電力變壓器的運(yùn)行相關(guān)知識(ppt 77頁).ppt

1、,第九章 電力變壓器的運(yùn)行 第一節(jié) 變壓器的溫升與溫度計算 第二節(jié) 變壓器的絕緣老化 第三節(jié) 變壓器的正常過負(fù)荷 第四節(jié) 變壓器的事故過負(fù)荷 第五節(jié) 自耦變壓器的工作原理與運(yùn)行 第六節(jié) 變壓器的并列運(yùn)行, 110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈結(jié)構(gòu)圖,圖9-1 110kV油浸式電力 變壓器外觀結(jié)構(gòu)圖,圖9-2 110kV油浸式電力 變壓器線圈結(jié)構(gòu)圖,North China Electric Power University,變壓器結(jié)構(gòu)（內(nèi)部：鐵芯、繞組）,North China Electric Power University,變壓器結(jié)構(gòu)（外部）,潛油泵,引線,套管,風(fēng)扇,套管油位,儲油柜,N

2、orth China Electric Power University,變壓器結(jié)構(gòu)（外部）, 110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,圖 9-3 110kV油浸式電力變 壓器鐵芯結(jié)構(gòu)圖,圖 9-4 110kV油浸式電力變 壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖, 干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖,圖9-5 干式電力變壓器的 外觀結(jié)構(gòu)圖（一）,圖9-6 干式電力變壓器的 外觀結(jié)構(gòu)圖（二）, 干式電力變壓器鐵芯和線圈結(jié)構(gòu)圖,圖 9-7 干式電力變壓器 的鐵芯結(jié)構(gòu)圖,圖9-8 干式電力變 壓器的線圈結(jié)構(gòu)圖,電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴(kuò)大，升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變

3、壓器的總?cè)萘恳堰_(dá)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的710倍?？梢婋娏ψ儔浩鞯倪\(yùn)行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。本章著重介紹電力變壓器運(yùn)行中的基本理論。,第一節(jié) 變壓器的發(fā)熱和冷卻,一、變壓器的發(fā)熱和冷卻,沿變壓器橫截面的溫度分布,鐵芯,低壓繞組,高壓繞組,油箱壁或散熱器,油,空氣溫度,鐵芯、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(guān)聯(lián)，只與本身損耗有關(guān)。,發(fā)熱和冷卻過程,變壓器在運(yùn)行時，繞組、鐵心和附加的電能損耗都將轉(zhuǎn)變成熱能，使變壓器各部分的溫度升高。,1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的表面之間有很小的溫差，一般只有幾度； 2)鐵心、高壓繞組、低壓繞組的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)：所

4、產(chǎn)生的熱量都傳給油，熱量被循環(huán)流動的油帶走。繞組和鐵芯的表面與油有較大的溫差； 3)油箱壁內(nèi)、外表面也有2-3的溫差； 4)油箱壁對空氣的溫差最大。,從上圖可以看出，變壓器沿橫截面的發(fā)熱特點(diǎn)：,導(dǎo)體和鐵心的表面,變壓器油,油箱和散熱器的內(nèi)表面,油箱和散熱器的外表面,周圍空氣,傳導(dǎo),對流,傳導(dǎo),繞組和鐵心內(nèi)部的熱量,對流,對流和輻射,散熱過程：,North China Electric Power University,沿變壓器高度的溫度分布,油箱壁,鐵芯,繞組,最熱點(diǎn):70%-75%,各部分的溫度差別很大。,大容量變壓器，需要采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷(水冷)、導(dǎo)向冷卻方式。,最熱點(diǎn),1)變壓器各部分

5、沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，在上升過程中又不斷吸收熱量，所以上層油溫最高。,導(dǎo)向強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻：強(qiáng)迫經(jīng)冷卻器冷卻后的油沿一定的油路從繞組和鐵心內(nèi)部通過，帶走大量熱量，冷卻效果較好。,強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷或水冷：使熱油經(jīng)過強(qiáng)風(fēng)或水冷卻器冷卻，散出熱量后再用液壓泵送回變壓器。,自然油循環(huán)冷卻,從上圖可以看出，變壓器沿高度方向的發(fā)熱特點(diǎn)：,2)繞組上端部的溫度最高，最熱點(diǎn)在高度方向的70%75%處，徑向溫度最高處位于繞組厚度（自內(nèi)徑算起）的1/3處。,由于大容量變壓器的電能損耗大，單靠油箱壁和散熱器不能達(dá)到發(fā)熱和散熱的平衡。常用的冷卻方式有：,二、變壓器的溫升計算,1. 變壓器的發(fā)熱很不均

6、勻，油浸式變壓器的溫升從底部到頂部，繞組(CD)和油(AB)的溫升都近似呈線性增加（在任意高度，繞組對油的溫差均為一常數(shù)g）。 2. 為了全面反映變壓器的溫升情況，繞組和油的溫升通常都用其平均溫升和最大溫升來表示。,(2)繞組的最大溫升是指繞組最熱點(diǎn)(E點(diǎn)) 的溫升，由于雜散損耗增加，它大于繞組的平均溫升（D點(diǎn)）。 油的最大溫升是指頂層油(B點(diǎn))的溫升。,變壓器各部分的溫度不均勻，計算時通常用平均溫升和最大溫升表示。,油浸式變壓器溫升分布圖,(1)中部高度處,N點(diǎn)的橫坐標(biāo)為油對環(huán)境的平均溫升,M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為繞組對環(huán)境的平均溫升.,3. 溫升計算中的基本關(guān)系為,繞組對空氣的平均溫升 = 油對空氣

7、的平均溫升 + 繞組對油的平均溫升 繞組的溫度 = 空氣溫度 + 油對空氣的溫升 + 繞組對油的溫升,4. 變壓器各部分的允許溫升,變壓器長期穩(wěn)定運(yùn)行時，各部分的溫升達(dá)到穩(wěn)定值。 在額定使用條件和額定負(fù)荷SN下的溫升稱為額定溫升。 我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）規(guī)定變壓器的額定使用條件為：最高氣溫 +40；最高月平均氣溫+30；最高年平均氣溫+20；最低氣溫-25（戶外）或-5（戶內(nèi)） ；變壓器各部分的溫升不得超過表9-1中的數(shù)值。,表9-1 變壓器各部分的允許溫升 （單位：）,變壓器的允許溫升決定于絕緣材料。油浸電力變壓器的繞組一般用油浸電纜紙和油作絕緣，屬A級絕緣。 允許溫升的國家標(biāo)準(zhǔn)是基于以下條件

8、規(guī)定的：變壓器在環(huán)境溫度為+20下帶額定負(fù)荷長期運(yùn)行，繞組熱點(diǎn)溫度為98，使用期限為2030年。 對于自然油循環(huán)冷卻變壓器的繞組最熱點(diǎn)溫度比繞組的平均溫度約高13，因此，繞組對環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-13）=65。 導(dǎo)向油循環(huán)變壓器約高8，因此，繞組對環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-8）=70。 在額定負(fù)荷下，溫升符合前述關(guān)系。,額定負(fù)荷的溫升值通過查表計算，如果變壓器的負(fù)荷與額定負(fù)荷不同，需要對允許溫升進(jìn)行修正。設(shè)K為實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷之比，則任意負(fù)荷下頂層油對空氣的溫升為,5. 任意負(fù)荷下頂層油對空氣和繞組最熱點(diǎn)對頂層油溫升的計算,式中 tN額定負(fù)荷時，頂層油對空氣的溫升最大值

9、； R額定負(fù)荷下，短路損耗與空載損耗之比； x計算油的溫升的指數(shù)，與變壓器的冷卻方式有關(guān)，對于自然油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.8；對于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.91.0。,任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)對頂層油的溫升為,式中 gN額定負(fù)荷時，繞組最熱點(diǎn)對頂層油的溫升； y計算繞組最熱點(diǎn)溫升用的指數(shù),也與變壓器的冷卻方式有關(guān)，一般取y=x。,三、繞組熱點(diǎn)穩(wěn)態(tài)溫度的計算,根據(jù)變壓器冷卻方式的不同，任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)的溫度分別按以下公式計算：,1. 自然油循環(huán)冷卻,繞組最熱點(diǎn)的溫度 =空氣溫度+頂層油對空氣的溫升 + 繞組最熱點(diǎn)對頂層油的溫升，即：,2. 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻,對于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向

10、冷卻，頂層油對空氣的溫升等于底層油溫升加上油對空氣的平均溫升與底層油對空氣的溫升之差的2倍。額定負(fù)荷時繞組最熱點(diǎn)溫度為,任意負(fù)荷時繞組最熱點(diǎn)溫度為：,式中 bN額定負(fù)荷時，底層油對空氣的溫升； avN額定負(fù)荷時，油對空氣的平均溫升；,3. 強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻,式中 h繞組最熱點(diǎn)溫度 hN額定負(fù)荷時的繞組最熱點(diǎn)溫度； h負(fù)荷率為K時的繞組最熱點(diǎn)溫度，按上式計算。,四、變壓器的暫態(tài)溫度計算(不講),第二節(jié) 變壓器的絕緣老化,一、變壓器的絕緣老化定律,1)變壓器的絕緣老化：長期運(yùn)行中由于受到高溫、濕度、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)等物理化學(xué)作用的影響，使其絕緣材料逐漸失去其機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度。 2)高溫

11、是絕緣老化的主要原因，絕緣的工作溫度越高，絕緣老化速度越快，變壓器的使用壽命越短。 3)機(jī)械損傷使電氣強(qiáng)度下降：老化的絕緣材料纖維組織失去彈性，材料變脆，只要沒有機(jī)械損傷，仍可有相當(dāng)高的電氣強(qiáng)度。但在電磁振動和電動力的作用下很容易產(chǎn)生機(jī)械損傷使材料破損，失去電氣強(qiáng)度。 因此，絕緣材料老化程度主要由其機(jī)械強(qiáng)度的降低情況來確定。一般認(rèn)為當(dāng)變壓器絕緣的機(jī)械強(qiáng)度降低至其額定值的15%-20%時，變壓器的壽命就算結(jié)束，所經(jīng)歷的時間稱為變壓器的預(yù)期壽命。,1. 變壓器的絕緣老化現(xiàn)象,2. 變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系,電力變壓器常采用A級絕緣（油浸電纜紙），在80140的范圍內(nèi)，變壓器的預(yù)期

12、壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為,式中，A為常數(shù)；P為溫度系數(shù)。,3. 變壓器的絕緣老化定律,采用A級絕緣材料的變壓器繞組，變壓器在額定負(fù)荷和空氣溫度為20條件下連續(xù)運(yùn)行，繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98，變壓器能獲得正常預(yù)期壽命2030年，其每天的壽命損失為正常日壽命損失。變壓器的正常預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為,相對預(yù)期壽命z*：任意溫度下的預(yù)期壽命與正常預(yù)期壽命之比。,在相同的時間間隔T內(nèi)，繞組熱點(diǎn)維持在任意溫度時所損耗的壽命（T/Z）與維持在98時所損耗的壽命（T/ZN）之比，稱為相對老化率。它是相對預(yù)期壽命z*的倒數(shù),它表明了變壓器在繞組熱點(diǎn)溫度為任意溫度下運(yùn)行單位時間損失的正常壽命

13、。,顯然，相對老化率為v與運(yùn)行時間T的乘積即為損失的壽命zT 。,如果在T時間內(nèi)繞組熱點(diǎn)溫度是隨時間變化的（用t表示），則損失的壽命為,計算相對老化率的計算以2為底較方便，則,根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計資料可以得出,則,和,這意味著繞組溫度每增加6，老化加倍，絕緣使用壽命縮短一半，此即絕緣老化的六度規(guī)則（油浸變壓器）。 例如，繞組熱點(diǎn)在104下的老化率為2，運(yùn)行24h損失的壽命為224h=48h，壽命減少了一半。,問題：如何獲得變壓器的正常預(yù)期壽命？,未充分利用負(fù)荷能力,達(dá)不到正常預(yù)期壽命,二、等值老化原則,變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98，變壓器能獲得正常使用壽命，但變壓器在運(yùn)行中，繞組溫度受環(huán)境溫度和負(fù)

14、荷波動的影響，不可能維持在98不變。這種情況下變壓器如何獲得正常的使用壽命？等值老化原則回答了這個問題 。,1)等值老化原則：在一定的時間間隔T內(nèi)，一部分時間內(nèi)繞組溫度高于98，而在另一部分時間內(nèi)繞組溫度低于98，只要使變壓器在溫度高于98時所多損失的壽命與溫度低于98時少損失的壽命相互補(bǔ)償，變壓器的預(yù)期壽命可以和繞組溫度維持在98運(yùn)行時的預(yù)期壽命相同。它可以用下式表示：,North China Electric Power University,等值老化原則：使變壓器在一定時間間隔T（一年或一晝夜）內(nèi)絕緣老化所損耗的壽命等于一常數(shù)。,12h 0.5,T=24h 1 year,t (h/y),

15、0,T時間內(nèi)損耗的壽命,=,恒溫98運(yùn)行時損耗的壽命（常數(shù)),2)平均相對老化率：變壓器在一定的時間間隔T內(nèi)實(shí)際所損失的壽命與恒溫98運(yùn)行時的正常壽命損失T的比值。,當(dāng)1 時，變壓器的老化大于正常老化，預(yù)期壽命縮短；,當(dāng)1 時，變壓器的負(fù)荷能力未得到充分利用；,當(dāng)=1 時，變壓器有正常的使用壽命，它也是制定變壓器負(fù)荷能力的主要依據(jù)。,第三節(jié) 變壓器的正常過負(fù)荷,一、變壓器的負(fù)荷能力,1)變壓器的額定容量即銘牌容量：其含義是在制造廠所規(guī)定的額定環(huán)境溫度下，保證變壓器有正常使用壽命（約2030年）所能長時間連續(xù)輸出的最大功率。,2)變壓器的負(fù)荷能力：指變壓器在短時間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，

16、為滿足負(fù)荷的需要，它可能超過額定容量。,負(fù)荷能力的大小和持續(xù)時間取決于：變壓器的電流和溫度不得超過規(guī)定的限值；負(fù)荷變化和周圍環(huán)境溫度以及總絕緣老化不超過絕緣的正常老化值。,繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會升高； 鐵芯外的漏磁通密度將增加，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 套管、分接頭、電纜終端頭和電流互感器等受到較高的熱應(yīng)力，安全裕度降低； 導(dǎo)體絕緣機(jī)械特性受高溫的影響，熱老化的累積過程加快，使變壓器的壽命縮短。,變壓器的負(fù)荷超過額定容量運(yùn)行時，將產(chǎn)生以下不良效應(yīng)：,配電變壓器： 2.5MVA,中型電力變壓器：2.5-100MVA,大型

17、電力變壓器：100MVA,只需考慮熱點(diǎn)溫度和熱老化,漏磁通的影響很大，故障后果很嚴(yán)重,漏磁通的影響不是關(guān)鍵，但必須考慮冷卻方式的不同,不同容量變壓器，過負(fù)荷的效應(yīng)不同,二、負(fù)荷超過額定容量運(yùn)行時的溫度和電流的限值,變壓器的負(fù)荷超過額定容量運(yùn)行時，將產(chǎn)生不良效應(yīng)，此時要求其電流和有關(guān)部分的溫度不超過表10-1的規(guī)定。 變壓器的正常過負(fù)荷能力是以不犧牲變壓器的正常預(yù)期壽命為原則而制定的，而壽命決定于繞組的熱點(diǎn)溫度 。變壓器在運(yùn)行時， 受環(huán)境溫度和負(fù)荷波動的影響。 在運(yùn)行過程中，在時間間隔T內(nèi)變壓器所損耗的壽命與繞組熱點(diǎn)溫度呈指數(shù)上升關(guān)系， 越高上升越快。高溫時絕緣老化的加速遠(yuǎn)大于低溫時絕緣老化的延

18、緩。所以，不能用一個平均溫度來表示溫度變化對絕緣老化的影響。,對負(fù)荷而言，根據(jù)等值老化原則，只要使過負(fù)荷期間多損耗的壽命與欠負(fù)荷期間少損耗的壽命相補(bǔ)償，就可以得到正常預(yù)期壽命。 為簡便起見，在考慮環(huán)境溫度和負(fù)荷變化對繞組熱點(diǎn)溫度的影響時，通常用等值空氣溫度代替實(shí)際空氣溫度，用等值負(fù)荷曲線代替實(shí)際負(fù)荷曲線。,三、等值空氣溫度,等值空氣溫度eq ：指某一空氣溫度，如果在一定時間間隔內(nèi)維持此溫度和變壓器所帶負(fù)荷不變，變壓器所遭受的絕緣老化等于空氣溫度自然變化和同樣負(fù)荷下的絕緣老化。,繞組熱點(diǎn)對環(huán)境的溫升，負(fù)荷恒定時為一常數(shù)。,化簡得,兩邊取對數(shù)得,空氣溫度的日或年的自然變化近似地認(rèn)為是零軸被抬高的正

19、弦曲線（例如季節(jié)的影響，冬、夏季空氣溫度出現(xiàn)峰值，春、秋季溫度適中），即,式中 av時間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度； 時間間隔T內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差。,代入可以計算出,North China Electric Power University,空氣的日或年自然變化曲線可近似為正弦曲線,則,結(jié)論：等值空氣溫度不同于平均溫度，比平均溫度大 ，且 永遠(yuǎn)是正值。氣溫變化范圍 越大， 就越大。,1) 從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個數(shù)值，這是由于高溫時絕緣老化加速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低溫時絕緣老化延緩的結(jié)果。數(shù)值與氣溫的變化規(guī)律和變化范圍有關(guān)，氣溫變化范圍越大，值越大，且值總為

20、正值。 2) 我國廣大地區(qū)的年等值空氣溫度為20，則繞組最熱點(diǎn)溫度為：65+13+20=98。所以我國變壓器的額定容量不必根據(jù)氣溫情況加以修正，冬夏壽命損失自然補(bǔ)償，就可以有正常的使用壽命，但在考慮變壓器的過負(fù)荷能力時應(yīng)考慮等值空氣溫度的影響。,四、等值負(fù)荷的計算,實(shí)際負(fù)荷曲線先化為多階段負(fù)荷曲線（如圖10-5所示），再將其歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線（虛線）：欠負(fù)荷段曲線和過負(fù)荷段曲線。,圖10-5 多階段負(fù)荷曲線,等值負(fù)荷：依據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負(fù)荷期間，變壓器中所產(chǎn)生的熱量與實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量等值。欠負(fù)荷段的等值負(fù)荷系數(shù)按下式計算：,I1、I2、In欠負(fù)荷段負(fù)荷電流標(biāo)幺值； t1、t2

21、、tn欠負(fù)荷段的持續(xù)時間,五、變壓器的正常過負(fù)荷,變壓器正常運(yùn)行時，日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率大多小于1。根據(jù)等值老化原則，只要使變壓器在過負(fù)荷期間所多損耗的壽命和在欠負(fù)荷期間所少損耗的壽命能相互補(bǔ)償，則仍可獲得規(guī)定的使用年限。變壓器的正常過負(fù)荷能力就是以不犧牲其正常壽命為原則而制定的。即在整個時間間隔內(nèi)，只要做到變壓器相對絕緣老化率小于或等于1，且滿足以下條件： （1）過負(fù)荷期間，繞組最熱點(diǎn)的溫度不得超過140，上層油溫不得超過95； （2）變壓器的最大過負(fù)荷不得超過額定負(fù)荷的50%。,1. 原則：不增加變壓器壽命損失，即平均相對老化率1。 2. 理論依據(jù)：等值老化原則，壽命損失相互補(bǔ)償 。,3.

22、正常過負(fù)荷是有計劃的、主動實(shí)施的過負(fù)荷。,在確定過負(fù)荷值時，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)，計算出變壓器的平均相對老化率，如果1，則說明過負(fù)荷在容許范圍內(nèi)，可以按實(shí)際負(fù)荷曲線運(yùn)行。如果1，則不允許過負(fù)荷運(yùn)行。 為了簡化計算，實(shí)際運(yùn)行中，常采用查正常過負(fù)荷曲線的方法確定過負(fù)荷值。其中日等值空氣溫度為20時的自然油循環(huán)和強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過負(fù)荷曲線如圖10-11a和圖10-11b所示。圖中圖中K1和K2分別表示兩段式負(fù)荷曲線中的欠負(fù)荷系數(shù)和過負(fù)荷倍數(shù)，T為過負(fù)荷的容許持續(xù)時間。自然油循環(huán)變壓器的過負(fù)荷倍數(shù)不能超過1.5, 強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過負(fù)荷倍數(shù)不能超過1.3，也即圖中虛線部分。,

23、利用正常過負(fù)荷曲線確定過負(fù)荷倍數(shù)的方法： 1）將實(shí)際連續(xù)變化的負(fù)荷曲線化為多段式負(fù)荷曲線。 2）按式（10-21）將多段式負(fù)荷曲線歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線,計算出欠負(fù)荷系數(shù)K1。,3）根據(jù)K1和過負(fù)荷時間T，從圖10-11中過負(fù)荷曲線上查出過負(fù)荷倍數(shù)K2。,圖10-11 正常過負(fù)荷曲線（日等值空氣溫度+20） a) 自然油循環(huán)變壓器 b) 強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器,【例9-3】如果例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用過負(fù)荷曲線，求變壓器歷時4h的過負(fù)荷值。,解 由例9-1圖可知欠負(fù)荷系數(shù)為0.7,過負(fù)荷時間為4h，查圖9-6a曲線得 過負(fù)荷倍數(shù)K2=1.29 過負(fù)荷值為 1.2910000kV

24、A=12900 kVA,【例9-4】 某自然油循環(huán)變壓器，當(dāng)?shù)厝盏戎悼諝鉁囟葹?0，負(fù)荷曲線如圖9-5所示，求歷時4h的過負(fù)荷倍數(shù)。,解 依等值發(fā)熱得,查圖9-6a曲線得過負(fù)荷倍數(shù)得K2=1.33。,North China Electric Power University,變壓器負(fù)荷類型,(1)正常周期性負(fù)載:在一個周期內(nèi),某段時間內(nèi)環(huán)境溫度較高,或變壓器帶高負(fù)荷運(yùn)行,可由其它時間內(nèi)環(huán)境溫度較低或較輕的負(fù)荷所補(bǔ)償,整個周期內(nèi)變壓器的老化率不大于1 。,(2)長期急救周期性負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)有部分變壓器長期停運(yùn),使運(yùn)行的變壓器可能在幾周或幾個月的時間內(nèi)長期帶較高負(fù)荷甚至超過額定電流運(yùn)行,從而導(dǎo)致

25、變壓器加速老化,但變壓器絕緣不能因?yàn)闊崃踊蚪^緣強(qiáng)度下降的原因而發(fā)生擊穿。,(3)短期急救負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生一個或多個事故,造成運(yùn)行變壓器嚴(yán)重地超額定負(fù)載,導(dǎo)線熱點(diǎn)溫度可能達(dá)到危險的程度,并導(dǎo)致暫時的絕緣強(qiáng)度下降。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較看,系統(tǒng)仍需要 短時采用這種方式。但為避免變壓器發(fā)生故障,短期急救負(fù)載運(yùn)行時間一般應(yīng)小于0.5 h 。,第四節(jié) 變壓器的事故過負(fù)荷,系統(tǒng)發(fā)生局部故障或變電所的某臺變壓器故障被切除，使部分不能切除的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其它變壓器上時，這些變壓器的負(fù)荷會超過正常過負(fù)荷值很多，稱為事故過負(fù)荷或短期急救負(fù)載。,1. 制定原則：在事故情況下，保證不間斷供電、避免停電造成更大的損失是首要任

26、務(wù)，防止變壓器壽命損失加速是次要的，所以，事故過負(fù)荷是以犧牲變壓器正常使用壽命為代價的。事故過負(fù)荷允許值和允許時間由制造廠規(guī)定。,2. 具體要求： 1) 事故過負(fù)荷時，可能遠(yuǎn)大于1，絕緣老化加速，為了防止嚴(yán)重影響變壓器的使用壽命，事故過負(fù)荷時繞組最熱點(diǎn)溫度不得超過140,電流不得超過額定電流的2倍。,2) 事故過負(fù)荷后應(yīng)加強(qiáng)冷卻，盡快轉(zhuǎn)移負(fù)荷或減負(fù)荷，使變壓器盡快回到正常過負(fù)荷范圍內(nèi)。,3) 繞組最熱點(diǎn)溫度等于熱點(diǎn)溫升加上環(huán)境溫度，如果繞組最熱點(diǎn)溫度超過表10-1的數(shù)值，則這種事故過負(fù)荷是不允許的。,表10-5中列出了我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過負(fù)荷1h的日壽命損失天數(shù)（以

27、“正常日”數(shù)表示，即一個“正常日”壽命損失等效于變壓器在環(huán)境溫度20及額定負(fù)載條件下，運(yùn)行1天）。表中K1表示事故過負(fù)荷前等值負(fù)荷系數(shù)，K2表示事故過負(fù)荷倍數(shù)，表中“”符號表示即使在最低環(huán)境溫度下也不容許運(yùn)行。表中列出的是環(huán)境溫度為+20時的日壽命損失（天），如果環(huán)境溫度不等于20，應(yīng)分別乘以表10-6中所列的修正系數(shù)。,表10-6 環(huán)境溫度不同于+20時的校正系數(shù),表10-5 自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過負(fù)荷1h的日壽命損失（天）和繞組熱點(diǎn)溫升 （單位:）,【例9-5】 某中型自然油循環(huán)變壓器，環(huán)境溫度為+30，事故前K1=0.7，事故后K2=1.5，求運(yùn)行1h的日壽命損失和繞組熱點(diǎn)溫

28、度。 解 根據(jù)已知條件查表9-3和表9-4，得 運(yùn)行1h的日壽命損失為：0.3423.2=1.09(天) 繞組熱點(diǎn)溫度為：(104+30)=134，繞組熱點(diǎn)溫度小于140，可以按K2過負(fù)荷運(yùn)行。,第五節(jié) 自耦變壓器的工作原理與運(yùn)行,一、自耦變壓器的工作原理,如圖9-7a所示。自耦變壓器由兩個繞組串聯(lián)組成一次繞組bd，匝數(shù)為N1，其中一個繞組又作為變壓器的二次繞組cd，匝數(shù)為N2，稱為“公共繞組”，為一二次側(cè)所共有。屬于一次繞組且與公共繞組串聯(lián)的繞組bc，匝數(shù)為N1-N2，稱為“串聯(lián)繞組”。,圖9 7 自耦變壓器原理圖 a) 等效電路 b) 結(jié)構(gòu),自耦變壓器的缺點(diǎn)是： （1）一、二次繞組間有電的

29、聯(lián)系，致使較高電壓易于傳遞到低壓電路，所以低壓電路的絕緣必須按較高電壓設(shè)計； （2）一、二次繞組之間的漏磁場較小，電抗較小。短路電流和短路電流熱效應(yīng)比變通雙繞組變壓器大； （3）一、二次三相連接方式必須相同； （4）運(yùn)行方式多樣化，使繼電保護(hù)整定困難； （5）在有分接頭調(diào)壓的情況下，很難取得繞組間的電磁平衡，有時造成軸向作用力的增加。,1自耦變壓器的容量關(guān)系,（1）電壓及電流關(guān)系,1)自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓比k12,2) 電流關(guān)系,電路關(guān)系：,磁路耦合關(guān)系：,根據(jù)以上電路和磁勢關(guān)系可得,a) 公共繞組電流與一次（或串聯(lián)繞組）電流之間的關(guān)系為：,b) 一次（或串聯(lián)繞組）電流與二次電流之間

30、的關(guān)系為：,c) 公共繞組電流與二次電流之間的關(guān)系為：,（2）自耦變壓器的額定容量和標(biāo)準(zhǔn)容量,根據(jù)電壓及電流關(guān)系，自耦變壓器傳輸?shù)墓β蕿?由電路傳遞,由磁路傳遞,電流相量,的共軛相量。,自耦變壓器的額定容量(額定通過容量)：,公共繞組的容量(標(biāo)準(zhǔn)容量)：通過電磁感應(yīng)傳輸?shù)淖畲蠊β剩?串聯(lián)繞組的容量為,可見串聯(lián)繞組的容量與公共繞組的容量相等。,2自耦變壓器的效益系數(shù),標(biāo)準(zhǔn)容量與額定容量之比，稱為自耦變壓器的效益系數(shù)Kb，即,1) Sa =Kb SN SN ，即自耦變壓器與同容量的普通變壓器相比，有較小的繞組容量，因此所用鐵心材料省，尺寸小，重量輕，造價較低，極限制造容量大，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

31、,2)電壓比k12越小，Kb越小，繞組容量越小，采用自耦變壓器經(jīng)濟(jì)效益越顯著。為保證自耦變壓器的經(jīng)濟(jì)效益， 應(yīng)使其變比k123。,3自耦變壓器的過電壓,問題的提出:高壓與中壓繞組有電路的直接連接，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它可以通過串聯(lián)繞組進(jìn)入公共繞組和中壓系統(tǒng)，當(dāng)中壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它可以進(jìn)入串聯(lián)繞組和高壓系統(tǒng)。,(顯然Kb 1),k12越大，過電壓倍數(shù)越大，例如220/110kV自耦變的中壓側(cè)的過電壓倍數(shù)為2.64，過電壓值為,1)為使其絕緣免遭損壞，自耦變壓器高壓和中壓側(cè)出口端都必須裝設(shè)避雷器進(jìn)行保護(hù)。避雷器必須裝設(shè)在自耦變壓器和連接自耦變壓器的隔離開關(guān)之間，當(dāng)自耦變壓器某側(cè)斷開時，該側(cè)避雷

32、器仍與自耦變壓器保持連接。,2)自耦變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小電抗接地，以避免高壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，在非接地相的中壓繞組出現(xiàn)過電壓。中性點(diǎn)不接地，當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生a相接地時中性點(diǎn)發(fā)生偏移，非接地的b、c相中壓側(cè)相電壓為,自耦變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小電抗接地。,自耦變壓器的高壓和中壓電壓等級必須是500kV、330kV、220kV和110kV中之一。,4三繞組自耦變壓器,原因：與普通星星聯(lián)結(jié)變壓器相同，雙繞組自耦變壓器由于鐵心飽和使主磁通呈平頂波形，繞組的感應(yīng)電動勢呈現(xiàn)尖頂波形，含有三次諧波電動勢。使電壓畸變。,第三繞組的作用： 1) 消除三次諧波； 2) 減小自耦變壓器的零序阻

33、抗； 3) 單獨(dú)供電，用來連接發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或引接發(fā)電廠廠用備用電源等。,自耦變壓器一般還增設(shè)一個接成三角形的第三繞組，它與串聯(lián)繞組和公共繞組之間只有電磁聯(lián)系。,第三繞組的電壓：一般為6 35kV。 第三繞組的容量： 1) 如果僅用來消除三次諧波，其容量一般為標(biāo)準(zhǔn)容量的1/3左右(為滿足低壓側(cè)短路時的熱穩(wěn)定和電動力穩(wěn)定的要求，容量不能太小)。 2) 如果還用來連接發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或引接發(fā)電廠廠用備用電源等，其容量最大等于自耦變壓器的標(biāo)準(zhǔn)容量。,二、自耦變壓器的運(yùn)行方式,運(yùn)行方式,自耦運(yùn)行方式(第三繞組空載),聯(lián)合運(yùn)行方式(三個繞組均有功率通過，情況復(fù)雜),最典型的聯(lián)合運(yùn)行方式有以下兩種方式：,1

34、運(yùn)行方式一,高壓側(cè)同時向中壓和低壓側(cè)（或中壓和低壓側(cè)同時向高壓側(cè)）傳輸功率，如圖10-24a 所示。,(1) 串聯(lián)繞組,1) 電流,由,取電壓為參考量得,低壓側(cè)功率為,歸算到高壓側(cè)的電流為,2) 功率,當(dāng)中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有,(2) 公共繞組,1) 電流,由磁勢平衡得,公共繞組中的電流為,2) 功率,當(dāng)中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有,顯然SsSc，串聯(lián)繞組負(fù)荷較大，最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量的限制，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)視串聯(lián)繞組負(fù)荷。,2運(yùn)行方式二,中壓側(cè)同時向高壓和低壓側(cè)（或高壓和低壓側(cè)同時向中壓側(cè)）傳輸功率，如圖10-24b所示。,(1) 串聯(lián)繞組,1) 電流,2) 功率,(2) 公共繞

35、組,1) 電流,由磁勢平衡可以求出,公共繞組中的電流為,2) 功率,當(dāng)高、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有,顯然Sc Ss，公共繞組負(fù)荷較大，最大傳輸功率受到公共繞組容量的限制，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)視公共繞組負(fù)荷。在此運(yùn)行方式下運(yùn)行時，自耦變壓器的容量不能得到充分利用。,三、自耦變壓器的有功功率損耗(選學(xué)內(nèi)容),3. 低壓側(cè)同時向高壓和中壓側(cè)傳輸功率或相反 限制條件為低壓繞組容量，通過容量最大為標(biāo)準(zhǔn)容量，這時自耦變壓器的效益最低。,【例9-6】已知容量為150MVA的三相三繞組自耦變壓器，額定電壓為242/121/11kV，容量比為100/100/50，低壓側(cè)接有60MW，功率因數(shù)為0.8的發(fā)電機(jī)一臺，各側(cè)

36、功率因數(shù)相等。試求: 如果220kV系統(tǒng)向110kV系統(tǒng)傳輸功率75MVA，低壓側(cè)的發(fā)電機(jī)還可以向110kV系統(tǒng)傳輸多少功率？,解 屬高、低壓側(cè)同時向中壓側(cè)送電的運(yùn)行方式，此運(yùn)行方式下應(yīng)監(jiān)視公共繞組不能過負(fù)荷，公共繞組負(fù)荷最大為75MVA。,串聯(lián)繞組負(fù)荷為,由,得,低壓繞組負(fù)荷為,即低壓側(cè)的發(fā)電機(jī)還可以向110kV系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕿?7.5MVA。自耦變壓器的輸出功率達(dá)不到其額定容量。,第六節(jié) 變壓器的并列運(yùn)行,(1) 變壓器并列運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn) 1) 提高供電可靠性：通常采用兩臺及以上的變壓器并列運(yùn)行，當(dāng)一臺變壓器因故障退出運(yùn)行，其他變壓器仍可繼續(xù)供電。 2) 可滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要：在低負(fù)荷時，可以使部分變壓器退出運(yùn)行，以減少電能損耗。 3)減少備用容量。,1) 一次電壓相等，二次電壓相等，即需要變壓比相等； 2) 額定短路電壓相等