chap4三相變壓器及運行要點.ppt

1、變壓器的不對稱運行及瞬態(tài)過程,主要討論不對稱運行及其分析方法 瞬態(tài)過程只要了解其概念,三相變壓器不對稱運行,不對稱各相電流(或電壓，電勢)大小有可能不同，相位也不依次差120 對稱分量法對稱分量法 各序等效電路，疊加原理三相 中點浮動問題三相,基本概念,不對稱運行狀態(tài)的主要原因： 外施電壓不對稱。三相電流也不對稱。 各相負載阻抗不對稱。當初級外施電壓對稱，三相電流不對稱。不對稱的三相電流流經(jīng)變壓器，導(dǎo)致各相阻抗壓降不相等，從而次級電壓也不對稱。 外施電壓和負載阻抗均不對稱。,著重分析,不對稱運行的分析方法 正序阻抗、負序阻抗及零序阻抗的物理概念及測量方法 危害性三相變壓器在Y，yn連接時相電壓

2、中點浮動的原因及其危害,對稱的三相系統(tǒng)：三相中的電壓Ua、Ub、Uc對稱，只有一個獨立變量。如三相相序為a、b、c，由Ua得出其余兩相電壓 Ub=2 Ua, Uc=Ua (41) 復(fù)數(shù)算子ej120e-j240 = cos120+j sin120 2ej240e-j120 3ej360ej01,三相不對稱系統(tǒng)：三相中的電壓Ua、Ub、Uc互不相關(guān)大小不一定相等，相位關(guān)系不固定 Ua、Ub、Uc為三個獨立變量,對稱分量法,把不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個獨立的對稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負序系統(tǒng)和零序系統(tǒng),例：,Ua、Ub、Uc為不對稱三相電壓 下標“+”、“-”、“0”分別表示正序、負序和零序,正序電壓

3、Ua+、Ub+、Uc+組成正序系統(tǒng),約束條件 Ub+=2 Ua+, Uc+=Ua+ 性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序為a-b-c。,各相負序電壓Ua-、Ub-、Uc-組成負序系統(tǒng),約束條件 Ub-=Ua-, Uc-=2Ua- 性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序為a-c-b。,逆時針,各相零序電壓Ua0、Ub0、Uc0組成零序系統(tǒng),約束條件 Ub0=Ua0, Uc0=Ua0 性質(zhì)：每相大小相等且同相位。 共同性質(zhì)：三相大小相等，彼此之間相位差相等,A0B0C0,例題,設(shè)有一不對稱三相電壓 將其分解為對稱分量。,顯然，各相大小不等，相位差也不相同，為不對稱電壓。 表示為復(fù)數(shù)形式：

4、,分解為對稱分量：,（1）正序、負序和零序系統(tǒng)都是對稱系統(tǒng)。當求得各個對稱分量后，再把各相的三個分量疊加便得到不對稱運行情形。 （2）不同相序具有不同阻抗參數(shù)，電流流經(jīng)電機和變壓器具有不同物理性質(zhì)。 （3）對稱分量法根據(jù)疊加原理，只適用于線性參數(shù)的電路中。,結(jié)論,三相變壓器的正序阻抗,正序電流所遇到的阻抗,三相變壓器的負序阻抗,負序電流所遇到的阻抗,具有與正序一樣的性質(zhì),三相變壓器的零序阻抗,零序電流所遇到的阻抗 1. 零序電流在變壓器繞組中的流通情況 2.零序等效電路 3.零序磁通在變壓器鐵芯中流通路徑 4.零序激磁阻抗測量方法,1.零序電流在變壓器繞組中的流通,零序電流能否流通與三相繞組的

5、連接方式有關(guān)。 Y接法中無法流通 YN接法可以流通 D接法線電流不能流通零序電流，但其閉合回路能為零序電流提供通路，如果另一方有零序電流，通過感應(yīng)也會在D接法繞組中產(chǎn)生零序電流。 Y，y；Y，d；D，y；D，d無零序電流 YN，d和D，yn接法如YN、yn中有零序電流，d、D中也感應(yīng)零序電流。 YN，y和Y，yn接法當YN、yn中有零序電流，y、Y中也不會有零序電流。,2.零序等效電路,（1）首先分析零序電流的來源； （2）確定初、次級側(cè)相、線中的零序電流情況； （3）零序電流的等效電路； （4）對運行的影響。,(1)YN，d接法的零序等效電路,初級、次級側(cè)均能流通零序電流，但是不能流向次級側(cè)

6、負載電路,d連接是閉合繞組，等效電路的次級側(cè)為短路,YN，d接法的零序阻抗是一很小的阻抗。 電源有較小的UA0，會引起較大的零序電流，導(dǎo)致變壓器過熱。 應(yīng)有保護措施監(jiān)視中線電流。,零序電流由于次級側(cè)有中線電流引起的，不流入電源 零序阻抗不大，如中線電流不大，不會造成相電壓嚴重不對稱 D，yn連接的變壓器具有較好的負擔單相負載能力。,（2）D，yn接法的零序等效電路,零序電流由電源零序電壓產(chǎn)生,（3）YN，y接法零序等效電路,次級側(cè)無零序電流，感應(yīng)有零序電勢，表現(xiàn)為較大零序阻抗,對運行的影響 零序電流小，不會引起過熱 會引起次級側(cè)相電壓不對稱 次級側(cè)線電壓不受零序影響，常在高壓輸電線路中采用。,

7、等效電路,（4）Y，yn接法的零序等效電路 零序電流由次級側(cè)有中線電流引起 初級側(cè)無零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢，有較大零序阻抗。 如果Z0較大，較小的中線電流會造成相電壓較大的不對稱。其不對稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。,圖4-5,3.零序磁通在鐵芯中流通路徑,由于三相的零序電流在時間上同相位，所產(chǎn)生的三相零序磁通及其感應(yīng)的三相零序電勢各相均同相位。 零序磁通及其感應(yīng)電勢的大小與磁路系統(tǒng)有關(guān)。,(1)三相磁路獨立,零序磁通路徑與正序、負序磁路相同，磁阻較小，激磁阻抗較大,Zm0=Zm=rm+jxm,(2)三相磁路相關(guān),零序磁通只匝鏈各自繞組，以變壓器油及油箱壁為回路，磁阻較大，零序激磁阻抗

8、較小 Zm0 Zm,Zm0*大約為0.31 Zm*大約是20以上,4.零序激磁阻抗測量方法,YN，d或D，yn接法：zk0zk 不計零序激磁阻抗 Y，yn或YN，y接法：模擬施加三相零序電壓 Y，yn：把次級三個相繞組按首尾次序串聯(lián)，接到單相電源，初級方開路。 測量電壓U、電流I和輸入功率P，計算出零序激磁阻抗 Z0=U/3I；r0=P/3I2；x0=,三相Y，yn連接單相運行分析,假設(shè)：外施電壓為對稱三相電壓 目的：分析Y，yn接法中的零序電流的影響,零序電流由次級側(cè)有中線電流引起 初級側(cè)無零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢，有較大零序阻抗。 如果Z0較大，較小的中線電流會造成相電壓較大的不對稱

9、。其不對稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。,外施對稱三相電壓,在a相接單相負載ZL,負載電流I 初級側(cè)電流IA、IB、IC 初級、次級側(cè)相電壓UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。,步驟1. 列出端點方程,步驟2. 分解為不對稱分量,初級側(cè)星形連接，無零序電流通路，相電流只有正序與負序分量,條件:外施線電壓為對稱，沒有負序分量電壓和零序分量電壓，各繞組上的正序電壓UA+、UB+、UC+即為電源相電壓。 次級側(cè)產(chǎn)生負序分量電流和零序分量電流，產(chǎn)生相應(yīng)的負序磁通和零序磁通，在初級、次級繞組中感應(yīng)負序分量電壓和零序分量電壓。 初級側(cè)中感應(yīng)的負序電壓產(chǎn)生初級側(cè)負序電流IA-、IB-、IC-，以電源為回路，對

10、負序電流初級、次級磁勢平衡，不建立負序主磁通，負序壓降即為負序阻抗壓降（漏電抗壓降），值不大。,電壓分析. 正序，負序，零序,在Y，yn接法中，零序電流只能在次級側(cè)流通，在初級側(cè)電路中雖感應(yīng)有零序電勢，但無零序電流流通。 Ia0、Ibo、Ic0為激磁性質(zhì)電流，建立起同時和原、副線圈交鏈的零序主磁通，在原、副線圈中感應(yīng)零序電勢E0。 初級側(cè)的零序電壓即等于零序電勢。,步驟3. 相序方程式,a相電流為： 負載電流為： 如略去Zk和Z2,步驟4. 求解,中點浮動,外施電壓對稱，當次級側(cè)接有單相負載后，在每相繞組上都疊加有零序電勢，造成相電壓不對稱，在相量圖中表現(xiàn)為相電壓中點O偏離了線電壓三角形的幾何

11、中心O。 中點浮動的程度主要取決于零序電勢E0，E0的大小取決于零序電流的大小和磁路結(jié)構(gòu)。,三芯柱結(jié)構(gòu)，零序磁通的磁阻較大(即zm0較小)。適當?shù)叵拗浦芯€電流，則E0不會太大。運行規(guī)程規(guī)定三芯柱變壓器如按Y，yn接法運行應(yīng)限制中線電流不超過0.25 IN。 中線電流I0Ia+Ib+Ic3Ia0 則：Ia0應(yīng)小于0.0833IN 設(shè)zm0*=0.6，Ia0=0.0833IN 則E0*Ia0*zm0*0.05，相電壓偏移不大。 影響：零序磁通途經(jīng)變壓器油箱，引起油箱壁局部發(fā)熱。,三相變壓器組，各相磁路獨立，零序磁阻較小，Zm0Zm。很小的零序電流也會感應(yīng)很大的零序電勢，中點有較大的浮動，造成相電壓

12、嚴重不對稱。 如一相發(fā)生短路，即ZL0 -I=3UA+/Zm=3I0 短路電流僅為正常激磁電流的3倍 Ua0，則E0UA+，零序電勢大，中點浮動到A頂點 疊加于BC相，B、C相電壓均等于原額定線電壓倍。 結(jié)論：三相變壓器組不能接成Y，yn運行。,小結(jié)（1）,不對稱運行的分析常采用對稱分量法把不對稱的三相電壓或電流用對稱分量法分解為對稱的正序分量系統(tǒng)、負序分量系統(tǒng)和零序分量系統(tǒng)。分別對各對稱分量系統(tǒng)作用下的運行情況進行分析，然后把各分量系統(tǒng)的分析結(jié)果疊加起來，便得到不對稱運行時總的分析結(jié)果。,小結(jié)（2）,零序分量電流三相同相，其流經(jīng)變壓器的情況與變壓器的連接方法有關(guān)： Y，y；Y，d；D，y；D

13、，d連接無零序電流。 YN，d；D，yn連接零序電流在雙側(cè)繞組內(nèi)均可流通。 YN，y；Y，yn連接零序電流只能在YN、yn側(cè)流通。 在零序電流可以流通的連接組中，其零序阻抗的大小還與變壓器的磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)。,小結(jié)（3）不對稱運行的分析步驟,列出端點方程式 把不對稱的三相電壓和電流分解為對稱分量 列出相序方程式，畫出等效電路圖 求解電流和電壓，或作出相量圖用于定性分析,例題,2. 三個相同的單相變壓器接成三相變壓器組Dyn11，有：uk=5%，uka=2%，pFe=1%PN，I0=5%IN，副方接單相電阻負載r*=1。 求：負載電流，零序電壓,等效電路參數(shù)計算：,建立端點方程式：,分解為對稱分量：

14、,各相序等效電路：,相序方程式： （標幺值表示）,聯(lián)立求解：,零序電壓：,由于初級對零序電勢相當于有短路作用，削弱了零序磁通，零序電壓很小。,思考題,4-2 決定零序阻抗的因素有哪些？ 4-4 Y,yn0不可以用于三相變壓器組的原因 4-5 如何測量零序激磁電抗？,零序電流三相同相，它在繞組中的流通情況及其產(chǎn)生的零序磁通在鐵芯中的流通情況與正序及負序不一致，因此遇到的零序阻抗也不同于正序阻抗。 其大小決定于變壓器繞組的連接方式和鐵心結(jié)構(gòu)。 Y，y；Y，d；D，y；D，d連接無零序電流。 YN，d；D，yn連接零序電流在雙側(cè)繞組內(nèi)均可流通。 YN，y；Y，yn連接零序電流只能在YN、yn側(cè)流通。

15、 A 對三相組式，各相磁路獨立，零序磁通在鐵心中閉合，磁阻小，激磁阻抗大。 B 對三相芯式變壓器，各相磁路關(guān)聯(lián)，零序磁通不能在鐵心中閉合，磁阻大，激磁阻抗大。,副方(yn)接單相或不對稱負載時，將產(chǎn)生零序電流，產(chǎn)生零序磁通，在各繞組中感應(yīng)有零序電勢，疊加于各繞組正序電壓上，使各繞組的電壓不對稱“中點浮動”。 中點浮動的程度取決于零序電勢，又取決于零序電流的大小和磁路結(jié)構(gòu)。 三相組式變壓器，零序磁阻小，零序阻抗等同正序阻抗，較小的零序電流產(chǎn)生較大的零序電勢，中點浮動大，相電壓嚴重不對稱。 單相短路時，短路電流?。▋H為勵磁電流的三倍），但中點浮動大（達相電壓），使另兩相電壓達到線電壓。,模擬零序電

16、流和零序磁通的流通情況。,作業(yè),4-1：先根據(jù)試驗求電路參數(shù)，三臺單相變壓器相連即三相變壓器組 4-2 4-3：先求出負載側(cè)各序電流，然后根據(jù)變比轉(zhuǎn)變到原邊。注意：零序電流的流通情況,次級側(cè)突然短路時的瞬態(tài)過程,突然短路電流 過電流的影響 發(fā)熱現(xiàn)象 電磁力作用,1. 突然短路電流,突然短路電流的最大值與衰減,當K時，瞬態(tài)電流分量為0，短路后立刻進入穩(wěn)態(tài)。 當K90時，瞬態(tài)分量有最大值，在短路后的半周期電流達到最大值。,2. 過電流的影響,過電流情況分析： 設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，則 短路瞬間的沖擊電流很大。,2. 過電流的影響,發(fā)熱現(xiàn)象： 設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，則 短路電流產(chǎn)生的銅損耗是正常銅損耗的182倍。 影響： 使繞組溫度急劇上升，產(chǎn)生過熱，需進行過熱保護。,2. 過電流的影響,電磁力作用： 設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，則 電磁力（由漏磁場和電流作用產(chǎn)生）也與電流的平方成正比，繞組上產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，徑向有外張力和內(nèi)壓力，軸向里從繞組兩端擠壓繞組。 措施： 加強繞組的機