電機學(xué)電子教案、習(xí)題解答04第4章 變壓器的運行ppt課件

1、第4章 變壓器的運行4.1 4.1 變壓器的運行特性變壓器的運行特性4.2 4.2 變壓器的并聯(lián)運行變壓器的并聯(lián)運行 4.3 4.3 變壓器空載合閘電流變壓器空載合閘電流4.4 4.4 變壓器的突然短路變壓器的突然短路 內(nèi)容內(nèi)容 要求要求 掌握電壓變化率定義及參數(shù)表達式、負載性質(zhì)不同時的外特性特點。掌握電壓變化率定義及參數(shù)表達式、負載性質(zhì)不同時的外特性特點。掌握變壓器的損耗、效率計算式、取得最大效率的條件。掌握變壓器的損耗、效率計算式、取得最大效率的條件。掌握并聯(lián)運行條件、條件不滿足時產(chǎn)生的后果、并聯(lián)運行負載分配計算。掌握并聯(lián)運行條件、條件不滿足時產(chǎn)生的后果、并聯(lián)運行負載分配計算。理解空載合閘

2、瞬態(tài)過程、空載合閘過電流產(chǎn)生的原因及其影響。理解空載合閘瞬態(tài)過程、空載合閘過電流產(chǎn)生的原因及其影響。理解突然短路瞬態(tài)過程、突然短路電流大小及對變壓器的影響。理解突然短路瞬態(tài)過程、突然短路電流大小及對變壓器的影響。第4章 變壓器的運行4.1 4.1 變壓器的運行特性變壓器的運行特性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一、電壓變化率和外特性1. 電壓變化率電壓變化率從空載到負載時二次側(cè)電壓變化的百分值：從空載到負載時二次側(cè)電壓變化的百分值： 常數(shù)，指211cos,N

3、UU%100%100%1001212222220NNNNNUUUUUUUUUU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。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4章 變壓器的運行bcaboaocUUN21%100121NNUUUU%100sincos12121NssUXIRI%100sincos1212111NsNsNNUXIRIII%100)sincos(2*2*ssXR2121sincosssXIRI*2*1II 稱為負載系數(shù)。稱為負載系數(shù)。 與U負載大小負載大小負載性質(zhì)負載性質(zhì)短路阻抗短路阻抗有關(guān)有關(guān)2*ssXR 、電壓變化率是表征變壓器運行性能

4、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。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電力變壓器的額定電壓變化率在5%左右。左右。 第4章 變壓器的運行2. 外特性外特性 常數(shù)時：指211cos,NUU)(22IfU （1電阻負載電阻負載, 02, 0sin2, 0*sRRUNUU22即端電壓隨負載增加而下降。即端電壓隨負載增加而下降。 （2感性負載感性負載 , 02, 0sin2NUU220)sincos(2*2*RssRLUXRU即端電壓隨負載增加而下降，且比電阻負載時要下降的多。即端電壓隨負載增加而下降，且

5、比電阻負載時要下降的多。 （3容性負載容性負載 02, 0sin2則若，2*2*cossinssRX0)sincos(2*2*ssRCXRU則若，2*2*cossinssRX0)sincos(2*2*ssRCXRUNUU22NUU22即容性負載時端電壓隨負載增加可能上升。即容性負載時端電壓隨負載增加可能上升。 通常電力變壓器的負載為感性負載，所以變壓器的外特性以曲線通常電力變壓器的負載為感性負載，所以變壓器的外特性以曲線2為代表。為代表。第4章 變壓器的運行3.3.電壓調(diào)整電壓調(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)

6、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中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作頭，記作UN UN 5%5%。大型電力變壓器采用。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭。五個或多個分接頭。第4章 變壓器的運行二、損耗、效率及效率特性二、損耗、效率及效率特性1. 變壓器的損耗由于銅耗隨負載電流平方關(guān)系而變化，故銅耗稱為可變損耗。由于銅耗隨負載電流平方關(guān)系而變化，故銅耗稱為可變損耗。損耗損耗磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的局部渦流損耗等磁通在

7、結(jié)構(gòu)部件中引起的局部渦流損耗等Fep鐵耗鐵耗基本鐵耗：鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗基本鐵耗：鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗附加鐵耗：附加鐵耗：Cup銅耗銅耗基本銅耗：電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗基本銅耗：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)引起的損耗等附加銅耗：集膚效應(yīng)引起的損耗等不變，不變，不變，由于、mBfU11故鐵耗稱為不變損耗。故鐵耗稱為不變損耗。0ppFe3 . 12fBpmFe鐵耗鐵耗sCuRIp21銅耗銅耗sNsNsCupRIRIp2)C75(212)C75(21sNp為額定銅耗為額定銅耗變壓器的總損耗為變壓器的總損耗為CuFeppp第4章 變壓器的運行效率是表征

8、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。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：指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值：%10012PP%100%1002222CuFeppPPpPP%100coscossN202N2NppSS 22cosNSP將將0ppFesNCupp2代入上式得效率計算式：代入上式得效率計算式：中、小型電力變壓器額定效率在中、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以上，大型電力變壓器額定效率達99%以上。以上。22222222coscoscosNNNNSIU

9、IUP故因，NUU22第4章 變壓器的運行3. 變壓器的效率特性)(f常數(shù)時：指211cos,NUU%100coscossN202N2NppSS即：時，m；很小，Cup時，m達到最大值；，F(xiàn)eCupp時，m。很大，Cup效率特性曲線形狀解釋：效率特性曲線形狀解釋：0dd令令 ，可求得變壓器達到最高效率的條件：，可求得變壓器達到最高效率的條件：02ppsNm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。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4章 變壓器的運行最高效率時的負載系數(shù)最高效率時的負載系數(shù) sNmpp0變壓器的最高效率：變壓器的最高效率： %1002cosco

10、s022maxpSSNmNm由于電力變壓器經(jīng)常處于由于電力變壓器經(jīng)常處于5070額定負載下運行。為了使長期輕載運行的變額定負載下運行。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 m0.50.7。 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0.50.7倍倍額定負載時才具有最高效率。額定負載時才具有最高效率。 例4.1.1 第4章 變壓器的運行4.2 4.2 變壓器的并聯(lián)運行變壓器的并聯(lián)運行 并聯(lián)運行是指將幾臺并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二

11、次繞組分變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負載供電母線上，共同向負載供電的運行方式。的運行方式。一、并聯(lián)運行的優(yōu)點一、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。電。 可以提高供電的經(jīng)濟性：可根據(jù)負載大小變化，隨時調(diào)整投入并聯(lián)臺可以提高供電的經(jīng)濟性：可根據(jù)負載大小變化，隨時調(diào)整投入并聯(lián)臺數(shù)。數(shù)。 可以減少備用容量和初次投資：可隨負荷不斷增加，分期安裝變壓器?？梢詼p少備用容量和初次投資：可隨負荷不斷增加，分期安裝變壓器。 第4章 變壓器的運行二、并聯(lián)運行的

12、理想條件二、并聯(lián)運行的理想條件并聯(lián)運行的理想情況是：并聯(lián)運行的理想情況是：（1 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?？蛰d時各變壓器繞組之間無環(huán)流；否則將增加繞組銅損耗。（2 2負載時各變壓器的負載系數(shù)相等；負載時各變壓器的負載系數(shù)相等；“大馬拉大車、小馬拉小車大馬拉大車、小馬拉小車”，充分，充分利用。利用。（3 3負載時各變壓器的輸出電流同相位?？偟妮敵鲭娏髯畲蟆Ｘ撦d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。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：各變壓器的為了實現(xiàn)上述理想情況，變壓

13、器并聯(lián)運行的理想條件是：各變壓器的實際并聯(lián)時，第實際并聯(lián)時，第2條必須滿足，（條必須滿足，（1）（）（3兩條允許稍有偏差。兩條允許稍有偏差。（1額定電壓相等，即變比相等；額定電壓相等，即變比相等；（2聯(lián)結(jié)組別相同；聯(lián)結(jié)組別相同；實現(xiàn)理想情況實現(xiàn)理想情況1）實現(xiàn)理想情況實現(xiàn)理想情況2）（）（3）第4章 變壓器的運行三、不滿足并聯(lián)條件時的運行分析三、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IIIkk ：設(shè)兩臺變壓器變比不等折算到二次測的簡化等效電路折算到二次測的簡化等效電路 sIIsIII1I1sIIsIcZZkUkUZZUIII1I1kUkUU則二次側(cè)引起開路電壓差則二次側(cè)引起開路電壓

14、差 它將在兩臺變壓器二次繞組之間產(chǎn)生環(huán)流：它將在兩臺變壓器二次繞組之間產(chǎn)生環(huán)流： sIZsIIZU由于漏阻抗由于漏阻抗很小，即便很小，即便不大，也會引起較大的環(huán)流。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為了控制環(huán)流不超過額定電流的5%，變比差，變比差kkkkk|不應(yīng)超過不應(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，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。這既占用了變壓器的容量，又增加了變壓器損耗。 第4章 變壓器的運行2. 聯(lián)結(jié)組別不同時并聯(lián)運行 Y,y0與與 Y,d11 并聯(lián)時并聯(lián)時

15、二次側(cè)線電壓相量圖二次側(cè)線電壓相量圖 由于短路阻抗很小由于短路阻抗很小, ,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。倍，這會燒毀繞組。30 聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器并聯(lián)運行時，聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器并聯(lián)運行時，二次側(cè)線電壓之間至少有二次側(cè)線電壓之間至少有 相位差，相位差，將形成很大的電壓差。將形成很大的電壓差。 例如：例如：Y,y0與與Y,d11并聯(lián)時，并聯(lián)時，uvuv518. 0230sin2UUU所以聯(lián)結(jié)所以聯(lián)結(jié) 組別不同的變壓器絕不允許并聯(lián)。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：二次側(cè)的線電壓差為：第4章 變壓器的運行3. 短路

16、阻抗標(biāo)么值不等時并聯(lián)運行sIIIIsIIZIZINsIINIINIIIINsININIIUZIIIUZIII*sIIII*sIIZZ*sII*sIIII/1/1ZZ由于變比相等，聯(lián)結(jié)組別相同，由于變比相等，聯(lián)結(jié)組別相同，此時環(huán)流為零。由圖可得此時環(huán)流為零。由圖可得即各變壓器所分擔(dān)的負載電流大小與其短路阻抗標(biāo)么值成反比。即各變壓器所分擔(dān)的負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，理想的負載分配是各負載系數(shù)相等，這就要求為了能充分利用變壓器的容量，理想的負載分配是各負載系數(shù)相等，這就要求各

17、臺變壓器的短路阻抗標(biāo)值相等。各臺變壓器的短路阻抗標(biāo)值相等。第4章 變壓器的運行時，當(dāng)*sII*sIZZIII兩臺變壓器同時滿載或同時以同樣的程度欠載，負載分配合理，容量充分利用。兩臺變壓器同時滿載或同時以同樣的程度欠載，負載分配合理，容量充分利用。 時，當(dāng)*sII*sIZZIII負載分配不合理，容量得不到充分利用。負載分配不合理，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)超過其平均值的壓器的短路阻抗標(biāo)么值相差不應(yīng)超過其平均值的10。，例如：若*sII*sIZZI

18、II則（滿載）1I（欠載）1II（滿載）1II（過載）1I負載分配不合理。負載分配不合理。 因而，當(dāng)因而，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，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。小的變壓器處于滿載運行，其它變壓器只能處于欠載運行。 *sZ*sZ第4章 變壓器的運行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)：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)： sIsIIsIsIsIIsIIIIIZZjXRjXRII)(sIsII時，當(dāng)sIIsI同相位，與IIIII總電流為各變壓

19、器輸出電流的代數(shù)和最大）?？傠娏鳛楦髯儔浩鬏敵鲭娏鞯拇鷶?shù)和最大）。 時，當(dāng)sIIsI有相差，與IIIII總電流為各變壓器輸出電流的相量和減?。?。總電流為各變壓器輸出電流的相量和減?。?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)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運行變壓器的最大容量與最小容量之比不超過3:13:1。 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

20、考慮阻抗角的影響，即認為二次電流是同相位的。相差很小，故一般可不考慮阻抗角的影響，即認為二次電流是同相位的。 o20第4章 變壓器的運行四、并聯(lián)運行時的負載分配計算四、并聯(lián)運行時的負載分配計算設(shè)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。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。*sN*snNnn*sN*sIINIIII*sN*sINIIZZSZZSZZSSSSSSSSSS各臺變壓器所分擔(dān)負載大小的計算公式：各臺變壓器所分擔(dān)負載大小的計算公式：為變壓器承擔(dān)的總負載S*sNZS*snNn*sIINII*sINIZZZSSS若要求任一臺變壓器都不過載，

21、若要求任一臺變壓器都不過載，可令可令 最小的變壓器的最小的變壓器的 *sZ1NSS變壓器的設(shè)備利用率變壓器的設(shè)備利用率: 越高，運行經(jīng)濟性越好。越高，運行經(jīng)濟性越好。 例4.2.1 第4章 變壓器的運行* *4.3 4.3 變壓器空載合閘電流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)電壓方程為空載合閘時，一次側(cè)電壓方程為)sin(m11tUudtdNRi110 忽略忽略 10Ri)sin(m11tUdtdNdttNUd)sin(1m1)cos(mt cosm 變壓器空載合閘時，空載電流在一次繞組電感線圈

22、中出現(xiàn)過渡過程，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?？赡艹霈F(xiàn)很大的沖擊電流勵磁涌流），可達額定電流的幾倍。第4章 變壓器的運行穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量 )cos(mt暫態(tài)分量暫態(tài)分量 cosm11111m1m44. 422fNUfNUNU穩(wěn)態(tài)時磁通的最大值穩(wěn)態(tài)時磁通的最大值 901）當(dāng)（ 即當(dāng)電壓瞬時值為最大時進行合閘，磁通為即當(dāng)電壓瞬時值為最大時進行合閘，磁通為 )90cos(mt90cosmtsinm 此時，此時，0 , 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)，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

23、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?？蛰d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4章 變壓器的運行02）當(dāng)（ 即當(dāng)電壓瞬時值為即當(dāng)電壓瞬時值為0時進行合閘，磁通為時進行合閘，磁通為 mmcost在合閘以后半個周期瞬間在合閘以后半個周期瞬間 ）（t磁通達到最大值磁通達到最大值 mmax2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mi01R111/ RLT 由于由于的存在，的存在， 是衰減的，衰減快慢由一次繞組時間常數(shù)是衰減的，衰減快慢由一次繞組時間常數(shù)決定。決定。 mi0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。能正常合閘。為此常加裝重合閘裝置。第4章 變壓器的運行* *4.4 4.4 變壓器的突然短路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突然短路時的電壓方程式為dtdiLRitUussss)sin(211ssTtsssiieItIis c