電機學-變壓器的并聯(lián)運行.ppt

1、4-3 電流互感器和電壓互感器,互感器的作用原理,互感器是一種測量用的設備，分電流互感器和電壓互感器兩種。它們的作用原理和變壓器相同。,使用互感器的目的,一是為了工作人員的安全，使測量回路與高壓電網隔離；二是可以使用小量程的電流表測量大電流，用低量程電壓表測量高電壓。通常，電流互感器的副邊電流為5安或1安。電壓互感器的副方電壓為100伏。,互感器的用途,互感器除了用于測量電流外，還用于各種繼電保護裝置的測量系統(tǒng)，因此它 的應用十分廣泛。,電流互感器,工作原理：圖是電流互感器的原理圖，它的原繞組由一匝或幾匝截面較大的導線構成，并串入需要測量電流的電路。副邊的匝數(shù)較多，可將線路上的大電流變?yōu)樾‰娏?/p>

2、來測量。,測量精度：按照誤差的大小，分為0.2，0.5，1.0，3.0和10等五個標準等級。例如，0.5級準確度就表示在額定電流時，原、副邊電流變比的誤差不超過0.5。,電流互感器,使用注意事項：,1）為了使用安全，電流互感器的副邊必須可靠的接地，以防止由于絕緣損壞后，原邊的高壓傳到副邊，發(fā)生人身事故。 2）電流互感器的副邊絕對不容許開路。因為副邊開路時，互感器成為空載運行，此時，原邊被測線路電流成了激磁電流，使鐵心內的磁密比額定情況增加許多倍。它一方面將使副邊感應出很高的電壓，可能使絕緣擊穿。同時對測量人員也很危險；另一方面，鐵心內磁密增大以后，鐵耗會大大增加，使鐵心過熱，影響電流互感器的性

3、能，甚至把它燒壞。,電壓互感器,工作原理：圖是電壓互感器的原理圖。原邊直接接到被測高壓電路，副邊接電壓表或功率表的電壓線圈。利用原、副邊不同的匝數(shù)比可將線路上的高電壓變?yōu)榈碗妷簛頊y量。,測量精度：我國目前生產的電力系統(tǒng)用電壓互感器，按準確度分為0.5，1.0和3.0等三級。電壓互感器有一定的額定容量。使用時副邊不宜接過多的儀表，以免電流過大引起較大的漏抗壓降。而影響互感器的準確度。,4-3 電流互感器和電壓互感器,電流互感器,使用注意事項：,1）電壓互感器副邊不能短路，否則會產生很大的短路電流。 2）為安全起見，電壓互感器的副邊必須可靠的接地。,本章小結,三繞組變壓器的工作原理與雙繞組變壓器一

4、樣，同樣可以利用基本方程式、相量圖、等效電路分析變壓器內部電磁過程。 自耦變壓器的特點在于原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電路上的直接聯(lián)系，故從原邊傳遞給副邊的功率 中， 是通過電磁感應關系傳遞的，而 是通過電路直接傳遞的。由于通過電磁感應關系傳遞的 功率小于變壓器的額定容量，故與同容量的雙繞組變壓器相比，計算容量小了，從而可節(jié)省材料、降低損耗，提高效率和縮小尺寸。但自耦變壓器的短路阻抗標么值較小，短路電流較大。 電流互感器和電壓互感器的工作原理與變壓器相同，使用時應注意將它們接地，并注意電流互感器在原邊接電源時，副邊絕對不能開路；電壓互感器在原邊接電源時，副邊絕對不能短路。,變壓器的并

5、聯(lián)運行,5-1 概述,變壓器的并聯(lián)運行,把變壓器的原、副繞組相同標號的出線端連在一起，直接或者經過一段線路接到母線上，這種運行方式就叫做變壓器的并聯(lián)運行。,變壓器并聯(lián)運行的意義,由于現(xiàn)代的發(fā)電廠和變電所的容量很大，一臺變壓器往往不能擔負起全部容量的升壓或降壓任務，于是要采用多臺變壓器并聯(lián)運行。,變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點,1）提高供電的可靠性。并聯(lián)運行的變壓器如有某臺變壓器發(fā)生故障，可以把它從電網切除進行檢修，而電網仍能繼續(xù)供電； 2）可根據(jù)負荷大小調整投入并聯(lián)變壓器的臺數(shù)，以提高運行效率； 3）可以減少總的備用容量； 4）可以隨著用電量的增加，分批安裝新的變壓器，以減少第一次投資。,5-2 變壓器

6、的理想并聯(lián)條件,變壓器并聯(lián)運行的最理想情況,1）空載時并聯(lián)的各變壓器副邊之間沒有循環(huán)電流，這樣，空載時各變壓器副原邊的銅耗也較小。 2）負載后，各變壓器所承擔的負載電流按它們的額定容量成比例分配，這樣，并聯(lián)變壓器的裝機容量能得到充分利用。 3）負載后各變壓器副邊電流同相位。這樣在總的負載電流一定時各變壓器所分擔的電流最??；如果各變壓器副邊電流一定時，則共同承擔的總電流最大。,為了達到上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運行的各變壓器必須具備下列三個條件：,5-2 變壓器的理想并聯(lián)條件,為了達到上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運行的各變壓器必須具備下列 三個條件：,1）各變壓器的額定電壓應相等，若為單相變壓器則各變壓器

7、的變比應相等； 2）各變壓器的聯(lián)結組相同； 3）各變壓器的短路阻抗標么值(或短路電壓)應相等，而且短路電抗和短路電阻之比也應相等。,以上三個條件中，聯(lián)結組相同的條件必須嚴格保證。 因為如果聯(lián)結組不同，當各變壓器的原邊接到同一電網時，它們副邊線電壓的相位不同，而且至少是30度(Y,y0和Y,d11并聯(lián)時，副邊線電動勢的相位差就是30度)。在此情況下，如果兩變壓器的變比相等，圖中Eab1= Eab2= Eab是兩變壓器副邊的線電動勢，從圖可見，副邊有電動勢差,聯(lián)結組不同的變壓器絕對禁止并聯(lián)運行。,5-3變比相同而短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運行時的負載分配,變比相同而短路阻抗標么值不相等的變壓

8、器并聯(lián)運行時的負載分配,上式等號右邊分子、分母除以額定電壓,5-3變比相同而短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運行時的負載分配,由此可知：負載系數(shù)和短路阻抗標幺值(或短路電壓）成反比。,若為多臺變壓器并聯(lián)，則,結論： 1）當短路阻抗標么值相等時，即,2）若短路阻抗標幺值不相等，則短路阻抗標幺值小者先達到滿載。實際運行時，為了使并聯(lián)運行時不浪費設備容量，要求各變壓器的短路阻抗標么值不超過平均值的10。 3）為了使各并聯(lián)運行的變壓器副邊電流同相位，各變壓器的短路電抗和短路電阻之比應相等，此時總負載電流是各變壓器副邊電流的算術和。,5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運行時的負載分配,變比不相等的變壓器并聯(lián)運

9、行時，空載時就有環(huán)流。故各臺變壓 器的電流分配不僅取決于短路阻抗，而且還受到環(huán)流的影響。,5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運行時的負載分配,1）負載運行時，每一變壓器的電流都由負載分量和環(huán)流組成，其中環(huán)流等于空載時環(huán)流，它是由于變比不等而引起的。對第一臺變壓器為 ，對第二臺變壓器為 ，二者大小相等而符號相反。 2）由于各負載分量相位基本相同，再迭加上環(huán)流后，勢必造成一臺變壓器電流大于負載分量，另一臺變壓器電流小于負載分量，這是變壓器并聯(lián)運行所不希望的，因此對環(huán)流有上述的限制。,變壓器的并聯(lián)運行,本章小結,為了提高供電的可靠性以及使裝置設備得到充分利用，近代發(fā)電廠和變電所都采用多臺變壓器并聯(lián)運行，為

10、了得到理想的并聯(lián)運行情況，要求各變壓器滿足聯(lián)結組相同、變比相等，以及短路阻抗標么值相等。變比相等和聯(lián)結組相同保證空載時不產生環(huán)流，是變壓器能否并聯(lián)的前提。短路阻抗標么值相等則保證了負載按變壓器容量成比例分配，若短路阻抗標么值不相等，則負荷系數(shù)與短路阻抗標么值成反比。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-1概述,變壓器的瞬態(tài)過程,變壓器在穩(wěn)態(tài)運行時，電壓、電流、電動勢和磁通的幅值基本保持不變。但在變壓器的運行情況遭到較大的擾動時，如合閘、負載突然變化，副邊突然短路、遭受雷擊等，這些情況叫瞬態(tài)情況。在瞬態(tài)情況中，變壓器從一種穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定運行狀態(tài)，這一過程稱為瞬態(tài)過程或過渡過程。,研究變壓器的瞬態(tài)

11、過程的必要性,在瞬態(tài)過程中，由于電場和磁場的能量發(fā)生較大的變化，可能會使繞組中的電壓和電流超過額定值許多倍，即出現(xiàn)所謂過電壓和過電流現(xiàn)象，雖然瞬態(tài)過程持續(xù)的時間很短，但卻可能使變壓器遭到破壞，因此，對這些問題應進行分析研究，找出它的變化規(guī)律，對變壓器的設計、制造、保護和運行都是十分必要的。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器在穩(wěn)態(tài)運行時空載激磁電流是額定電流的(110)。但在空載接通 電源的瞬間，由于變壓器鐵心存在飽和現(xiàn)象，可能出現(xiàn)很大的沖擊電流，如不 采取適當?shù)拇胧?，則可能使開關跳閘，以致變壓器不能順利投入電網。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變

12、壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電流的原因,設電網電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，則合閘時變壓器原邊回路的電動勢方程式為,式中：為合閘時電壓U1的初相角； t為和原繞組匝數(shù)w1交鏈的總磁通， 包括主磁通和漏磁通； i0 、r1分別是原繞組的空載合閘電流和電阻。 由于變壓器鐵心存在飽和現(xiàn)象，上式是一個非線性微分方程。為了求解，作線性化的處理。即認為整個瞬態(tài)過程中，鐵心飽和程度不變，并以運行點的飽和程度作為瞬態(tài)過程中的飽和程度，于是電流i0可用下式表示：,式中Lav是對應于運行點原繞組的平均電感，如圖6-2所示。,（61）,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電

13、流的原因,由此，式(6-1)便可改寫為,式(6-3)是一個常系數(shù)微分方程，它的解由兩部分組成，一部分是穩(wěn)態(tài)分量 ，另一部分是自由分量 ，即,（63）,式中： 為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為,為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為,C為磁通的自由分量的幅值，其值由合閘時的初始條件確定。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電流的原因,設投入電網（t=0）時，鐵心里沒有剩磁，即(t=0)=0，則,所以,因此,討論：由上式可知 1）當=90時合閘，則合閘時的磁通為,即合閘以后就進入穩(wěn)定狀態(tài)，不會發(fā)生瞬態(tài)過程。圖6-3是這種情況的磁通變化曲線。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合

14、閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電流的原因,討論：由上式可知 2）當=0時合閘，則合閘時的磁通為,圖6-4是這種情況的磁通變化曲線。,當 時，磁通 達到最大值，若不考慮自由分量的衰減，變壓器的總磁通差不多達2m ，考慮到變壓器在空載合閘之前鐵心里尚有剩磁，當剩磁方向與自由分量磁通的方向一致時，總磁通最大值可達穩(wěn)定值的(2.22.3)倍。知道了變壓器空載合閘時磁通隨時間變化的關系后，根據(jù)磁化曲線，就能找出相應的激磁電流。如圖6-5所示。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電流的原因,討論：由上式可知 2）變壓器在正常運行時，磁路已開始飽和，例如工 作在A點，在最

15、不利的空載合閘情況下，磁通可能 超過m 的兩倍。這時鐵心非常飽和，工作在B 點 ，因此激磁電流很大，超過穩(wěn)態(tài)激磁電流i0值 的80100倍，可達額定電流的46倍。這種情況 稱為激磁涌流。這是一種最不利的情況，圖6-6是 空載合閘電流示波圖。,事實上，隨著時間的推移，自由分量將逐漸衰減，衰減的快慢取決于時間常數(shù)，一般小變壓器的電阻較大，時間常數(shù)較小，故合閘的沖擊電流只要經過幾個周波(零點幾秒以下)就達到穩(wěn)態(tài)值，巨型變壓器裒減得較慢，有的衰減過程可以達到20秒。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,空載合閘時產生過電流的原因,討論：由上式可知 3）空載合閘電流對變壓器本身沒有多大的

16、危害，但當它衰減較慢時，可能引 起變壓器本身過電流保護裝置動作而跳閘，為了避免這種現(xiàn)象，需要設法 使合閘電流加速衰減，為此，可在變壓器原邊串聯(lián)一個附加電阻，這樣一 則減少沖擊量，二來還可以使沖擊迅速衰減。合閘完畢后，再將該電阻切 除。 4）在三相變壓器中，由于三相電壓彼此相差120度，因此合閘時總有一相電 壓初相角接近于零，故總有一相的合閘電流較大。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,突然短路電流：變壓器副邊穩(wěn)態(tài)短路的情況，由于變壓器短路阻抗很小，穩(wěn)態(tài)短路電流可達額定電流的1020倍。變壓器副邊突然短路時，短路電流比穩(wěn)態(tài)短路電流更大，如不采取有效

17、措施，可能把變壓器損壞。,分析：忽略空載電流，采用圖6-7簡化等效電路。 圖中短路電阻rk和短路電感Lk= xk/(其 中xk是短路電抗)都是常數(shù)，因此變壓器 副邊突然短路時的情況就與R、L串聯(lián)電路 突然接到正弦電壓上去的情況相似，可用 “電路原理”中分析R、L串聯(lián)電路瞬態(tài)過程 的方法來進行分析。,設電網容量很大，短路電流不致引起電網電壓下降。則得突然短路時原邊電路微分方程式為：,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,解此常系數(shù)微分方程式可得：,式中： 為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值；,為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的幅值；,為 與 的相位差。,為暫態(tài)電流衰

18、減的時間常數(shù)；,為突然短路電流暫態(tài)分量(自由分量)的瞬時值；,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,式中：C為待定積分常數(shù)，由初始條件決定。,通常，變壓器發(fā)生突然短路之前，可能已經處于負載運行，但由于負載電流比短路電流小很多，故可略去不計，而認為突然短路是在空載情況下發(fā)生的，即認為t=0時，ik =0，代入ik表達式可得,因此,上式表明，突然短路電流的大小與電壓u1的初相角有關。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,討論：,1）當=90度時，發(fā)生突然短路，這時暫態(tài)分量為零，突然短路一發(fā)生就進 入穩(wěn)定狀態(tài)，

19、短路電流最小，其值為 2）當=0度時發(fā)生突然短路，,與上式對應的電流變化曲線如圖6-8所示，從圖可見，當 瞬間，短路電流達最大值,式中,是突然短路電流最大值與穩(wěn)態(tài)短路電流最大值的比值。,ky的大小與時間常數(shù)Tk有關，變壓器的容量愈大，Tk愈大， ky也增大。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,討論：,2）當用標么值表示時,即： 與 成反比，即短路阻抗愈小，突然短路電流愈大。 若 ，則,這是一個很大的沖擊電流，產生很大的電磁力，對變壓器有嚴重影響。為了限制 ， 不宜太小，但從減小變壓器的電壓調整率U來看， 又不宜過大，因此在設計變壓器時，必須全面考慮 數(shù)值的選擇。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,突然短路電流對變壓器的影響 :,1）突然短路時變壓器繞組受到很大的機械力的影響。變壓器繞組中的電流與漏磁場相互作用，在繞組的各導線上產生電磁力，其大小由漏磁場的磁通密度與電流的乘積所決定。由于電流增大時漏磁場也正比增強，因此電磁力與電流的平方成正比，當變壓器在額定負載下運行時，作用在繞組上的電磁力很小。但突然短路時，如前所述，最大短路電流可達額定電流的2030倍，由于短路時產生的電磁力與電流平方成正比。所以短路時繞組所受