第 9 章 變壓器的暫態(tài)運(yùn)行

不對(duì)稱運(yùn)行屬于變壓器的一種穩(wěn)態(tài)不正常運(yùn)行暫態(tài)運(yùn)行是由于變壓器運(yùn)行情況的突變引起，屬于另一類不正常運(yùn)行。引起暫態(tài)的例子：負(fù)載突變、空載合閘、突然短路、雷擊、開關(guān)的通斷等。暫態(tài)時(shí)間不長(zhǎng)，危害甚大。往往引起過電流或過電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞變壓器。

9.1

變壓器空載合閘

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，變壓器空載電流I0很小，大型變壓器甚至不到1%IN；但變壓器在空載突然接入電網(wǎng)時(shí)，可能有很大的瞬時(shí)沖擊電流，可達(dá)I0的幾十倍到幾百倍，IN的6～8倍。此現(xiàn)象的存在是由于飽和及剩磁引起的。若不采取措施，會(huì)導(dǎo)致合閘不成功。變壓器空載合閘一、變壓器空載合閘到電源

變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合閘當(dāng)時(shí)間t=0時(shí)空載合閘，電源電壓為：—合閘時(shí)電壓的初相角

瞬變過程中勵(lì)磁電流與電感的關(guān)系：合閘后微分方程式為：(設(shè)穩(wěn)態(tài)空載運(yùn)行時(shí)不考慮鐵心飽和問題)解上式常系數(shù)非齊次微分方程得：設(shè)合閘時(shí)（t=0），鐵心中沒有剩磁,確定積分常數(shù)C

：得到，空載合閘時(shí)磁通隨時(shí)間的關(guān)系式為：1.當(dāng)電源電壓初相位角時(shí)合閘

合閘后就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生瞬態(tài)過程

自由分量是直流指數(shù)衰減量，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量與暫態(tài)分量相加可達(dá)最大值，接近。2.當(dāng)電源電壓初相位角時(shí)合閘當(dāng)已知變壓器空載接通電源其磁通隨時(shí)間變化關(guān)系后，可根據(jù)磁化特性曲線找出相應(yīng)的勵(lì)磁電流。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，磁路設(shè)計(jì)得已經(jīng)有點(diǎn)飽和，若在最不利的空載接通電源，磁通可能超過兩倍的，鐵心非常飽和，勵(lì)磁電流很大，可達(dá)額定電流的6-8倍。

在變壓器空載接通電源的過程中，隨著自由分量磁通的衰減，勵(lì)磁電流也要衰減，衰減的時(shí)間常數(shù)為：結(jié)論：空載合閘電流對(duì)變壓器本身沒有多大危害，但若衰減較慢時(shí)，可能引起過電流保護(hù)裝置動(dòng)作而跳閘。為了避免這種情況，在變壓器原邊串一個(gè)附加電阻，這樣可減少?zèng)_擊量，也可使沖擊迅速衰減，合閘完畢，再將該電阻切除。由于三相變壓器三相互差1200，相位總會(huì)在合閘時(shí)有一相初相位接近于零，總會(huì)有一相電流較大。小結(jié)：數(shù)倍于額定電流，遠(yuǎn)小于短路電流，對(duì)變壓器本身無直接危害合閘開始后數(shù)周期內(nèi)的沖擊電流可能使變壓器的保護(hù)裝置誤動(dòng)作措施：合閘使串如限流電阻，（1）限制沖擊電流；（2）使其快速衰減。9.2

變壓器突然短路正常運(yùn)行的變壓器二次側(cè)突然短路時(shí)，將在一、二次繞組中產(chǎn)生很大的短路電流，短路電流產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力及發(fā)熱將危及變壓器的可靠運(yùn)行，甚至毀壞變壓器。變壓器突然短路電流很大，分析時(shí)可以忽略激磁電流，這時(shí)變壓器的等效電路可采取簡(jiǎn)化等效電路。

變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流已經(jīng)是額定電流的十幾倍到二十幾倍左右，突然短路電流比穩(wěn)態(tài)電流還要大，同時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)使機(jī)械力增大。三相變壓器故障短路各種各樣：一相接地、兩相短路、兩相接地、三相短路等。為了簡(jiǎn)單，此圖僅分析單相變壓器突然短路的情況。

當(dāng)變壓器一次繞組接額定電壓，二次繞組發(fā)生突然短路，原“T”形等效電路可簡(jiǎn)化為“一”形等效電路。u1i

由于使磁路不飽和，電感可為常數(shù)，所以可用一次電流表示微分方程：

雖然突然短路前可能已帶上負(fù)載，但負(fù)載電流比起短路電流很小，可忽略不計(jì)。設(shè)時(shí)，根據(jù)t=0時(shí)的電流，可知大型變壓器其中：-Imcos(wt)i1180360當(dāng)時(shí)突然短路：分析出現(xiàn)最大電流的條件對(duì)于小容量變壓器：對(duì)于大容量變壓器：若采用短路阻抗標(biāo)幺值表示，則為：例：若則：(3)暫態(tài)短路時(shí)的機(jī)械應(yīng)力電流與漏磁場(chǎng)相互作用，在繞組各匝中將產(chǎn)生作用力，F(xiàn)=BσIl。正常運(yùn)行時(shí)，作用力較小。短路時(shí)，F(xiàn)將按電流平方劇增。高低壓繞組電流方向相反，徑向力將使得低壓繞組承受壓力，高壓繞組承受張力；而軸向力從上下擠壓繞組。這些應(yīng)力會(huì)使得繞組可能被拉斷或者變形。

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(jìn)行過熱保護(hù)。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(chǎng)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(jī)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(qiáng)繞組的機(jī)械強(qiáng)度；設(shè)計(jì)較大的短路阻抗限制電流。9.3

過電壓現(xiàn)象

變壓器運(yùn)行時(shí)，若因某種原因使得電壓超過額定電壓，即稱為過電壓。變壓器的過電壓現(xiàn)象有兩種：大氣過電壓/操作過電壓。輸電線遭雷擊、帶