《變壓器的并聯(lián)運行》ppt課件

1、變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)5-1 概述變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)把變壓器的原、副繞組一樣標號的出線端連在一同，直接或者經(jīng)過一段線路接到母線上，這種運轉(zhuǎn)方式就叫做變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)。圖5-1 兩臺變壓器并聯(lián)運行的接線圖ABCabcABCabcABCabcIII1K2K3K4K電源負載高壓母線低壓母線變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)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義務，于是要采用多臺變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)。 變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)的優(yōu)點1提高供電的可靠性。并聯(lián)運轉(zhuǎn)的變壓器如有某臺變壓器發(fā)生缺點，可以把它從電網(wǎng)切除進展檢修，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電； 2可根據(jù)負荷大小調(diào)整投入并聯(lián)變壓器的臺數(shù)，以提高運轉(zhuǎn)效率

2、；3可以減少總的備用容量； 4可以隨著用電量的添加，分批安裝新的變壓器，以減少第一次投資。 5-2 變壓器的理想并聯(lián)條件變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)的最理想情況1 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?？蛰d時各變壓器副原邊的銅耗也較小。 2 2負載后，各變壓器所承當?shù)呢撦d電流按它們的額定容量負載后，各變壓器所承當?shù)呢撦d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。用。3 3負載后各變壓器副邊電流同相位。這樣在總的負載電流負載后各變壓器副邊

3、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??；假設各變壓器副邊電一定時各變壓器所分擔的電流最小；假設各變壓器副邊電流一定時，那么共同承當?shù)目傠娏髯畲?。流一定時，那么共同承當?shù)目傠娏髯畲蟆?為了到達上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運轉(zhuǎn)的各變壓器必需具備以下三個條件： 5-2 變壓器的理想并聯(lián)條件為了到達上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運轉(zhuǎn)的各變壓器必需具備以下 三個條件： 1 1各變壓器的額定電壓應相等，假設為單相變壓器那么各各變壓器的額定電壓應相等，假設為單相變壓器那么各變壓器的變比應相等；變壓器的變比應相等； 2 2各變壓器的結合組一樣；各變壓器的結合組一樣； 3 3各變壓器的短路阻抗標么值各變

4、壓器的短路阻抗標么值( (或短路電壓或短路電壓) )應相等，而且應相等，而且短路電抗和短路電阻之比也應相等。短路電抗和短路電阻之比也應相等。 以上三個條件中，結合組一樣的條件必需嚴厲保證。由于假設結合組不同，當各變壓器的原邊接到同一電網(wǎng)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，假設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ababababEEEEE518. 015sin221結合組不同的變壓器絕對制止并聯(lián)運轉(zhuǎn)。圖5-2 Y,y0與Y,d11兩臺變壓器并聯(lián)

5、運行時，副邊線電動勢相量圖30E1abE2abE5-3變比一樣而短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時的負載分配 變比一樣而短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時的負載分配 1kZ2kZ2I1IIkU12U圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路2211kkZIZI12212211kkkkZZIIZIZI上式等號右邊分子、分母除以額定電壓 1kZ2kZ2I1IIkU12U圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路112221122211/NkNkNkNkNNIZIZIZIZIIIINNNUUU21222111,NNIIII*1*211122221/kkNNkN

6、NkZZUIZUIZ*2*1*2*121SSII5-3變比一樣而短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)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。 1kZ2kZ2I1IIkU12U圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路假設為多臺變壓器并聯(lián)，那么 12*1*2*2*1*2*121kkkkuuZZSSII:1:1:1:*2*2*1321kkkZZZ結論：1當短路阻抗標么值相等時，即 2假設短路阻抗標幺值不相等，那么短路阻抗標幺值小者先到達滿載。實踐運轉(zhuǎn)時，為了使并聯(lián)運轉(zhuǎn)時不浪費設備容量，要求各變壓器的短路阻抗標么值不超越平均值的10。3為了使各并聯(lián)運轉(zhuǎn)的變

7、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。 *3*2*1321*3*2*1SSSZZZkkk1*1S1*3*2SS5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時的負載分配 變比不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)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，而且還遭到環(huán)流的影響。 圖5-4 聯(lián)結組相但變比不相等的兩臺變壓器并聯(lián)時運行1kZ2kZ2I1II2ULZIIkU1IkU1cI211221212111/IIIZUkUIZUkUIkk2111211121211112221212/kLckkkkkLckkkkZUkUkIIIIZZZZZUk

8、UkIIIIZZZZ5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)時的負載分配 1負載運轉(zhuǎn)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根本一樣，再迭加上環(huán)流后，勢必呵斥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)運轉(zhuǎn)所不希望的，因此對環(huán)流有上述的限制。 cIcI2111211121211112221212/kLckkkkkLckkkkZUkUkIIIIZZZZZUkUkIIIIZZZZ變壓器的并聯(lián)運轉(zhuǎn)本章小結為了提高供電的可靠性以及使安裝設備得到充

9、分利用，近代發(fā)電廠和變電所都采用多臺變壓器并聯(lián)運轉(zhuǎn)，為了得到理想的并聯(lián)運轉(zhuǎn)情況，要求各變壓器滿足結合組一樣、變比相等，以及短路阻抗標么值相等。變比相等和結合組一樣保證空載時不產(chǎn)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那么保證了負載按變壓器容量成比例分配，假設短路阻抗標么值不相等，那么負荷系數(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)運轉(zhuǎn)時，電壓、電流、電動勢和磁通的幅值根本堅持不變。但在變壓器的運轉(zhuǎn)情況遭到較大的擾動時，如合閘、負載忽然變化，副邊忽然短路、蒙受雷擊等，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)定運轉(zhuǎn)形狀過渡到另一種穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

10、形狀，這一過程稱為瞬態(tài)過程或過渡過程。 研討變壓器的瞬態(tài)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，能夠會使繞組中的電壓和電流超越額定值許多倍，即出現(xiàn)所謂過電壓和過電流景象，雖然瞬態(tài)過程繼續(xù)的時間很短，但卻能夠使變壓器遭到破壞，因此，對這些問題應進展分析研討，找出它的變化規(guī)律，對變壓器的設計、制造、維護和運轉(zhuǎn)都是非常必要的。 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)運轉(zhuǎn)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景象，能夠出現(xiàn)很大的沖擊電流，如不采取適當?shù)拇胧?，那么能夠使開關跳閘，以致變壓

11、器不能順利投入電網(wǎng)。 1u0i1r1w2w圖6-1 變壓器空載接通電源變壓器的瞬態(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(chǎn)生過電流的緣由設電網(wǎng)電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，那么合閘時變壓器原邊回路的電動勢方程式為 dtdwritUut11011)sin(2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景象，上式是一個非線性微分方程。為了求解，作線性化的處置。即以為整個瞬態(tài)過程中，鐵心飽和程度不變，并以運轉(zhuǎn)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： avt

12、Lwi10式中Lav是對應于運轉(zhuǎn)點原繞組的平均電感，如圖6-2所示。 tw10iavL圖6-2 原繞組平均電感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(chǎn)生過電流的緣由由此，式(6-1)便可改寫為)sin(21111tULrwdtdwtavt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 ，另一部分是自在分量 ，即 63 tLrmtLravtavavCetCetLrwU11)sin()sin()(221211 式中： 為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為m11112121144. 422)(2fwUfwULrwUavm為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為)(901

13、11avavLrrLtg因為C為磁通的自在分量的幅值，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(chǎn)生過電流的緣由設投入電網(wǎng)t=0時，鐵心里沒有剩磁，即(t=0)=0，那么 所以 因此討論：由上式可知1當=90時合閘，那么合閘時的磁通為 即合閘以后就進入穩(wěn)定形狀，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。 0)90sin(Cmtcos)90sin(mmCtLrmmtavet1cos)cos(ttmmtsin)90cos(t01u1u圖6-3 當 時，變壓器空載接通電源磁通的變化曲線圖90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

14、載合閘時產(chǎn)生過電流的緣由討論：由上式可知2當=0時合閘，那么合閘時的磁通為 圖6-4是這種情況的磁通變化曲線。 tLrmmtavet1cos圖6-4 當 時，變壓器空載接通電源磁通的變化曲線圖0t0 當 時，磁通 到達最大值，假設不思索自在分量的衰減，變壓器的總磁通差不多達2m ，思索到變壓器在空載合閘之前鐵心里尚有剩磁，當剩磁方向與自在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。 180tt圖6-5 磁化曲線tmm00imi00iAB變壓器的瞬態(tài)過程6-2變壓器空載合閘時

15、的瞬態(tài)過程 空載合閘時產(chǎn)生過電流的緣由討論：由上式可知2變壓器在正常運轉(zhuǎn)時，磁路已開場飽和，例如工 作在A點，在最不利的空載合閘情況下，磁通能夠 超越m 的兩倍。這時鐵心非常飽和，任務在B 點 ，因此激磁電流很大，超越穩(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。 圖6-5 磁化曲線tmm00imi00iABt圖6-6 空載合閘電流示波圖現(xiàn)實上，隨著時間的推移，自在分量將逐漸衰減，衰減的快慢取決于時間常數(shù)，普通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需經(jīng)過幾個周波(零點幾秒以下)就到達穩(wěn)態(tài)值，

16、巨型變壓器裒減得較慢，有的衰減過程可以到達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(chǎn)生過電流的緣由討論：由上式可知3空載合閘電流對變壓器本身沒有多大的危害，但當它衰減較慢時，能夠引 起變壓器本身過電流維護安裝動作而跳閘，為了防止這種景象，需求設法 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 那么減少沖擊量，二來還可以使沖擊迅速衰減。合閘終了后，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 變壓器副邊忽然短

17、路的瞬態(tài)過程忽然短路電流：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。變壓器副邊忽然短路時，短路電流比穩(wěn)態(tài)短路電流更大，如不采取有效措施，能夠把變壓器損壞。 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 副邊忽然短路時的情況就與R、L串聯(lián)電路 忽然接到正弦電壓上去的情況類似，可用 “電路原理中分析R、L串聯(lián)電路瞬態(tài)過程 的方法來進展分析。 1ukrkLki圖6-7 變壓器突然短路設電網(wǎng)容量很大，短路電流不致引起電網(wǎng)電壓下降。那么得忽然短路時原邊電路微分方程式為：

18、dtdiLritUukkkk)sin(211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 變壓器副邊忽然短路的瞬態(tài)過程解此常系數(shù)微分方程式可得： kkTtkkTtkkkkkkCetICetxrUiii )sin(2)sin(2221式中： 為忽然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值；)sin(2kkktIi為忽然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的幅值；22122kkkxrUI為 與 的相位差。為暫態(tài)電流衰減的時間常數(shù)； 為忽然短路電流暫態(tài)分量(自在分量)的瞬時值； 9011kkkkkrLtgrxtgki1ukTtkCei kkkrLT/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 變壓器副邊忽然短路的瞬態(tài)過程式中

19、：C為待定積分常數(shù)，由初始條件決議。 通常，變壓器發(fā)生忽然短路之前，能夠曾經(jīng)處于負載運轉(zhuǎn)，但由于負載電流比短路電流小很多，故可略去不計，而以為忽然短路是在空載情況下發(fā)生的，即以為t=0時，ik =0，代入ik表達式可得 因此上式闡明，忽然短路電流的大小與電壓u1的初相角有關。 cos2)90sin(20kkICCIkTtkkkeItIicos2)cos(2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 變壓器副邊忽然短路的瞬態(tài)過程討論：1當=90度時，發(fā)生忽然短路，這時暫態(tài)分量為零，忽然短路一發(fā)生就進 入穩(wěn)定形狀，短路電流最小，其值為 2當=0度時發(fā)生忽然短路，與上式對應的電流變化曲線如圖6

20、-8所示，從圖可見，當 瞬間，短路電流達最大值 tIikksin2)cos(2kTtkketIitkyTkkIkeIik2)1 (2max式中kTyek1是忽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 變壓器副邊忽然短路的瞬態(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，忽然短路電流愈大。假設 ，那么這是一個很大的沖擊電流，產(chǎn)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(diào)整率U來看， 又不宜過大，因此在設計變壓器時，

21、必需全面思索 數(shù)值的選擇。 *1max*max2kykNNyNkyNkkZkZIUkIIkIii*maxki*kZ06. 0*kZ302006. 01)8 . 12 . 1 (*maxki*maxki*kZ*kZ*kZ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 變壓器副邊忽然短路的瞬態(tài)過程忽然短路電流對變壓器的影響 :1忽然短路時變壓器繞組遭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(chǎn)生電磁力，其大小由漏磁場的磁通密度與電流的乘積所決議。由于電流增大時漏磁場也正比加強，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轉(zhuǎn)時，作用在繞組上的電磁力很小。但忽然短路時，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(chǎn)生的電磁力與電流平方成正比。所以短路時繞組所遭到電磁力將為額定時