三相變壓器及運行課件

第三章三相變壓器及運行第三章三相變壓器及運行1第一節(jié)三相變壓器的磁路一、各相磁路彼此獨立就是用三個單相變壓器構(gòu)成三相變壓器組。第一節(jié)三相變壓器的磁路一、各相磁路彼此獨立2二、各相磁路彼此相關(guān)（三相鐵芯式變壓器）二、各相磁路彼此相關(guān)（三相鐵芯式變壓器）3第二節(jié)三相變壓器的連接組一、三相變壓器繞組的接法基本接法：星形（Y）：三相末端相連三角形（D）：相鄰相首末端相連第二節(jié)三相變壓器的連接組一、三相變壓器繞組的接法4組合接法：Yy或YNy或Yyn：高壓側(cè)和低壓側(cè)都是星形接法，某一側(cè)的中性點可接地。Yd或YNd；高壓側(cè)星形接法，低壓側(cè)三角形接法，高壓側(cè)的中性點可接地。Dy或Dyn：高壓側(cè)三角形接法，低壓側(cè)星形接法，低壓側(cè)的中性點可接地。Dd：高壓側(cè)和低壓側(cè)都是三角形接法。注意：只有星形接法才有中性點。組合接法：5二、連接組別及標(biāo)準(zhǔn)連接組連接組：表示一、二次繞組電動勢相位關(guān)系的一種方法。同極性端：某一時刻高低壓繞組上極性相同的對應(yīng)端點稱為同極性端。注意：同極性端是客觀存在的，它與高低壓繞組的相對繞向有關(guān)。首末端：繞組的兩個端點，人為地指定其中一個是首端，則另一個就是末端。二、連接組別及標(biāo)準(zhǔn)連接組連接組：表示一、二次繞組電動勢相位6Ii0：同極性端同時標(biāo)為首端。Ii6：同極性端一個標(biāo)為首端，一個標(biāo)為末端。時鐘表示法：高壓電動勢看作時鐘的長針，低壓電動勢看作時鐘的短針，把代表高壓電動勢的長針固定指向12點，代表低壓電動勢的短針?biāo)傅臅r數(shù)作為繞組的組號。1、單相變壓器的連接組別Ii0：同極性端同時標(biāo)為首端。Ii6：同極性端一個標(biāo)為首72、三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別用一、二次繞組的線電勢相位差來表示。Yy連接：AXBYCZabcYy0連接2、三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別用一、二次繞組8Yy6連接Yy6連接9Yd連接三相變壓器的連接組別種類繁多，為統(tǒng)一制造，我國國標(biāo)規(guī)定只生產(chǎn)五種標(biāo)準(zhǔn)連接組：Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0，其中前三種最為常用。Yd連接三相變壓器的連接組別種類繁多，為統(tǒng)一制造，我國國10第三節(jié)三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)

對電動勢波形的影響由于磁路飽和，磁化電流為尖頂波，可以分解為基波和奇數(shù)次諧波，其中三次諧波分量最大，對變壓器的影響也最大。三次諧波電流分量分別為：特點：各相電流的三次諧波分量是同相位的！第三節(jié)三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)

對電動勢波形的影11由于三次諧波電流在時間上是同相位的，它們能否流通取決于三相繞組的連接方法。一次側(cè)YN連接：三次諧波電流可以通過N線流通，不論二次側(cè)如何連接，各相磁化電流均為尖頂波，鐵芯中的磁通為正弦波，二次側(cè)各相電動勢也為正弦波。一次側(cè)Y連接：三次諧波電流不能流通，鐵芯中的磁通波形和二次側(cè)各相電動勢波形與變壓器的構(gòu)造及二次側(cè)的連接有關(guān)。由于三次諧波電流在時間上是同相位的，它們能否流通取決于三相繞12一、Yy連接的三相變壓器組磁化電流：正弦波，因為三次諧波電流分量不能流通。鐵芯磁通：平頂波（因為磁路飽和），可以分解為基波和奇次諧波，其中三次諧波的影響較大。相電勢：尖頂波，由基波電勢和三次諧波電勢合成。一、Yy連接的三相變壓器組磁化電流：正弦波，因為三次諧波電13一、Yy連接的三相變壓器組思考：鐵芯磁通波形和相電勢波形都是主要由基波和三次諧波合成的，為什么鐵芯磁通波形是平頂波，而相電勢波形是尖頂波？一、Yy連接的三相變壓器組思考：鐵芯磁通波形和相電勢波形都14注意：由于三相變壓器組的各相有獨立的磁路，三相諧波磁通能夠通過鐵芯流通，磁阻較小，磁通較大，而且其頻率是基波的三倍，其感應(yīng)的三次電勢分量振幅可達(dá)基波的50%~60%，不但使相電勢波形嚴(yán)重畸變，而且使相電勢輻值超過允許值。所以，三相變壓器組不能接成Yy運行。注意：由于三相變壓器組的各相有獨立的磁路，三相諧波磁通能夠15二、三相鐵芯式變壓器Yy連接和Yy連接的三相變壓器組一樣，三次諧波電流分量不能流通，磁通含有三次諧波分量。只是磁通的三次諧波分量不能通過鐵芯流通，只能通過變壓器油、油箱壁合鐵軛等形成回路，其磁路磁阻較大，磁通量很小。其所感應(yīng)的諧波電勢也很小，相電勢接近于正弦波。所以，三相鐵芯式變壓器可以接成Yy形式。二、三相鐵芯式變壓器Yy連接和Yy連接的三相變壓器16二、三相鐵芯式變壓器Yy連接注意：由于三次諧波磁通經(jīng)過油箱壁等鋼件時，會在其中感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生渦流，引起油箱壁局部過熱，降低變壓器的效率。國標(biāo)規(guī)定，Yy連接的三相鐵芯式變壓器，其容量不能超過1800kVA。二、三相鐵芯式變壓器Yy連接注意：由于三次諧波磁通經(jīng)過油17三、Yd連接的三相變壓器二次側(cè)的三次諧波電動勢形成環(huán)流，該環(huán)流產(chǎn)生磁通與原有的三次諧波磁通相抵消，鐵芯磁通波形接近于正弦波，相電勢也接近于正弦波。也可以理解為產(chǎn)生正弦磁通所需要的尖頂波由一次側(cè)和二次側(cè)共同提供，一次側(cè)提供基波分量，二次側(cè)提供三次諧波分量。由于Yd連接的三相變壓器，其相電勢波形為正弦波，所以大容量的變壓器可以接成Yd連接。三、Yd連接的三相變壓器二次側(cè)的三次諧波電動勢形成環(huán)流，18四、附加三角形連接繞組的Yy變壓器大容量的變壓器如需要接成Yy形式，必須在鐵芯柱上另外安裝一套三角形連接的繞組，該繞組可以為變壓器提供勵磁所需的三次諧波電流分量。根據(jù)需要，還可以把該繞組的端點引出，成為三繞組變壓器。四、附加三角形連接繞組的Yy變壓器大容量的變壓器如需要接19第四節(jié)變壓器的并聯(lián)運行一、理想并聯(lián)運行的條件1、空載時各變壓器的二次電壓必須相等且同相位，這樣，并聯(lián)變壓器內(nèi)部才不會產(chǎn)生環(huán)流。各變壓器都應(yīng)有相同的線電壓變比。（可以保證二次線電壓大小相等）各變壓器必須有相同的電壓等級，且屬于相同的連接組。（可以保證二次電壓同相位）第四節(jié)變壓器的并聯(lián)運行一、理想并聯(lián)運行的條件20從簡化等效電路可以看出，當(dāng)一、二電壓相同時：各變壓器同時滿載時：各項同時除以額定電壓得：即各變壓器都應(yīng)有相同的短路電壓標(biāo)幺值。2、負(fù)載時各變壓器分擔(dān)的它們的電流與容量成比例，這樣，各變壓器可同時滿載，容量可充分利用。從簡化等效電路可以看出，當(dāng)一、二電壓相同時：各變壓器同時滿載213、各變壓器的負(fù)載電流都同相位。這樣，總的負(fù)載電流最小，損耗也最小。由于一、二電壓相同，要求阻抗壓降的有功分量和無功分量分別相等，若要求各變壓器的負(fù)載電流都同相位，則各變壓器的短路電阻和短路電抗的比值應(yīng)相等。也就是短路電壓的有功分量和無功分量應(yīng)分別相等。3、各變壓器的負(fù)載電流都同相位。這樣，總的負(fù)載電流最小，損耗22二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流為：總的負(fù)載電流為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流為：總23二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流分配關(guān)系為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流分配關(guān)24二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的輸出功率分配關(guān)系為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的輸出功率分配關(guān)25二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式假設(shè)各變壓器的電流都同相位，可采用阻抗的模進行計算，將下式代入功率表達(dá)式可得功率分配公式如右式所示：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式假設(shè)各變壓器的電流都同相26二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式變壓器的負(fù)載分配與各變壓器的容量成正比，與短路電壓成反比。各變壓器的短路電壓都相同時，變壓器的負(fù)載分配與額定容量成正比。此時可以使所有的變壓器同時達(dá)到滿載，總的容量將得到充分利用。各變壓器的輸出容量之間的關(guān)系也可表示為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式變壓器的負(fù)載分配與各變27二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式事實上，要使變壓器的短路電壓都相同是很難的，通常容量小的變壓器短路電壓也較小，將先達(dá)到滿載，為了不使其過載，大容量的變壓器只能運行在輕載狀態(tài)，造成容量浪費。為了使并聯(lián)運行的變壓器容量得到充分利用，應(yīng)使各變壓器的容量盡量接近，最大容量與最小容量之比不要超過3：1。二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式事實上，要使變壓器的短28一、三繞組變壓器用途：用于連接三個不同電壓等級的電網(wǎng)。結(jié)構(gòu)特點：每個鐵芯柱上有三個不同電壓等級的繞組，由外到內(nèi)的排列順序為，升壓：高—低—中；降壓：高—中—低；第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器升壓變壓器降壓變壓器一、三繞組變壓器第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器升壓變壓器降29二、自耦變壓器結(jié)構(gòu)特點：低壓繞組和高壓繞組共用部分繞組。優(yōu)缺點：節(jié)省材料效率高電壓變化率小、短路電流大需要可靠的保護措施用途：交流可調(diào)電源，交流電動機降壓起動。第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器二、自耦變壓器第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器30三、互感器分類：電壓互感器電流互感器主要功能：擴大儀表量程強電與弱電隔離為繼電保護提供控制信號主要性能指標(biāo)：測量精度第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器三、互感器第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器31結(jié)構(gòu)特點：電壓互感器：一次側(cè)匝數(shù)多，二次側(cè)匝數(shù)少。一次側(cè)并在被測回路中，二次側(cè)接儀表的高阻抗電壓線圈?？煽闯晒ぷ髟陂_路狀態(tài)。電流互感器：一次側(cè)匝數(shù)少，二次側(cè)匝數(shù)多。一次側(cè)串在被測回路中，二次側(cè)接儀表的低阻抗電流線圈。可看成工作在短路狀態(tài)。第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器結(jié)構(gòu)特點：第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器32測量原理：電壓互感器：空載時略去勵磁電流和漏阻抗壓降，則有：第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器電流互感器：略去勵磁電流，根據(jù)磁動勢平衡原理，則有：測量原理：第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器電流互感器：略33注意事項：互感器鐵芯和二次繞組的一端必須可靠接地。電壓互感器的二次側(cè)絕對不允許短路，因為巨大的短路電流可能破壞絕緣，導(dǎo)致高壓侵入低壓側(cè)，危及人身和設(shè)備安全。電流互感器的二次側(cè)絕對不允許開路，因為二次側(cè)開路使得一次電流全部為勵磁電流，使鐵芯過飽和，鐵耗急劇增大，使互感器嚴(yán)重發(fā)熱。另一方面，二次側(cè)中感應(yīng)的高電壓可能危及人身安全。第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器注意事項：第五節(jié)電力系統(tǒng)中的特種變壓器34第三章三相變壓器及運行第三章三相變壓器及運行35第一節(jié)三相變壓器的磁路一、各相磁路彼此獨立就是用三個單相變壓器構(gòu)成三相變壓器組。第一節(jié)三相變壓器的磁路一、各相磁路彼此獨立36二、各相磁路彼此相關(guān)（三相鐵芯式變壓器）二、各相磁路彼此相關(guān)（三相鐵芯式變壓器）37第二節(jié)三相變壓器的連接組一、三相變壓器繞組的接法基本接法：星形（Y）：三相末端相連三角形（D）：相鄰相首末端相連第二節(jié)三相變壓器的連接組一、三相變壓器繞組的接法38組合接法：Yy或YNy或Yyn：高壓側(cè)和低壓側(cè)都是星形接法，某一側(cè)的中性點可接地。Yd或YNd；高壓側(cè)星形接法，低壓側(cè)三角形接法，高壓側(cè)的中性點可接地。Dy或Dyn：高壓側(cè)三角形接法，低壓側(cè)星形接法，低壓側(cè)的中性點可接地。Dd：高壓側(cè)和低壓側(cè)都是三角形接法。注意：只有星形接法才有中性點。組合接法：39二、連接組別及標(biāo)準(zhǔn)連接組連接組：表示一、二次繞組電動勢相位關(guān)系的一種方法。同極性端：某一時刻高低壓繞組上極性相同的對應(yīng)端點稱為同極性端。注意：同極性端是客觀存在的，它與高低壓繞組的相對繞向有關(guān)。首末端：繞組的兩個端點，人為地指定其中一個是首端，則另一個就是末端。二、連接組別及標(biāo)準(zhǔn)連接組連接組：表示一、二次繞組電動勢相位40Ii0：同極性端同時標(biāo)為首端。Ii6：同極性端一個標(biāo)為首端，一個標(biāo)為末端。時鐘表示法：高壓電動勢看作時鐘的長針，低壓電動勢看作時鐘的短針，把代表高壓電動勢的長針固定指向12點，代表低壓電動勢的短針?biāo)傅臅r數(shù)作為繞組的組號。1、單相變壓器的連接組別Ii0：同極性端同時標(biāo)為首端。Ii6：同極性端一個標(biāo)為首412、三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別用一、二次繞組的線電勢相位差來表示。Yy連接：AXBYCZabcYy0連接2、三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別用一、二次繞組42Yy6連接Yy6連接43Yd連接三相變壓器的連接組別種類繁多，為統(tǒng)一制造，我國國標(biāo)規(guī)定只生產(chǎn)五種標(biāo)準(zhǔn)連接組：Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0，其中前三種最為常用。Yd連接三相變壓器的連接組別種類繁多，為統(tǒng)一制造，我國國44第三節(jié)三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)

對電動勢波形的影響由于磁路飽和，磁化電流為尖頂波，可以分解為基波和奇數(shù)次諧波，其中三次諧波分量最大，對變壓器的影響也最大。三次諧波電流分量分別為：特點：各相電流的三次諧波分量是同相位的！第三節(jié)三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)

對電動勢波形的影45由于三次諧波電流在時間上是同相位的，它們能否流通取決于三相繞組的連接方法。一次側(cè)YN連接：三次諧波電流可以通過N線流通，不論二次側(cè)如何連接，各相磁化電流均為尖頂波，鐵芯中的磁通為正弦波，二次側(cè)各相電動勢也為正弦波。一次側(cè)Y連接：三次諧波電流不能流通，鐵芯中的磁通波形和二次側(cè)各相電動勢波形與變壓器的構(gòu)造及二次側(cè)的連接有關(guān)。由于三次諧波電流在時間上是同相位的，它們能否流通取決于三相繞46一、Yy連接的三相變壓器組磁化電流：正弦波，因為三次諧波電流分量不能流通。鐵芯磁通：平頂波（因為磁路飽和），可以分解為基波和奇次諧波，其中三次諧波的影響較大。相電勢：尖頂波，由基波電勢和三次諧波電勢合成。一、Yy連接的三相變壓器組磁化電流：正弦波，因為三次諧波電47一、Yy連接的三相變壓器組思考：鐵芯磁通波形和相電勢波形都是主要由基波和三次諧波合成的，為什么鐵芯磁通波形是平頂波，而相電勢波形是尖頂波？一、Yy連接的三相變壓器組思考：鐵芯磁通波形和相電勢波形都48注意：由于三相變壓器組的各相有獨立的磁路，三相諧波磁通能夠通過鐵芯流通，磁阻較小，磁通較大，而且其頻率是基波的三倍，其感應(yīng)的三次電勢分量振幅可達(dá)基波的50%~60%，不但使相電勢波形嚴(yán)重畸變，而且使相電勢輻值超過允許值。所以，三相變壓器組不能接成Yy運行。注意：由于三相變壓器組的各相有獨立的磁路，三相諧波磁通能夠49二、三相鐵芯式變壓器Yy連接和Yy連接的三相變壓器組一樣，三次諧波電流分量不能流通，磁通含有三次諧波分量。只是磁通的三次諧波分量不能通過鐵芯流通，只能通過變壓器油、油箱壁合鐵軛等形成回路，其磁路磁阻較大，磁通量很小。其所感應(yīng)的諧波電勢也很小，相電勢接近于正弦波。所以，三相鐵芯式變壓器可以接成Yy形式。二、三相鐵芯式變壓器Yy連接和Yy連接的三相變壓器50二、三相鐵芯式變壓器Yy連接注意：由于三次諧波磁通經(jīng)過油箱壁等鋼件時，會在其中感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生渦流，引起油箱壁局部過熱，降低變壓器的效率。國標(biāo)規(guī)定，Yy連接的三相鐵芯式變壓器，其容量不能超過1800kVA。二、三相鐵芯式變壓器Yy連接注意：由于三次諧波磁通經(jīng)過油51三、Yd連接的三相變壓器二次側(cè)的三次諧波電動勢形成環(huán)流，該環(huán)流產(chǎn)生磁通與原有的三次諧波磁通相抵消，鐵芯磁通波形接近于正弦波，相電勢也接近于正弦波。也可以理解為產(chǎn)生正弦磁通所需要的尖頂波由一次側(cè)和二次側(cè)共同提供，一次側(cè)提供基波分量，二次側(cè)提供三次諧波分量。由于Yd連接的三相變壓器，其相電勢波形為正弦波，所以大容量的變壓器可以接成Yd連接。三、Yd連接的三相變壓器二次側(cè)的三次諧波電動勢形成環(huán)流，52四、附加三角形連接繞組的Yy變壓器大容量的變壓器如需要接成Yy形式，必須在鐵芯柱上另外安裝一套三角形連接的繞組，該繞組可以為變壓器提供勵磁所需的三次諧波電流分量。根據(jù)需要，還可以把該繞組的端點引出，成為三繞組變壓器。四、附加三角形連接繞組的Yy變壓器大容量的變壓器如需要接53第四節(jié)變壓器的并聯(lián)運行一、理想并聯(lián)運行的條件1、空載時各變壓器的二次電壓必須相等且同相位，這樣，并聯(lián)變壓器內(nèi)部才不會產(chǎn)生環(huán)流。各變壓器都應(yīng)有相同的線電壓變比。（可以保證二次線電壓大小相等）各變壓器必須有相同的電壓等級，且屬于相同的連接組。（可以保證二次電壓同相位）第四節(jié)變壓器的并聯(lián)運行一、理想并聯(lián)運行的條件54從簡化等效電路可以看出，當(dāng)一、二電壓相同時：各變壓器同時滿載時：各項同時除以額定電壓得：即各變壓器都應(yīng)有相同的短路電壓標(biāo)幺值。2、負(fù)載時各變壓器分擔(dān)的它們的電流與容量成比例，這樣，各變壓器可同時滿載，容量可充分利用。從簡化等效電路可以看出，當(dāng)一、二電壓相同時：各變壓器同時滿載553、各變壓器的負(fù)載電流都同相位。這樣，總的負(fù)載電流最小，損耗也最小。由于一、二電壓相同，要求阻抗壓降的有功分量和無功分量分別相等，若要求各變壓器的負(fù)載電流都同相位，則各變壓器的短路電阻和短路電抗的比值應(yīng)相等。也就是短路電壓的有功分量和無功分量應(yīng)分別相等。3、各變壓器的負(fù)載電流都同相位。這樣，總的負(fù)載電流最小，損耗56二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流為：總的負(fù)載電流為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流為：總57二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流分配關(guān)系為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的負(fù)載電流分配關(guān)58二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的輸出功率分配關(guān)系為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式各變壓器的輸出功率分配關(guān)59二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式假設(shè)各變壓器的電流都同相位，可采用阻抗的模進行計算，將下式代入功率表達(dá)式可得功率分配公式如右式所示：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式假設(shè)各變壓器的電流都同相60二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式變壓器的負(fù)載分配與各變壓器的容量成正比，與短路電壓成反比。各變壓器的短路電壓都相同時，變壓器的負(fù)載分配與額定容量成正比。此時可以使所有的變壓器同時達(dá)到滿載，總的容量將得到充分利用。各變壓器的輸出容量之間的關(guān)系也可表示為：二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式變壓器的負(fù)載分配與各變61二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式事實上，要使變壓器的短路電壓都相同是很難的，通常容量小的變壓器短路電壓也較小，將先達(dá)到滿載，為了不使其過載，大容量的變壓器只能運行在輕載狀態(tài)，造成容量浪費。為了使并聯(lián)運行的變壓器容量得到充分利用，應(yīng)使各變壓器的容量盡量接近，最大容量與最小容量之比不要超過3：1。二、并聯(lián)運行時負(fù)載分配的實用計算公式事實上，要使變壓器