變壓器的運行

會計學(xué)1變壓器的運行4.1變壓器的運行特性運行特性外特性：反映變壓器供電電壓的穩(wěn)定性效率特性：反映變壓器運行的經(jīng)濟性一、電壓變化率和外特性1.電壓變化率從空載到負(fù)載時二次側(cè)電壓變化的百分值：這是定義表達式，下面利用變壓器的簡化相量圖求出其參數(shù)表達式。

第1頁/共24頁稱為負(fù)載系數(shù)。

負(fù)載大小負(fù)載性質(zhì)短路阻抗有關(guān)電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標(biāo)之一，它的大小反映了變壓器供電電壓的穩(wěn)定性。

電力變壓器的額定電壓變化率在5%左右。

第2頁/共24頁2.外特性

（1）電阻負(fù)載即端電壓隨負(fù)載增加而下降。

（2）感性負(fù)載

即端電壓隨負(fù)載增加而下降，且比電阻負(fù)載時要下降的多。

（3）容性負(fù)載

即容性負(fù)載時端電壓隨負(fù)載增加可能上升。

通常電力變壓器的負(fù)載為感性負(fù)載，所以變壓器的外特性以曲線2為代表。第3頁/共24頁3.電壓調(diào)整

為保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)二次電壓。

分接開關(guān)有兩種形式：（1）在斷電情況下進行調(diào)節(jié)，稱為無載分接開關(guān)，這種調(diào)壓方式稱為無勵磁調(diào)壓；（2）在帶負(fù)荷情況下進行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)，這種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓。

中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭。第4頁/共24頁二、損耗、效率及效率特性1.變壓器的損耗由于銅耗隨負(fù)載電流平方關(guān)系而變化，故銅耗稱為可變損耗。損耗磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的局部渦流損耗等鐵耗基本鐵耗：鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗附加鐵耗：銅耗基本銅耗：電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗附加銅耗：集膚效應(yīng)引起的損耗等故鐵耗稱為不變損耗。鐵耗銅耗為額定銅耗變壓器的總損耗為第5頁/共24頁效率是表征變壓器運行性能的重要指標(biāo)，反映變壓器運行時經(jīng)濟性能的好壞。2.變壓器的效率指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值：

將代入上式得效率計算式：中、小型電力變壓器額定效率在95%以上，大型電力變壓器額定效率達99%以上。第6頁/共24頁3.變壓器的效率特性效率特性曲線形狀解釋：令，可求得變壓器達到最高效率的條件：即當(dāng)鐵耗（不變損耗）等于銅耗（可變損耗）時，變壓器的效率最高。第7頁/共24頁最高效率時的負(fù)載系數(shù)

變壓器的最高效率：

由于電力變壓器經(jīng)常處于50％～70％額定負(fù)載下運行。為了使長期輕載運行的變壓器具有最高效率，設(shè)計變壓器時應(yīng)使鐵耗小于額定銅耗，常取

＝0.5～0.7。所以，一般電力變壓器的額定效率并非是最高效率，而運行在（0.5～0.7）倍額定負(fù)載時才具有最高效率。

[例4.1.1]第8頁/共24頁4.2變壓器的并聯(lián)運行

并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運行方式。一、并聯(lián)運行的優(yōu)點

可以提高供電的可靠性：其中一臺發(fā)生故障時，其余變壓器可繼續(xù)供電。

可以提高供電的經(jīng)濟性：可根據(jù)負(fù)載大小變化，隨時調(diào)整投入并聯(lián)臺數(shù)。

可以減少備用容量和初次投資：可隨負(fù)荷不斷增加，分期安裝變壓器。

第9頁/共24頁二、并聯(lián)運行的理想條件并聯(lián)運行的理想情況是：（1）空載時各變壓器繞組之間無環(huán)流；否則將增加繞組銅損耗。（2）負(fù)載時各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等；“大馬拉大車、小馬拉小車”，充分利用。（3）負(fù)載時各變壓器的輸出電流同相位?？偟妮敵鲭娏髯畲?。（3）短路阻抗標(biāo)么值相等，短路阻抗角也相等。為了實現(xiàn)上述理想情況，變壓器并聯(lián)運行的理想條件是：各變壓器的實際并聯(lián)時，第（2）條必須滿足，（1）（3）兩條允許稍有偏差。（1）額定電壓相等，即變比相等；（2）聯(lián)結(jié)組別相同；實現(xiàn)理想情況（1）實現(xiàn)理想情況（2）（3）第10頁/共24頁三、不滿足并聯(lián)條件時的運行分析1.變比不等時并聯(lián)運行折算到二次測的簡化等效電路

則二次側(cè)引起開路電壓差

它將在兩臺變壓器二次繞組之間產(chǎn)生環(huán)流：

由于漏阻抗很小，即使不大，也會引起較大的環(huán)流。

為了控制環(huán)流不超過額定電流的5%，變比差不應(yīng)超過0.5%。

根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系，此時兩臺變壓器一次繞組也將產(chǎn)生環(huán)流，這既占用了變壓器的容量，又增加了變壓器損耗。

第11頁/共24頁2.聯(lián)結(jié)組別不同時并聯(lián)運行Y,y0與Y,d11并聯(lián)時二次側(cè)線電壓相量圖

由于短路阻抗很小,這么大的電壓差產(chǎn)生的環(huán)流將是額定電流幾倍，這會燒毀繞組。

聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器并聯(lián)運行時，二次側(cè)線電壓之間至少有相位差，將形成很大的電壓差。

例如：Y,y0與Y,d11并聯(lián)時，所以聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器絕不允許并聯(lián)。二次側(cè)的線電壓差為：第12頁/共24頁3.短路阻抗標(biāo)么值不等時并聯(lián)運行由于變比相等，聯(lián)結(jié)組別相同，此時環(huán)流為零。由圖可得即各變壓器所分擔(dān)的負(fù)載（電流）大小與其短路阻抗標(biāo)么值成反比。短路阻抗標(biāo)么值不等時并聯(lián)運行的簡化等效電路

為了能充分利用變壓器的容量，理想的負(fù)載分配是各負(fù)載系數(shù)相等，這就要求各臺變壓器的短路阻抗標(biāo)值相等。第13頁/共24頁兩臺變壓器同時滿載或同時以同樣的程度欠載，負(fù)載分配合理，容量充分利用。

負(fù)載分配不合理，容量得不到充分利用。這種情況下，變壓器的容量得不到充分利用，是不經(jīng)濟的。通常要求各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值相差不應(yīng)超過其平均值的10％。負(fù)載分配不合理。

因此，當(dāng)不等的變壓器并聯(lián)運行時，為了不使任何一臺變壓器過載運行，應(yīng)使小的變壓器處于滿載運行，其它變壓器只能處于欠載運行。

第14頁/共24頁各變壓器的輸出電流是否同相位，與它們的短路阻抗角有關(guān)：

總電流為各變壓器輸出電流的代數(shù)和（最大）。

總電流為各變壓器輸出電流的相量和（減?。?/p>

通常，變壓器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并聯(lián)運行變壓器的最大容量與最小容量之比不超過3:1。

為了使各臺變壓器輸出電流同相位，要求各變壓器的短路阻抗角相等。

實際上，當(dāng)短路阻抗角相差以內(nèi)時，電流的相量和與代數(shù)和之間相差很小，故一般可不考慮阻抗角的影響，即認(rèn)為二次電流是同相位的。

第15頁/共24頁四、并聯(lián)運行時的負(fù)載分配計算設(shè)n臺變壓器并聯(lián)運行，其聯(lián)結(jié)組別和變比均相同，但短路阻抗標(biāo)么值不等。各臺變壓器所分擔(dān)負(fù)載大小的計算公式：若要求任一臺變壓器都不過載，可令最小的變壓器的

變壓器的設(shè)備利用率:越高，運行經(jīng)濟性越好。

［例4.2.1］第16頁/共24頁*4.3變壓器空載合閘電流變壓器的穩(wěn)態(tài)空載電流很小，一般只有額定電流的2%～10％。空載合閘時，一次側(cè)電壓方程為

忽略

變壓器空載合閘時，空載電流在一次繞組（電感線圈）中出現(xiàn)過渡過程，可能出現(xiàn)很大的沖擊電流（勵磁涌流），可達額定電流的幾倍。第17頁/共24頁穩(wěn)態(tài)分量

暫態(tài)分量

穩(wěn)態(tài)時磁通的最大值

即當(dāng)電壓瞬時值為最大時進行合閘，磁通為

此時，,說明合閘后磁通將不經(jīng)歷過渡過程而立即進入穩(wěn)態(tài)，空載合閘電流也不經(jīng)歷過渡過程而立即進入穩(wěn)態(tài)，不出現(xiàn)勵磁涌流。

第18頁/共24頁

即當(dāng)電壓瞬時值為0時進行合閘，磁通為

在合閘以后半個周期瞬間

磁通達到最大值

此時變壓器鐵心處于深度飽和，空載合閘電流急劇增加，即出現(xiàn)勵磁涌流由于的存在，是衰減的，衰減快慢由一次繞組時間常數(shù)決定。

勵磁涌流對變壓器本身沒有危害，可能引起過電流保護裝置誤動作，使變壓器不能正常合閘。為此常加裝重合閘裝置。第19頁/共24頁*4.4變壓器的突然短路一、突然短路電流突然短路時的電壓方程式為解為變壓器發(fā)生突然短路故障時，短路電流將經(jīng)歷一個暫短的過渡過程，突然短路電流可達（20～30）IN。而穩(wěn)態(tài)短路電流為（10～20）IN。穩(wěn)態(tài)分量

暫態(tài)分量為穩(wěn)態(tài)短路電流為短路時間常數(shù)

第20頁/共24頁

即當(dāng)電壓瞬時值為最大時發(fā)生突然短路，則此時，，表示突然短路一發(fā)生就立刻進入穩(wěn)態(tài)