03.三相變壓器及運(yùn)行ppt課件

電機(jī)學(xué)三相變壓器及運(yùn)行 本章內(nèi)容 三相變壓器的磁路 三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為各相磁路彼此獨(dú)立和各相磁路彼此相關(guān)兩類 各相主磁通以各自鐵芯作為磁路 鐵芯獨(dú)立 磁路不關(guān)聯(lián)各相磁路的磁阻相同 當(dāng)三相繞組接對(duì)稱的三相電壓時(shí) 各相的激磁電流和磁通對(duì)稱 三相變壓器的磁路 通過中間三個(gè)芯柱的磁通等于三相磁通的總和 當(dāng)外施電壓為對(duì)稱三相電壓 三相磁通也對(duì)稱 其總和 A B c 0 即在任意瞬間 中間芯柱磁通為零 在結(jié)構(gòu)上省去中間的芯柱 三相變壓器的磁路 三相鐵芯式變壓器三相鐵心互不獨(dú)立三相磁路互相關(guān)聯(lián)中間相的磁路較短 令外施電壓為對(duì)稱三相電壓 三相激磁電流也不完全對(duì)稱 中間相激磁電流較其余兩相為小 與負(fù)載電流相比激磁電流很小 如負(fù)載對(duì)稱 三相電流基本對(duì)稱 3 2三相變壓器的繞組接法 用大寫字母A B C表示高壓繞組的首端 用X Y Z表示高壓繞組的末端 用小寫字母a b c表示低壓繞組的首端 用x y z表示低壓繞組的末端 首端 頭 ABC 高壓邊 abc 低壓邊 末端 尾 XYZ 高壓邊 xyz 低壓邊 不論是高壓繞組或是低壓繞組 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只采用星形接法Y或三角形接法D 一 三相變壓器的繞組接法 星形接法 把三相繞組的三個(gè)末端連在一起 而把它們的首端引出以字母Y表示 三角形接法 把一相的末端和另一相的首端連接起來 順序連接成一閉合電路以字母D表示 兩種連接順序AX CZ BYAX BY CZ 繞組接法表示 Y y或YN y或Y yn Y d或YN d D y或D yn D d 高壓繞組接法大寫 低壓繞組接法小寫 字母N n是星形接法的中點(diǎn)引出標(biāo)志 三相變壓器的連接組 連接組別表示初級(jí) 次級(jí) 線 電勢(shì)相位關(guān)系同極性端兩個(gè)正極性相同的對(duì)應(yīng)端點(diǎn) 變壓器的初級(jí) 次級(jí)繞組由同一磁通交鏈 在某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位 低壓繞組上也必定有一個(gè)端點(diǎn)的電位也為正在繞組旁邊用符號(hào) 表示 三相變壓器的連接組 同極性端相同首端標(biāo)志標(biāo)有同極性端符號(hào) 的一端作為首端次級(jí)電勢(shì)Eax與初級(jí)電勢(shì)EAX同相位 三相變壓器的連接組 同極性端相異首端標(biāo)志把初級(jí)繞組標(biāo)有 號(hào)的一端作為首端 在次級(jí)繞組標(biāo)有 號(hào)的一端作為末端 次級(jí)電勢(shì)Eax與初級(jí)電勢(shì)EAX反相 三相變壓器的連接組 連接組的時(shí)鐘表示高壓電勢(shì)看作時(shí)鐘的長(zhǎng)針 固定指向時(shí)鐘12點(diǎn) 或0點(diǎn) 低壓電勢(shì)看作時(shí)鐘的短針 代表低壓電勢(shì)的短針?biāo)傅臅r(shí)數(shù)作為繞組的組號(hào) 同極性端相同首端標(biāo)志 初級(jí) 次級(jí)電勢(shì)相位差為零度 用時(shí)鐘表示法為Ii0 同極性端相異首端標(biāo)志 初級(jí) 次級(jí)電勢(shì)相位差為180 用時(shí)鐘表示法為Ii6 I 1表示初級(jí) 次級(jí)都是單相繞組 0和6表示組號(hào) 單相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組Ii0 三相變壓器的連接組 三相變壓器的組別用初級(jí) 次級(jí)繞組的線電勢(shì)相位差來表示與繞組的接法和繞組的標(biāo)志方法有關(guān)Yy連接 三相變壓器的連接組 1 Y y0同極性端相同首端標(biāo)志初級(jí) 次級(jí)相電勢(shì)同相位 次級(jí)側(cè)線電勢(shì)Eab與初級(jí)側(cè)線電勢(shì)EAB同相位 三相變壓器的連接組 2 Y y6同極性端相異首端標(biāo)志次級(jí)側(cè)線電勢(shì)Eab與初級(jí)側(cè)線電勢(shì)EAB相位差180 三相變壓器的連接組 Yd連接 五種標(biāo)準(zhǔn)連接組 Y yn0 Y d11 YN d11 YN y0 Y y0 YN 高壓側(cè)的中點(diǎn)可以直接接地或通過阻抗接地對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合 使用不同的標(biāo)準(zhǔn)組別 Y d11Eab滯后EAB330 Y d1Eab滯后EAB30 三相變壓器的連接組 由連接組畫接線圖1 畫出原方繞組的連接圖2 畫出原方電勢(shì)相量三角形 標(biāo)出AX BY CZ3 畫出副方電勢(shì)相量三角形 據(jù)連接組別 標(biāo)出ax by cz4 在相量圖中 同向繞組在同一鐵芯柱上 注意同名端5 連接副方繞組 已知接法 判明組別 1 畫出高壓側(cè)繞組相電勢(shì) 線電勢(shì)2 根據(jù)接法 畫出低壓側(cè)繞組相電勢(shì) 線電勢(shì)3 根據(jù)高 低壓線電勢(shì)的相位差 判別組別 例如 EAB Eab間相位差 已知組別 畫接法 1 畫出高壓側(cè)繞組相電勢(shì) 線電勢(shì)2 根據(jù)組別 畫出低壓側(cè)繞組線電勢(shì) 相電勢(shì)3 畫接法 3 3繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電勢(shì)波形的影響 由第二章中的關(guān)于勵(lì)磁電流的分析知 由于磁路飽和 要得到正弦變化的磁通 勵(lì)磁電流須是尖頂波 即勵(lì)磁電流中須含高次諧波 尤其是三次諧波分量 即 由于磁路飽和 磁化電流是尖頂波 分解為基波分量和各奇次諧波 三次諧波最大 在三相系統(tǒng)中 各相電流的三次諧波之間的相位差3 120 360 即各相三次諧波電流在時(shí)間上同相位 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 三次諧波電流流通情況 1 單相變壓器中 三次諧波電流能夠流通 故可得到尖頂波的勵(lì)磁電流2 三相變壓器中 如果初級(jí)為YN連接 則三次諧波電流能夠流通 故可得到尖頂波的勵(lì)磁電流3 三相變壓器中 如果初級(jí)為Y連接 則三次諧波電流不能流通 在三相系統(tǒng)中 三次諧波電流在時(shí)間上同相位 是否能流通與三相繞組的連接方法有關(guān) 以下著重分析三相變壓器中 初級(jí)為Y連接的情況 即三次諧波電流不能在初級(jí)流通 對(duì)比 一 三相變壓器組Yy連接 磁阻較小 故 3較大 e3相當(dāng)大 注意 Y Y連接 盡管相電勢(shì)含e3 但線電勢(shì)中并不含e3 三相變壓器組Yy連接激磁電流中所必需的三次諧波電流分量不能流通 磁化電流正弦形當(dāng)勵(lì)磁電流為正弦波時(shí) 從磁化曲線可知 此時(shí)磁通為非正弦 主磁通為平頂波 其中除了基波 還含有較強(qiáng)的3次諧波 以下忽略更高次諧波 參見作圖說明 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 磁通波近似于平頂波在各次諧波磁通中以三次諧波磁通幅度最大三次諧波磁通與基波磁通有相同磁路 其磁阻較小 三次諧波電勢(shì)相當(dāng)大 其振幅可達(dá)基波振幅的50 一60 導(dǎo)致電勢(shì)波形嚴(yán)重畸變 所產(chǎn)生的過電壓有可能危害線圈絕緣 規(guī)定 三相變壓器組不能接成Y y運(yùn)行 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 二 三相鐵芯式變壓器Yy連接這種變壓器的磁路是各相相互關(guān)聯(lián)的 對(duì)于三次諧波磁通 三相同相位 它們不能沿鐵心閉合 只有從鐵軛處散射出去 穿過一段間隙 借道油箱壁而閉合 如圖所示 這樣三次諧波磁通就遇到很大的磁阻 使得它們大為削弱 使主磁通接近正弦波 因此相電勢(shì)中三次諧波很小 電勢(shì)波形接近正弦波 三相鐵芯式變壓器可以接成Yy三次諧波磁通經(jīng)過油箱壁 在其中感應(yīng)電勢(shì) 產(chǎn)生損耗 會(huì)引起油箱壁局部過熱容量限制在1800kVA以下 3磁阻較大 故 3較小 e3小 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 三相變壓器YN y連接原邊接通三相交流電源后 3次諧波電流均可在原繞組暢通 在磁路飽和的情況下 鐵心中的磁通和繞組中的感應(yīng)電勢(shì)仍呈 或接近 正弦形 不論是線電勢(shì) 相電勢(shì) 不論是原邊 還是副邊電勢(shì) 其波形均呈正弦形 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 三 三相變壓器Yd連接次級(jí)側(cè)三角形接法 對(duì)三次諧波電勢(shì)短路 在三角形電路中產(chǎn)生的三次諧波電流 環(huán)流 該環(huán)流 供給勵(lì)磁電流中所需的3次諧波電流分量 對(duì)原有的三次諧波磁通起去磁作用 三次諧波電勢(shì)被削弱 量值是很小的 相電勢(shì)波形接近正弦波形 由初級(jí)側(cè)提供了磁化電流的基波分量 由次級(jí)側(cè)提供了磁化電流的三次諧波分量 在高壓線路中的大容量變壓器需接成Y d 三相變壓器Yd連接 故相電勢(shì)接近正弦波形 在高壓線路中的大容量變壓器需接成Yd 此種情況也可以理解為 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 3次諧波電流可流通 磁通呈正弦形 從而每相電勢(shì)接近正弦波 分析 一次側(cè)相電流中是否有三次諧波電流 磁通中有無三次諧波一次側(cè)線電流 相電勢(shì)與線電勢(shì)中有無三次諧波二次側(cè)電勢(shì) 電流中是否存在三次諧波 三相變壓器D y連接 三相變壓器繞組連接法及其磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 在鐵芯柱另外安裝一套第三繞組 三角形連接 提供三次諧波電流通道 四 Y y連接附加一組D連接第三繞組 Y D y 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 在大容量的變電站中 常采用幾臺(tái)變壓器并聯(lián)的運(yùn)行方式 即將這些變壓器的一次側(cè) 二次側(cè)的端子分別并聯(lián)到一次側(cè) 二次側(cè)的公共母線上 共同對(duì)負(fù)載供電 并聯(lián)的運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是 1 適應(yīng)用電量的增加 隨著負(fù)載的發(fā)展 必須相應(yīng)地增加變壓器容量及臺(tái)數(shù) 2 提高運(yùn)行效率 當(dāng)負(fù)載隨著季節(jié)或晝夜有較大的變化時(shí) 根據(jù)需要調(diào)節(jié)投入變壓器的臺(tái)數(shù) 3 提高供電可靠性 允許其中部分變壓器由于檢修或故障退出并聯(lián) 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 理想的并聯(lián)運(yùn)行條件內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流 空載時(shí) 各變壓器的相應(yīng)的次級(jí)電壓必須相等且同相位 使全部裝置容量獲得最大程度的應(yīng)用 在有負(fù)載時(shí) 各變壓器所分擔(dān)的負(fù)載電流應(yīng)該與它們的容量成正比例 各變壓器均可同時(shí)達(dá)到滿載狀態(tài) 每臺(tái)變壓器所分擔(dān)的負(fù)載電流均為最小 各變壓器的負(fù)載電流都應(yīng)同相位 則總的負(fù)載電流是各負(fù)載電流的代數(shù)和 當(dāng)總的負(fù)載電流為一定值時(shí) 每臺(tái)變壓器的銅耗為最小 運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 條件1 避免在并聯(lián)變壓器中產(chǎn)生環(huán)流 1 并聯(lián)連接的各變壓器必須有相同的電壓等級(jí) 且屬于相同的連接組 不同連接組變壓器不能并聯(lián)運(yùn)行 2 各變壓器都應(yīng)有相同的線電壓變比 實(shí)用上所并聯(lián)的各變壓器的變比間的差值應(yīng)限制在0 5 以內(nèi) 要求次級(jí)電壓必須相等且同相位 條件2 負(fù)載電流與容量成正比例 要求各變壓器應(yīng)有相同的短路電壓 1 變壓器在滿足條件1下并聯(lián)運(yùn)行時(shí) 可使用并聯(lián)電路的分流計(jì)算公式 2 由理想條件2 得 1 2 3 式 1 式 2 得 則 3 即在滿足 1 時(shí) 條件3 各變壓器的負(fù)載電流應(yīng)同相位 要求各變壓器短路電阻與短路電抗的比值相等 因?yàn)?或要求阻抗電壓降的有功分量和無功分量應(yīng)分別相等 1 由 1 知 若各負(fù)載電流同相 必定有 則 并聯(lián)運(yùn)行負(fù)載分配計(jì)算公式 實(shí)際情況中 變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí) 第1個(gè)條件比較容易滿足 即 各變壓器有相同的變比和連接組別 但第2 3個(gè)條件不容易滿足 即變壓器有不同的短路電壓 一般 大容量變壓器有較大的短路電壓 這種情況下 各個(gè)變壓器的負(fù)載是如何分配的 各變壓器負(fù)載電流與總負(fù)載電流分配關(guān)系式 實(shí)用上 可認(rèn)為Zki的輻角相等 即假定電流同相 則可得到 兩邊乘以U2 得到輸出功率分配關(guān)系式 結(jié)論 各變壓器的負(fù)載分配與該變壓器的額定容量成正比 與短路電壓成反比 如果各變壓器的短路電壓都相同 則變壓器的負(fù)載分配只與額定容量成正比 各變壓器可同時(shí)達(dá)到滿載 總的裝置容量得到充分利用 一般電力變壓器的uk 大約在0 05 0 105范圍內(nèi) 容量大的變壓器uk 也較大 如果uk 不等 則uk 較小的那臺(tái)變壓器將先達(dá)到滿載 例如當(dāng)UK UK 時(shí) S SN S SN 1 UK 1 UK