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式SZZSSZZSSZZSnikiknnnikiknikik111111111ⅡⅡⅠⅠ各变压器的输出功率分配关系为：Page:26Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式2**111NNkNNkkUSuUIZZ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：SuSuSSSuSuSSSuSuSSnikNiknNnnnikNikNnikNikN1**1**1**ⅠⅠⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅠPage:27Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式**22*1121::::::knNnkNkNnuSuSuSSSS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：Page:28Date:2020/5/14二、并联运行时负载分配的实用计算公式事实上，要使变压器的短路电压都相同是很难的，通常容量小的变压器短路电压也较小，将先达到满载，为了不使其过载，大容量的变压器只能运行在轻载状态，造成容量浪费。为了使并联运行的变压器容量得到充分利用，应使各变压器的容量尽量接近，最大容量与最小容量之比不要超过3：1。Page:29Date:2020/5/14一、三绕组变压器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升压变压器降压变压器Page:30Date:2020/5/14二、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Page:31Date:2020/5/14三、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Page:32Date:2020/5/14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Page:33Date:2020/5/14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2211EUEU，2121NNUU电流互感器：略去励磁电流，根据磁动势平衡原理，则有：02211NINI1221NNIIPage:34Date:2020/5/14注意事项：互感器铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地。电压互感器的二次侧绝对不允许短路，因为巨大的短路电流可能破坏绝缘，导致高压侵入低压侧，危及人身和设备安全。电流互感器的二次侧绝对不允许开路，因为二次侧开路使得一次电流全部为励磁电流，使铁芯过饱和，铁耗急剧增大，使互感器严重发热。另一方面，二次侧中感应的高电压可能危及人身安全。第五节电力系统中的特种变压器