三相变压器的不对称运行

第五章三相变压器的不对称运行三相变压器运行时，①三相负载不平衡②变压器二次侧带了单相负载（如单相电炉或电焊机）③单相断电检修，另两相继续供电④不对称短路等都会引起变压器不对称运行。当三相负载电流不对称时，变压器内部阻抗压降也不对称，造成二次侧三相电压不对称。本章先介绍分析不对称运行的基本方法——对称分量法；分析各相序阻抗的物理概念；然后分析三相变压器Y,yn连接带单相负载的运行情况。第一节对称分量法定义：对称分量法是把实际不对称的三相系统，分解成正序、负序和零序三组对称的三相系统。已知对称的三相正序系统、负序系统、零序系统，表示不对称三相系统。特点：大小相等，相位彼此相差120°，UVW相序。特点：大小相等，相位彼此相差120°，UWV相序。特点：大小相等，相位相同。以三相不对称电压为例，得出公式一：若引入复数算子α，那么每一个对称三相系统。只需有一相为独立变量，另外两相则也可以表示出来。代入已知不对称的三相系统，来表示对称的三相正序、负序和零序系统。以上的分析均以电压为例，但同样适用于其他物理量。第二节各相序阻抗和等值电路变压器中流过三相不对称电流，采用对称分量法，把三相不对称电流分解成三相正序电流、三相负序电流和三相零序电流。当不同相序电流流过变压器三相绕组时，变压器内部磁场分布情况不同，对应的阻抗也不同，它们的等值电路也不同。一、正序阻抗、负序阻抗及其等值电路正序电流流经变压器绕组时，呈现的阻抗称为正序阻抗。负序电流流经变压器绕组时，呈现的阻抗称为负序阻抗。变压器是静止设备，产生的磁场及内部电磁过程与电流的相序无关。二、零序阻抗及其等值电路零序电流流经变压器绕组时，呈现的阻抗称为零序阻抗。零序电流三相同大小、同相位，它的流通情况与绕组的连接方式有关，而零序磁通大小又受磁路结构的影响，相应的零序励磁阻抗Zm0是不同的。零序阻抗Z0的大小既与绕组的连接方式有关，又与磁路结构有关，对应的零序等值电路应为T型等值电路。1、绕组连接方式的影响绕组的连接方式决定了零序电流的流通情况Y连接：零序电流不能流通。因此在零序等值电路中Y接法一侧的电路应是断开的。YN连接：零序电流能沿中线流通。因此零序等值电路的YN一侧应为通路。d连接：零序电流在三角形内部流通，零序电动势与零序电流产生的压降相平衡，因此在零序等值电路的d连接一侧，相当于内部短路，但从外部看进去，应是开路。2、磁路结构的影响1）三相组式变压器：各相磁路独立，三相同相位的零序磁通，可沿各自的铁心闭合，因此零序励磁阻抗与对称运行时一样，即2）三相心式变压器：各相磁路互相关联，三相零序磁通不能沿铁心形成闭合回路，只能像三次谐波磁通一样，沿油及油箱壁闭合，磁阻大，所以零序磁通减小，对应零序励磁阻抗Zm0很小，即3、零序阻抗的测定测量Y,yn接法三相变压器的方法：把二次侧三个绕组首尾串联接到单相电源上，以模拟零序电流和零序磁通的流通情况，一次侧开路。则从二次侧看的零序阻抗为:第三节三相变压器Y,yn连接时的单相运行一、一二次侧电流1）二次侧三相电流不对称：应用对称分量法求出二次侧U相中的三个对称电流分量为：V、W二相中的各序电流分量为：2）忽略励磁电流，一次侧Y连接，相电流中只有正序分量和负序分量，无零序分量。有：结论：二次侧三相电流不对称，导致一次侧三相电流也不对称。二、单相负载电流的计算利用各相序的等值电路，可得：忽略绕组的漏阻抗，可得：Y,yn连接的变压器单相负载电流的大小与零序励磁阻抗Zm0的大小有关!1、三相组式变压器：Zm0＝Zm，即使负载阻抗ZL=0（单相短路），短路电流仅为励磁电流的3倍：由此可见，该种变压器带单相负载时，不能向负载提供所需的电流和功率，即没有带单相负载的能力。2、三相心式变压器：Zm0很小，负载电流的大小主要由负载阻抗ZL的大小来决定，所以该种结构的变压器，可以带单相负载运行。三、中点移动现象副方电流不对称，推导出原方电流不对称。那么副方和原方的三相电压对称吗？二次侧有正序、负序和零序电流，一次侧仅有正序和负序电流。零序电动势的存在使变压器一、二次侧的相电压都不对称，使带负载这一相的相电压低，其他两相的相电压高，发生了中点移动现象。1、中点移动：Y,yn三相变压器单相负载时，相电压不对称线电压（外加电源电压）仍三相对称，在相量图中表现为相电压中点o‘偏离了线电压三角形的几何中点o，这种现象称为“中点移动”。2、中点移动值为零序电动势E0的大小，而零序电动势取决于零序电流和磁路结构。1）三相组式变压器：Zm0很大，即使很小的零序电流也会产生很大的零序电动势E0，中点移动大，相电压严重不对称。在极端情况下如发生一相短路，则该相电压为零，另两相电压升为原来的1.732倍，产生的过电压会损坏变压器，因此Y,yn连接的三相变压器不允许采用组式结构。2）三相心式变压器：Zm0很小，只要适当限制中线的零序电流，使之不超过额定电流的25%，中点移动就不大。因此，这种结构的三相变压器可以单相运行。