發(fā)電廠電氣部分第十章電力變壓器的運行

發(fā)電廠變電所電氣主系統(tǒng)第十章電力變壓器的運轉(zhuǎn)<發(fā)電廠電氣部分>課題組電力工程學院電氣工程系1第一節(jié)概述電力變壓器是發(fā)電廠和變電站中重要元件之一。隨著電力系統(tǒng)的擴展和電壓等級的提高，在電能保送過程中，電壓轉(zhuǎn)換〔升壓和降壓〕層次有增多的趨勢，要求系統(tǒng)中變壓器的總容量已由過去的5～7倍發(fā)電總容量，添加至9～10倍。電力變壓器的效率雖然很高〔99.5％〕，但系統(tǒng)中每年變壓器總能量損耗仍是一個很大的數(shù)目。因此，盡量減少變壓層次，經(jīng)濟而合理地利用變壓器容量，改善網(wǎng)絡構造，提高變壓器的可靠性，仍是當前電力變壓器運轉(zhuǎn)中的主要課題。第十章電力變壓器的運轉(zhuǎn)2電力變壓器可制成雙繞組和三繞組，少數(shù)是四繞組的。目前，在中性點直接接地系統(tǒng)中，廣泛運用自耦變壓器；由于限制短路電流的需求，分裂繞組變壓器也得到運用。電力變壓器的主要參數(shù)有額定容量、額定電壓、額定變比、額定頻率、阻抗電壓百分數(shù)等。一、電力變壓器負荷超越銘牌額定容量運轉(zhuǎn)時的效應電力變壓器的額定容量含義：在規(guī)定的環(huán)境溫度下，長時間地按這種容量延續(xù)運轉(zhuǎn)，就能獲得經(jīng)濟合理的效率和正常預期壽命〔約20～30年〕。換句話說，變壓器的額定容量是指長時間所能延續(xù)輸出的最大功率。第一節(jié)概述3變壓器負荷才干系指在短時間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，它能夠超越額定容量。負荷才干的大小和繼續(xù)時間決議于：①變壓器的電流和溫度能否超越規(guī)定的限值。②在整個運轉(zhuǎn)期間，變壓器總的絕緣老化能否超越正常值，即在過負荷期間絕緣老化能夠多一些，在欠負荷期間絕緣老化要少一些，只需二者相互補償，總的不超越正常值，能到達正常預期壽命即可。第一節(jié)概述4電力變壓器的負荷超越額定值運轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生以下效應：〔1〕繞組、線夾、引線、絕緣部分及油的溫度將會升高，且有能夠到達不允許的程度?！?〕鐵心外的漏磁通密度將添加，使耦合的金屬部分出現(xiàn)渦流，溫度增高?！?〕溫度增高，使固體絕緣和油中的水分和氣體成分發(fā)生變化。〔4〕套管、分接開關、電纜終端頭和電流互感器等遭到較高的熱應力，平安裕度降低?！?〕導體絕緣機械特性受高溫的影響，熱老化的累積過程將加快，使變壓器的壽命縮短。第一節(jié)概述5為了能對電力變壓器在預期運轉(zhuǎn)方式下規(guī)定某一合理的危險程度，國際電工規(guī)范(IEC-354)思索以下三種類型的變壓器：〔1〕配電變壓器(2500kV?A及以下)，只需思索熱點溫度和熱老化。〔2〕中型電力變壓器(額定容量不超越100MV?A)，其漏磁通的影響不是關鍵性的，但必需思索冷卻方式的不同?！?〕大型電力變壓器(額定容量超越100MV?A)，其漏磁通的影響很大，缺點后果很嚴重。第一節(jié)概述6二、電力變壓器負荷超越額定容量運轉(zhuǎn)時的限值表10-1電力變壓器負荷超越額定容量時的溫度和電流的限值負荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通常周期性負荷電流(標幺值)熱點溫度及與絕緣材料接觸的金屬部件的溫度(℃)頂層油溫(℃)1.51401051.51401051.3120105

長期急救周期性負荷電流(標幺值)熱點溫度及與絕緣材料接觸的金屬部件的溫度(℃)頂層油溫(℃)1.81501151.51401151.3130115

短時急救周期性負荷電流(標幺值)熱點溫度及與絕緣材料接觸的金屬部件的溫度(℃)頂層油溫(℃)2.0－－1.81601151.5160115第一節(jié)概述7一、發(fā)熱和冷卻過程電力變壓器運轉(zhuǎn)時，其繞組和鐵心中的電能損耗都將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使變壓器各部分的溫度升高，這些熱量大多以傳導和對流方式向外分散。所以，變壓器運轉(zhuǎn)時，各部分的溫度分布極不均勻。圖10-1表示油浸式變壓器各部分的溫升分布。圖10-l油浸式變壓器各部分的溫升分布第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻8它的散熱過程如下：〔1〕熱量由繞組和鐵心內(nèi)部以傳導方式傳至導體或鐵心外表，如圖中曲線1-2部分，通常為幾攝氏度。〔2〕熱量由鐵心和繞組外表以對流方式傳到變壓器油中〔如曲線2-3〕，約為繞組對空氣溫升的〔20～30〕％?！?〕繞組和鐵心附近的熱油經(jīng)對流把熱量傳到油箱或散熱器的內(nèi)外表，如曲線4-5。這部分所占比重不大?！?〕油箱或散熱器內(nèi)外表熱量經(jīng)傳導散到外外表，如曲線5-6。這部分不會超越〔2～3〕℃?！?〕熱量由油箱壁經(jīng)對流和輻射散到周圍空氣中，如曲線6-7。這部分所占比重較大，約占總溫升的〔60～70〕％。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻9從上述散熱過程中，可以歸納以下幾個特點：〔1〕鐵心、高壓繞組、低壓繞組所產(chǎn)生的熱量都傳給油，它們的發(fā)熱互不關聯(lián)，而只與本身損耗有關?！?〕在散熱過程中，會引起各部分的溫度差別很大。繞組的溫度最高，溫度的最熱點在高度方向的70％～75％處，而沿徑向，那么溫度最熱的地方位于線圈厚度〔自內(nèi)徑算起〕的1/3處?！?〕大容量電力變壓器的損耗量大，單靠箱壁和散熱器已不能滿足散熱要求，往往需采用強迫油循環(huán)風冷或強迫油循環(huán)水冷，使熱油經(jīng)過強風〔水〕冷卻器冷卻后，再用油泵送回變壓器。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻10二、電力變壓器的溫升計算電力變壓器長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，各部分溫升到達穩(wěn)定值，在額定負荷時的溫升為額定溫升。由于發(fā)熱很不均勻，各部分溫升通常都用平均溫升和最大溫升計算。繞組或油的最大溫升是指其最熱處的溫升，而繞組或油的平均溫升是指整個繞組或全部油的平均溫升。表10-2列出我國規(guī)范規(guī)定的在額定運用條件下變壓器各部分的允許溫升。額定運用條件為：最高氣溫+40℃；最高日平均氣溫+30℃；最高年平均氣溫+20℃；最低氣溫－30℃。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻11表10-2變壓器各部分的允許溫升〔℃〕冷卻方式自然油循環(huán)強迫油循環(huán)風冷導向強迫油循環(huán)風冷繞組對空氣的平均溫升656570繞組對油的平均溫升213030頂層油對空氣的溫升554045油對空氣的平均溫升443540第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻12圖10-3示出變壓器油和繞組溫升沿高度的分布圖。圖中AB、CD分別表示油溫升和繞組導線的溫升。如下圖，從底部到頂部，油溫升和繞組溫升都呈線性添加，AB和CD相互平行，也就是說，在不同高度，繞組對油的溫差是一常數(shù)，在圖上用g表示，因此計算此繞組對空氣溫升時，可用繞組對油的溫升和油對空氣溫升相加。由于雜散損耗添加，同時為了留有一定裕度，計算繞組最熱點溫度應比繞組頂部導線的平均溫度高一些，計算時用繞組最熱點溫度與繞組頂部的油溫之差τg表示。圖10-3變壓器溫升分布圖第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻13在額定負荷時，對于油浸變壓器，頂層油的溫升等于55℃〔B點〕，油平均溫度約為最大值的80％，即44℃〔N點〕，繞組平均溫升等于65℃〔M點〕，AB和CD的程度間隔，即g值為21℃，繞組最熱點的溫升，大約比平均溫升高13℃，那么繞組最熱點對油的溫升τg為23〔＝44＋21＋13－55〕℃。假設變壓器的負荷與額定負荷不同，溫升將需計算和修正。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻14三、穩(wěn)態(tài)溫度的計算〔1〕自然油循環(huán)冷卻〔ON〕。在任何負荷下，繞組熱點溫度等于環(huán)境溫度、溫升以及熱點與頂層油之間溫差之和，即〔10-3〕θh為熱點溫度(不思索導線電阻影響)；θ0為環(huán)境溫度；其他符號同前。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻15〔2〕強迫油循環(huán)冷卻〔OF〕。頂層油溫等于底層油溫加上平均油溫與底層油溫之差的二倍。因此計算時，以底層油溫暖油平均溫度作根底，熱點溫度等于環(huán)境溫度，底層油溫升，繞組頂部油溫與底層油溫之差，以及繞組頂部油溫與熱點溫度之差的總合，即〔10-4〕τbN為額定負荷下底層油溫升；τavN為額定負荷下油平均溫升。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻16〔3〕強迫油循環(huán)導向冷卻(OD)。對于這種冷卻方式，根本上與OF冷卻方式一樣，但思索到導線電阻的溫度變化，應加上一個校正系數(shù)，即＝θh＋0.15〔θh－θhN〕〔10-5〕為熱點溫度(思索導線電阻影響)；θhN為額定負荷下繞組熱點溫度；θh為K負荷率條件下繞組熱點溫度。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻17四、電力變壓器的暫態(tài)溫度計算在電力變壓器運轉(zhuǎn)過程中，負荷不斷改動，環(huán)境溫度也有所變化，因此變壓器的溫升是瞬變的，遠遠沒有到達穩(wěn)定。在此情形下，任何負荷條件的變化都可看成一個階躍函數(shù)。假設負荷的變化是階段性的，如圖10-4所示的矩形負荷圖，它是一個上升階躍函數(shù)和另外一個與其有一定延時的下降階躍函數(shù)組成；假設是延續(xù)變化的負荷，階躍函數(shù)是以較小的時間間隔依次施加的。對于前者，可用暫態(tài)發(fā)熱公式依次推算，對于后者必需用計算機程序計算。第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻18圖10-4變壓器二階段負荷和各部分的溫升變化曲線第二節(jié)電力變壓器的發(fā)熱和冷卻19一、變壓器的熱老化定律電力變壓器大多運用A級絕緣〔油浸電纜紙〕，在長期運轉(zhuǎn)中由于遭到大氣條件和其他物理化學作用的影響，使絕緣資料的機械、電氣性能衰減，逐漸失去其初期所具有的性質(zhì)，產(chǎn)生絕緣老化景象。變壓器的絕緣老化，主要是由于溫度、濕度、氧氣和油中的劣化產(chǎn)物的影響，其中高溫是促成老化的直接緣由。運轉(zhuǎn)中絕緣的任務溫度愈高，引起機械強度和電氣強度喪失得愈快，即絕緣的老化速度愈大，變壓器的預期壽命也愈短。根據(jù)研討結果，在80～140℃范圍內(nèi)，變壓器的預期壽命和繞組熱點溫度的關系為第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化20〔10-9〕z為變壓器的預期壽命；θ為變壓器繞組熱點的溫度；A為常數(shù)，與很多要素有關，如纖維制品的原始質(zhì)量〔原資料的組成和化學添加劑〕以及絕緣中的水份和游離氧等；P為溫度系數(shù)，在一定范圍內(nèi)，它能夠是常數(shù)，但和纖維質(zhì)量等要素無關。第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化21如今尚沒有一個簡單的準那么來判別變壓器的真正壽命，通常用預期壽命來判別。普通以為：當變壓器絕緣的機械強度降低至其額定值15％～20％時，變壓器的預期壽命即算終止。因此在工程上通常用相對預期壽命z*和相對老化率υ來表示變壓器的老化程度。對于規(guī)范變壓器，在額定負荷和正常環(huán)境溫度下，熱點溫度的正?；鶞手禐?8℃，此時變壓器能獲得正常預期壽命20～30年。也就是說，此時變壓器的老化率假定為1。根據(jù)式〔10-9〕計算，正常預期壽命為〔10-10〕第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化22用Z/ZN的比例表示恣意溫度θ時的相對預期壽命，那么〔10-11〕其倒數(shù)稱為相對老化率υ，即υ＝〔10-12〕計算時，用基數(shù)2替代e較為方便，那么υ＝〔10-13〕式中,

〔10-14〕

第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化23研討闡明：▽為6℃左右。這意味著繞組溫度每添加6℃，老化率加倍，此即所謂熱老化定律〔絕緣老化的6℃規(guī)那么〕。根據(jù)老化率公式可計算在各溫度下的老化率，列于表10-4。表10-4各溫度下的老化率溫度（℃）80869298104110116122128134140老化率v0.1250.250.51.0248163264128第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化24二、等值老化原那么等值老化原那么就是使變壓器在一定時間間隔T〔一年或一晝夜〕內(nèi)絕緣老化或所損耗的壽命等于一常數(shù)，這個常數(shù)應相當于繞組溫度在整個時間間隔T內(nèi)為恒定溫度98℃時變壓器所損耗的壽命，即〔10-15〕只需使變壓器在溫度較高的時間內(nèi)所多損耗的壽命〔或預期壽命〕，與變壓器在溫度較低時間內(nèi)所少損耗的壽命相互補償，這樣變壓器的預期壽命可以和恒溫98℃運轉(zhuǎn)時等值。第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化25實踐上，為了判別變壓器在不同負荷下絕緣老化的情況，或在欠負荷期間變壓器負荷才干的利用情況，通常將式〔10-15〕左右兩端的比值〔即變壓器在某一段時間間隔內(nèi)實踐所損耗的壽命對繞組溫度維持恒定98℃時所損耗壽命的比值〕稱為絕緣老化率υ，即υ=〔10-16〕顯然，如υ>1，那么變壓器的老化大于正常老化，預期壽命大為縮短；假設υ<1，變壓器的負荷才干未得到充分利用。因此，在一定時間間隔內(nèi)，維持變壓器的老化率接近于1，是制定變壓器負荷才干的主要根據(jù)。υ=

第三節(jié)電力變壓器的絕緣老化26一、等值空氣溫度等值空氣溫度就是指某一空氣溫度，在一定時間間隔內(nèi)如維持此溫度不變，當變壓器帶恒定負荷時，絕緣所蒙受的老化等于空氣溫度自然變化時和同樣恒定負荷情況下的絕緣老化，用算式表示為〔10-17〕或〔10-18〕制定變壓器的正常過負荷才干，在思索環(huán)境溫度和負荷變化的影響時，通常用等值空氣溫度替代實踐變化的空氣溫度，將實踐負荷曲線歸算成等值階段負荷曲線。第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷27δeq為等值空氣溫度；δt為在各個短時間間隔Δt時空氣的平均瞬時溫度〔δt＝δ1,δ2,…,δn〕；T為某個時間間隔〔通常為一年，一季度或一晝夜〕?？諝鉁囟鹊娜栈蚰曜匀蛔兓€，可近似地以為是正弦曲線，也可用下式表示〔10-19〕δav為在時間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度；Δδ為在該時間間隔內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差。那么δeq為δeq＝δav＋Δ〔10-20〕Δ為溫度差，Δ＝f〔Δδ〕。第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷28由于高溫時絕緣老化的加速遠較低溫時絕緣老化的延緩為大，因此等值空氣溫度δeq不同于平均溫度，它比平均氣溫大一個Δ數(shù)值，Δ數(shù)值按照氣溫變化的規(guī)律及其變化范圍而不同，氣溫變化范圍Δδ愈大，那么Δ值愈大，Δ永遠是正值；如氣溫變化是正弦曲線，Δ＝f〔Δδ〕曲線示于圖10-9。圖10-9Δ＝f〔Δδ〕關系曲線第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷29變壓器繞組和油都具有熱容量，因此繞組溫度變化往往落后于空氣溫度的變化，其變化范圍也較小。根據(jù)閱歷和計算，繞組溫度變化范圍只需空氣溫度變化范圍的80％左右。根據(jù)這個數(shù)據(jù)，曾計算過全國主要城市的年等值空氣溫度。結果闡明，年等值空氣溫度約比年平均溫度高3～8℃。所以我國變壓器的額定容量不用根據(jù)氣溫情況加以修正，但在思索過負荷才干時應思索等值空氣溫度的影響。二、等值負荷曲線的計算計算繞組熱點溫度時，將實踐負荷曲線歸算成二階段或多階段負荷曲線，見圖10-10。歸算的原那么是：等值負荷期間所產(chǎn)生的熱量與實踐負荷運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量等值?！?0-21〕第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷30Ki為i階段等值負荷系數(shù)；Ii為i階段內(nèi)負荷電流值；ti為i階段繼續(xù)時間圖10-10等值負荷曲線第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷31三、電力變壓器正常允許過負荷正常允許過負荷是以不犧牲電力變壓器正常壽命為原那么，所以必需根據(jù)環(huán)境溫度、實踐負荷曲線以及變壓器的數(shù)據(jù)，計算變壓器的老化率υ。假設υ≤1，闡明過負荷在允許范圍內(nèi)；假設υ>1，那么不允許正常過負荷。除此之外，繞組熱點溫度和電流等都不得超越其限值。圖10-11〔a〕和〔b〕分別表示自然油循環(huán)和強迫油循環(huán)變壓器在日等值空氣溫度為+20℃時的過負荷曲線。圖中K1和K2分別表示兩段負荷曲線〔如圖10-10所示〕中低負荷和高負荷的負荷率。T為過負荷的允許繼續(xù)時間，利用過負荷曲線，很容易求出對應于允許繼續(xù)時間的允許過負荷，但自然油循環(huán)的變壓器過負荷不應超越50％，強迫油循環(huán)的變壓器過負荷不應超越30％。第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷32圖10-11正常過負荷曲線圖〔a〕自然油循環(huán)的變壓器；〔b〕強迫油循環(huán)的變壓器第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷33四、電力變壓器的事故過負荷當系統(tǒng)發(fā)惹事故時，保證不延續(xù)供電是首要義務，所以事故過負荷和正常過負荷不同，它是以犧牲變壓器壽命為代價的，絕緣老化率允許比正常過負荷時高得多。但是確定事故過負荷時，同樣要思索到繞組最熱點的溫度不要過高，防止引起事故擴展。和正常過負荷一樣，變壓器事故過負荷時繞組最熱點的溫度不得超越140℃，負荷電流不得超越額定值的2倍。國際電工技術委員會(IEC)沒有嚴厲規(guī)定允許事故過負荷的詳細數(shù)值，而是列出了事故過負荷時變壓器壽命相當于正常老化時所犧牲的天數(shù)。運轉(zhuǎn)人員可參照變壓器過去運轉(zhuǎn)情況、當?shù)氐牡戎悼諝鉁囟纫约跋到y(tǒng)對事故過負荷的要求等情況靈敏掌握。表10-5列出了自然油循環(huán)和風冷油循環(huán)的變壓器事故過負荷時所犧牲的天數(shù)。第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷34表中K1表示事故過負荷前等值負荷率；K2表示事故過負荷倍數(shù)；“+〞號闡明即使在最低氣溫條件下也不允許運轉(zhuǎn)；數(shù)字后面如附有A、B、C、D，那么分別闡明在最高等值空氣溫度為+30、+20、+10、0℃時允許運轉(zhuǎn)。K2K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.40.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.0010.0010.0010.0020.0030.0040.0070.0140.0290.0660.1580.397A1.05B2.88C0.0040.0050.0050.0060.0080.0120.0190.0340.0690.1500.353A0.876B2.29C6.27D0.0260.0270.0290.0320.0390.0490.0690.1120.2050.424A0.958B2.33C6.00D+0.0790.0830.0910.1020.1230.1620.2420.416A0.815B1.78B4.25C10.8D+0.2660.2830.3100.3560.4390.6040.953A1.74B3.63C8.38D++1.01.071.181.381.75A2.52B4.20C8.15C18.0D++1.074.505.03A5.97B7.81B11.7C20.7D+++4.1819.3A20.9B23.6B28.6C38.6D++++99.0D108C123D+++++558D++++++表10-5自然油循環(huán)和風冷油循環(huán)的變壓器在不同事故過負荷1h所犧牲的天數(shù)〔天〕第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷35上表中所列犧牲天數(shù)系指等值空氣溫度為+20℃時的數(shù)值，如等值空氣溫度不是+20℃，應乘以有關系數(shù)，見表10-6。表10-6等值空氣溫度不同于+20℃時的校正系數(shù)等值空氣溫度（℃）403020100校正系數(shù)103.210.320.1第四節(jié)電力變壓器的正常過負荷和事故過負荷36在電力系統(tǒng)中，三繞組變壓器通常運用在以下場所：〔1)在發(fā)電廠內(nèi)，除發(fā)電機電壓外，有兩種升高電壓與系統(tǒng)銜接或向用戶供電。〔2)在具有三種電壓的降壓變電站中，需求由高壓向中壓和低壓供電，或高壓和中壓向低壓供電。〔3)在樞紐變電站中，兩種不同電壓等級的系統(tǒng)需求相互銜接?！?)在星形-星形結合的變壓器中，需求一個三角形銜接的第三繞組。第五節(jié)多繞組變壓器和第三繞組37一、三繞組變壓器的運轉(zhuǎn)特點三繞組變壓器和雙繞組變壓器的原理一樣，但由于多一個繞組，構成以下特點：〔1〕運轉(zhuǎn)方式和容量匹配。三個繞組可以有多種運轉(zhuǎn)方式：如高壓-中壓；高壓-低壓；高壓同時向中、低壓送電(或反之)等等。根據(jù)運轉(zhuǎn)要求，三個繞組的容量可以相等，也可以不相等。按我國規(guī)范，三繞組變壓器高-中-低壓繞組額定容量的百分比有三種類型，即100％／100％／100％、100％／100％／50％和100％／50％／100％。在運轉(zhuǎn)時，一個繞組的負荷等于其他兩個繞組負荷的相量和，但不得超越各自的額定容量。第五節(jié)多繞組變壓器和第三繞組38〔2〕漏抗和等值電路。由于三個繞組在磁路上相互耦合，所以每個繞組都有自感和與其他繞組之間的互感。這樣在任一個繞組的電路的電壓方程式中就必然包括本身的自感電動勢和與其他繞組之間的互感電動勢。等值電路圖示于圖10-13。圖中的x1，x2，x3與雙繞組變壓器中的x意義有所不同，它們并不代表各自繞組的漏電抗，而是代表由各繞組的電抗和各繞組之間的互感電抗組合而成的一個等值電抗。圖10-13三繞組變壓器等值電路圖第五節(jié)多繞組變壓器和第三繞組39從等值電路中也可看出：三個繞組的電路是彼此關聯(lián)的，在運轉(zhuǎn)時，一個繞組負荷電流的變化將會影響另外繞組的電壓；同時，一個繞組的遲后電流在某些情況下，還能夠引起另一個或幾個繞組電壓升高?！?〕升壓型和降壓型構造。三繞組變壓器通常采用同心式繞組，繞組的陳列在制造上有兩種組合方式：升壓型和降壓型。高壓繞組總是陳列在最外層，升壓型的陳列為：鐵心-中壓繞組-低壓繞組-高壓繞組，高壓繞組-中壓繞組之間的阻抗最大。降壓型的陳列為：鐵心-低壓繞組-中壓繞組-高壓繞組，高壓繞組-低壓繞組之間的阻抗最大。降壓型變壓器中的無功損耗約為升壓型的160％～170％。因此升壓型通常運用在低壓向高壓送電(或反之)為主的場所，降壓型普通用在高壓向中壓供電為主、低壓供電為輔的場所。第五節(jié)多繞組變壓器和第三繞組40二、第三繞組在星形-星形結合的變壓器中通常裝有三角形第三繞組，它的作用如下：〔1〕減小3次諧波電壓分量?！?〕允許對不平衡的三相負荷供電。三相不平衡負荷通?？煞纸鉃橐粋€平衡的三相負荷與一個單相負荷或兩個單相負荷。不對稱的負荷在三角形帶三繞組內(nèi)構成的平衡電流防止了不正常的電壓降?！?〕除主負荷外，給輔助負荷供電。第三繞組通常制成6～35kV電壓，用來向附近地域供電，及供發(fā)電廠的廠用啟動/備用電源或用來銜接發(fā)電機、調(diào)相機等。第五節(jié)多繞組變壓器和第三繞組41一、自耦變壓器的特點自耦變壓器是一種多繞組變壓器，其特點就是其中兩個繞組除有電磁聯(lián)絡外，在電路上也有聯(lián)絡。因此，當自耦變壓器用來聯(lián)絡兩種電壓的網(wǎng)絡時，一部分傳輸功率可以利用電磁聯(lián)絡，另一部分可利用電的聯(lián)絡，經(jīng)濟效高。自耦變壓器的主要缺陷是：①由于一、二次繞組之間電的聯(lián)絡，致使較高的電壓易于傳送到低壓電路，所以低壓電路的絕緣必需按較高電壓設計。②由于一、二次繞組之間電的聯(lián)絡，每相繞組有一部分又是共有的，所以一、二次繞組之間的漏磁場較小，電抗較小，短路電流和它的效應就比普通雙繞組變壓器要大。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式42圖10-18表示單相自耦變壓器的原理圖。(一〕自耦變壓器的額定容量和規(guī)范容量第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式43如略去變壓器的損耗和磁化電流，可以以為：一次側的輸入功率等于二次側的全部輸出功率，這個功率的極限值稱為自耦變壓器的額定容量或稱經(jīng)過容量，即〔10-25〕由上式可以看出：經(jīng)過自耦變壓器的傳輸功率由兩部分組成：一部分是上式的前一項，即，表示經(jīng)過串聯(lián)繞組由電路直接傳輸?shù)蕉蝹鹊墓β?；另一部分即上式的第二項，表示?jīng)過公共繞組由電磁聯(lián)絡傳輸?shù)蕉蝹鹊墓β省Ｔ谧择钭儔浩髦?，由電磁?lián)絡傳輸?shù)淖畲蠊β史Q為自耦變壓器的規(guī)范容量。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式44圖10-19表示兩臺變壓器鐵心一樣，但接線不同。圖10-19〔a〕為普通變壓器，圖10-19〔b〕為自耦變壓器。比較圖10-19〔a〕和〔b〕兩種情況，可以看出：兩者電磁功率一樣，即規(guī)范容量一樣，故鐵心和繞組的截面、尺寸、分量都完全相等，但經(jīng)過容量不等，普通變壓器的經(jīng)過容量等于規(guī)范容量，即為，而自耦變壓器的經(jīng)過容量為〔或，忽略損耗〕，兩者相比，得〔10-26〕Kb為自耦變壓器的效益系數(shù)，即規(guī)范容量對經(jīng)過容量的比值，其值小于1。(二〕自耦變壓器的效益系數(shù)第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式45圖10-192臺電磁功率相等的變壓器接線圖〔a〕普通變壓器；〔b〕自耦變壓器第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式46效益系數(shù)Kb是表示自耦變壓器特點的重要系數(shù)。Kb愈小，闡明自耦變壓器的經(jīng)過容量比同樣普通變壓器的顯得愈大，在一定經(jīng)過容量的條件下，自耦變壓器的規(guī)范容量可以制造得愈小，損耗和短路阻抗也顯得愈小，經(jīng)濟效益就愈大。Kb和變壓比k12有關，k12愈小，即一次電壓和二次電壓相差不大時，Kb值那么愈小，自耦變壓器的經(jīng)濟效益也越大；普通自耦變壓器都運用在變壓比為3:1范圍以內(nèi)。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式47第三繞組的容量，根據(jù)其用途有所不同。假設僅用來補償3次諧波電流，那么其容量大小或繞組的截面大小，應能滿足低壓側短路時的熱穩(wěn)定和電動力穩(wěn)定的要求，普通為規(guī)范容量的1/3左右。假設還用來銜接發(fā)電機或調(diào)相機，第三繞組的容量應該等于其規(guī)范容量，但不得大于規(guī)范容量，由于自耦變壓器的鐵心截面和尺寸，是根據(jù)其電磁功率，即規(guī)范容量設計的。(三〕自耦變壓器的第三繞組圖10-20具有第三繞組的三相自耦變壓器第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式4810-21降壓型自耦變壓器繞組布置圖第三繞組在鐵心中陳列的位置，與自耦變壓器是升壓型還是降壓型有關。降壓型自耦變壓器，主要功率是從高壓側流向中壓側，所以，第三繞組應與公共繞組并聯(lián)接近串聯(lián)繞組，這樣可使高中壓側短路阻抗最小〔見圖10-21〕。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式49圖10-22升壓型自耦變壓器繞組布置圖升壓型自耦變壓器，功率是由低壓側流向高壓和中壓側，所以，低壓繞組〔第三繞組〕應陳列在串聯(lián)繞組和公共繞組中間，以便得到最小的短路阻抗〔見圖10-22〕。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式50自耦變壓器的特點之一，就是在高壓側和中壓側之間具有電氣銜接，這樣就具備了過電壓從一個電壓等級電網(wǎng)向另一個電壓等級電網(wǎng)轉(zhuǎn)移的能夠性。處置過電壓的措施：要求自耦變壓器的中性點必需直接接地，或者經(jīng)過小電抗接地，以防當自耦變壓器高壓側發(fā)生單相接地時，在中壓繞組其他兩相出現(xiàn)過電壓。(四〕自耦變壓器的過電壓問題假設中性點不接地，當高壓側發(fā)生a相接地時，其他兩相〔b、c相〕中壓繞組的相電壓為〔10-27〕第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式51二、自耦變壓器的運轉(zhuǎn)方式自耦變壓器有兩種運轉(zhuǎn)方式，即自耦運轉(zhuǎn)方式〔只在高－中壓側有交換功率〕和結合運轉(zhuǎn)方式〔除高－中壓側有交換功率外，高－低壓側或中－低壓側也有交換功率〕。自耦運轉(zhuǎn)方式比較簡單，結合運轉(zhuǎn)方式那么比較復雜。結合運轉(zhuǎn)方式時，自耦變壓器公共繞組和串聯(lián)繞組上的電流可以為由兩個分量組成：①一個電流分量相當于自耦運轉(zhuǎn)時，從高壓側流向中壓側的電流〔或者相反〕；②另一個電流分量相當于第三繞組經(jīng)過變壓方式〔即電磁感應〕傳送的電流。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式52三繞組自耦變壓器的結合運轉(zhuǎn)方式，最典型的有兩種：〔1〕運轉(zhuǎn)方式一。高壓側同時向中壓側和低壓側送電，或低壓側和中壓側同時向高壓側送電，見圖10-24〔a〕。圖10-24(a)第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式53串聯(lián)繞組中的負荷為(10-28)公共繞組的負荷為(10-29)在此運轉(zhuǎn)方式下，串聯(lián)繞組的電流較大，所以，最大傳輸功率遭到串聯(lián)繞組容量的限制。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式54〔2〕運轉(zhuǎn)方式二。中壓側同時向高壓側和低壓側〔或高壓側和低壓側同時向中壓側〕送電，見圖10-24〔b〕。圖10-24(b)第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式55串聯(lián)繞組中的負荷為(10-30)公共繞組的負荷為(10-31)在這種運轉(zhuǎn)方式下，最大傳輸功率遭到公共繞組容量的限制。在此情形下，值得留意的是：當?shù)蛪簜认蛑袎簜鹊膫鬏敼β实竭_自耦變壓器的規(guī)范容量時，高壓側不能再向中壓側傳輸任何功率。換句話說，在這種運轉(zhuǎn)方式下，用變壓方式傳輸功率到達規(guī)范容量時，就不允許用自耦方式傳輸功率，否那么，公共繞組就要過負荷。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式56三、自耦變壓器的有功功率損耗普通三繞組變壓器的有功功率損耗可利用星形等值電路圖〔圖10-25〕來計算，根據(jù)短路實驗結果，列出每一支路的額定短路損耗，計算式為〔10-32〕普通三繞組變壓器總的有功損耗〔10-33〕第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式57圖10-25三繞組變壓器短路損耗等值電路圖三繞組自耦變壓器的有功損耗，在計算△P1、△P2、△P3時，應將△P1-3、△P2-3歸算到以自耦變壓器的額定容量為基準，即△P1-3、△P2-3值應除以a系數(shù)的平方?！瞐=SN3/SN，即低壓繞組額定容量SN3對自耦變壓器額定容量SN之比值〕。求總的有功損耗時，有時也可分別求出公共繞組〔c繞組〕，串聯(lián)繞組〔s繞組〕和第三繞組〔t繞組〕的有功損耗，然后相加。第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式58根據(jù)短路實驗[如圖10-26的〔a〕、〔b〕所示]，有關繞組間的短路損耗為〔10-34〕〔10-35〕圖10-26自耦變壓器短路實驗接線圖第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式59圖10-26〔c〕和〔d〕分別表示串聯(lián)繞組－第三繞組和高壓繞組－第三繞組間的短路實驗接線圖。〔10-36〕每個繞組中的損耗，也可以從每兩個繞組間的損耗，即△PC-S、△Pc-t、△Ps-t中推算出來，即〔10-37〕〔10-38〕第六節(jié)自耦變壓器的特點和運轉(zhuǎn)方式60分裂變壓器和普通多繞組變壓器不同點在于：在它的低壓繞組中，有一個或幾個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有電氣上的聯(lián)絡，而僅有較弱的磁的聯(lián)絡。心式分裂變壓器分裂繞組布置，如圖10-27所示。圖10-27分裂繞組變壓器的繞組和鐵心第七節(jié)分裂繞組變壓器61單相雙繞組雙分裂變壓器接線圖，示于圖10-28。圖中，a1x1和a2x2都是低壓側分裂繞組，AX是高壓側繞組。兩個低壓側分裂繞組的容量一樣，都是高壓繞組容量的一半。圖10-28單相雙繞組雙分裂變壓器接線圖第七節(jié)分裂繞組變壓器62分裂繞組變壓器有三種運轉(zhuǎn)方式：〔1〕分裂運轉(zhuǎn)。指兩個低壓分裂繞組運轉(zhuǎn)，低壓繞組間有穿越功率，高壓繞組不運轉(zhuǎn)，高低壓繞組間無穿越功率。在這種運轉(zhuǎn)方式下，兩個低壓分裂繞組間的阻抗稱為分裂阻抗?！?〕并聯(lián)運轉(zhuǎn)。指兩個低壓繞組并聯(lián)，高低壓繞組運轉(zhuǎn)，高低壓繞組間有穿越功率。在這種運轉(zhuǎn)方式下，高-低壓繞組間的阻抗稱為穿越阻抗。〔3〕單獨運轉(zhuǎn)。指任一低壓繞組開路，另一個低壓繞組和高壓繞組運轉(zhuǎn)。在此運轉(zhuǎn)方式下，高低壓繞組之間的阻抗稱為半穿越阻抗。第七節(jié)分裂繞組變壓器63分裂系數(shù)：分裂阻抗和穿越阻抗之比。分裂變壓器的阻抗百分值示于表10-7。表10-7分裂變壓器的阻抗百分值阻抗電壓徑向式布置[圖10-27（a）]軸向式布置[圖10-27(b)]ZH-L1ZZZH-L2ZZZL1-L2≈2.2Z(1.8~2.0)Z第七節(jié)分裂繞組變壓器64分裂變壓器有以下優(yōu)缺陷：〔1〕能有效地限制低壓側的短路電流，因此可選用輕型開關設備，節(jié)省投資。圖10-29〔a〕和〔b〕所示分別為運用分裂變壓器和運用普通變壓器的兩種接線方案。圖10-29分裂變壓器和普通變壓器接線比較圖第七節(jié)分裂繞組變壓器65〔2〕在降壓變電站，運用分裂變壓器對兩段母線供電時〔如圖10-30所示〕，當一段母線發(fā)生短路時，除能有效地限制短路電流外，還能使另一段母線電壓堅持一定的程度，不致影響電力用戶的運轉(zhuǎn)?！?〕分裂變壓器約比同容量的普通變壓器貴20％左右?！?〕分裂變壓器適用于兩段負荷平衡、又需限制短路電流的情況。圖10-30分裂變壓器低壓供電接線圖第七節(jié)分裂繞組變壓器66在發(fā)電廠和變電站中，通常將2臺或數(shù)臺電力變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)，并聯(lián)運轉(zhuǎn)比1臺大容量變壓器單獨運轉(zhuǎn)有以下優(yōu)點：〔1〕提高供電可靠性，一臺退出運轉(zhuǎn)，其他變壓器仍可照常供電；〔2〕在低負荷時，部分變壓器可不投入運轉(zhuǎn)，因此能減小能量損耗，保證經(jīng)濟運轉(zhuǎn)；〔3〕減小備用容量。

第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)67變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，通常希望它們之間沒有平衡電流；負荷分配與額定容量成正比，與短路阻抗成反比；負荷電流的相位相互一致。要做到上述幾點，就必需遵守以下條件：〔1〕并聯(lián)運轉(zhuǎn)的變壓器一次電壓相等，二次電壓相等，也就是需求變壓比相等；〔2〕額定短路電壓相等；〔3〕繞組結合組號一樣。上述三個條件中，第一條和第二條不能夠絕對相等，普通規(guī)定變壓比的偏向不得超越±0.5％，額定短路電壓相差不得大于±10％。第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)68一、不滿足變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)條件時的運轉(zhuǎn)(一〕變壓比不同的變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)圖10-312臺變壓比不同的單相變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)〔a〕接線圖；〔b〕等值電路圖第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)69空載時平衡電流

又故得第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)70假設，UN1I＝UN1II＝U1，

那么，〔10-39a)如，

那么，(10-39b)第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)71由上式可知：平衡電流決議于Δk*和變壓器的內(nèi)部阻抗，變壓器的內(nèi)部阻抗通常很小，即使Δk*不大，即2臺變壓器的變壓比相差不大，也能夠引起很大的平衡電流。例如：在式(10-39b)中，假設2臺變壓器的容量一樣，短路電壓相等，其標幺值等于0.05；變壓比假設相差1％，平衡電流即可達額定值的10％。它占據(jù)了變壓器的一部分容量，普通Δk*不得超越0.5％。(二〕短路電壓不同的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)假設有一組變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)，假定它們的變壓比一樣，那么變壓器中的電壓降是一樣的，即第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)72假設阻抗角一樣，那么故，〔10-40a)，第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)73當2臺變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，有(10-40b)(10-41)因此，數(shù)臺變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，假設短路阻抗不同，其負荷并不按額定容量成比例分配。由上式可知，負荷分配是與短路阻抗的大小成反比，短路阻抗小的變壓器承當?shù)谋绕D苦，往往在其他變壓器沒有到達額定負荷之前，它曾經(jīng)過負荷。長期過負荷是不允許的，在此情形，只能讓短路阻抗大的變壓器欠負荷運轉(zhuǎn)，這樣就限制了總輸出功率，能量損耗也增多。第八節(jié)電力變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)74繞組結合組號不同的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，同名相電壓間的位移角，此時，變壓器將出現(xiàn)平衡電流，引起此電流之電壓等于〔10-43〕式中U＝UI＝UII所以，