電機(jī)學(xué)變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行

電機(jī)學(xué)變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行第一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日基本概念：不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)的主要原因：①外施電壓不對(duì)稱。三相電流也不對(duì)稱。②各相負(fù)載阻抗不對(duì)稱。當(dāng)初級(jí)外施電壓對(duì)稱，三相電流不對(duì)稱。不對(duì)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(jí)電壓也不對(duì)稱。③外施電壓和負(fù)載阻抗均不對(duì)稱。第二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日著重分析不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法正序阻抗、負(fù)序阻抗及零序阻抗的物理概念及測(cè)量方法危害性——三相變壓器在Y，yn連接時(shí)相電壓中點(diǎn)浮動(dòng)的原因及其危害第三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相變壓器不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱——各相電流(或電壓，電勢(shì))大小有可能不同，相位也不依次差120°對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法各序等效電路，疊加原理三相中點(diǎn)浮動(dòng)問(wèn)題三相ABC第四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

第一節(jié)對(duì)稱分量法第五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)稱的三相系統(tǒng)：三相中的電壓Ua、Ub、Uc對(duì)稱，只有一個(gè)獨(dú)立變量。如三相相序?yàn)閍、b、c，由Ua得出其余兩相電壓Ub=α2Ua,Uc=αUa (4—1)復(fù)數(shù)算子α＝ej120＝e-j240 α=cos120°+jsin120° α2＝ej240＝e-j120 α3＝ej360＝ej0＝1ABC第六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相不對(duì)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(gè)獨(dú)立變量第七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)稱分量法：把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)第八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例：Ua、Ub、Uc為不對(duì)稱三相電壓下標(biāo)“+”、“-”、“0”分別表示正序、負(fù)序和零序第九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

第十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日正序電壓Ua+、Ub+、Uc+組成

正序系統(tǒng)約束條件

Ub+=α2Ua+,Uc+=αUa+

性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序?yàn)閍->b->c。A+B+C+第十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日各相負(fù)序電壓Ua-、Ub-、Uc-組成負(fù)序系統(tǒng)約束條件Ub-=αUa-,Uc-=α2Ua-

性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序?yàn)閍->c->b。A-C-B-逆時(shí)針第十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日各相零序電壓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第十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例題設(shè)有一不對(duì)稱三相電壓將其分解為對(duì)稱分量。顯然，各相大小不等，相位差也不相同，為不對(duì)稱電壓。表示為復(fù)數(shù)形式：分解為對(duì)稱分量：：第十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日（1）正序、負(fù)序和零序系統(tǒng)都是對(duì)稱系統(tǒng)。當(dāng)求得各個(gè)對(duì)稱分量后，再把各相的三個(gè)分量疊加便得到不對(duì)稱運(yùn)行情形。（2）不同相序具有不同阻抗參數(shù)，電流流經(jīng)電機(jī)和變壓器具有不同物理性質(zhì)。（3）對(duì)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：第十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)三相變壓器的各序阻抗

及其等效電路

第十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)稱分量法的特點(diǎn)：1、將不對(duì)稱系統(tǒng)分解成三個(gè)對(duì)稱系統(tǒng)2、分別求解三個(gè)對(duì)稱系統(tǒng)，然后迭加得到不對(duì)稱系統(tǒng)的解3、不同相序電流的路徑不同，其阻抗也不同第十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相變壓器的正序阻抗正序電流所遇到的阻抗rk+xk+UA+-Ua+..IA+=-Ia+..第二十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相變壓器的負(fù)序阻抗負(fù)序電流所遇到的阻抗rk-xk-UA--Ua-..IA-=-Ia-..具有與正序一樣的性質(zhì)第二十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日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(cè)量方法第二十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日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連接方式有關(guān)：

1）Y接法中無(wú)法流通，反映在等效電路中為

開路

2）YN接法可以流通，反映在等效電路中為

通路

3）D接法：a)線電流不能流通零序電流

b）但其閉合回路能為零序電流提供通路

c）如果另一方有零序電流，通過(guò)感應(yīng)也會(huì)在D接法繞組中產(chǎn)生零序電流（它在變壓器內(nèi)部相當(dāng)于短接（閉路），外部看相當(dāng)于開路）第二十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)論：

1）Y，y；Y，d；D，y；D，d——無(wú)零序電流

2）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。

3）YN，y和Y，yn接法——當(dāng)YN、yn中有零序電流，y、Y中也不會(huì)有零序電流。第二十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日2.零序等效電路（1）首先分析零序電流的來(lái)源；（2）確定初、次級(jí)側(cè)相、線中的零序電流情況；（3）零序電流的等效電路；（4）對(duì)運(yùn)行的影響。第二十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日(1)．YN，d接法的零序等效電路零序電流由電源中零序電壓引起初級(jí)、次級(jí)側(cè)均能流通零序電流，但是不能流向次級(jí)側(cè)負(fù)載電路d連接是閉合繞組，等效電路的次級(jí)側(cè)為短路第二十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日YN，d接法的零序阻抗是一很小的阻抗。電源有較小的UA0，會(huì)引起較大的零序電流，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱。應(yīng)有保護(hù)措施監(jiān)視中線電流。第二十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日零序電流由于次級(jí)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(huì)造成相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱D，yn連接的變壓器具有較好的負(fù)擔(dān)單相負(fù)載能力。（2）．D，yn接法的零序等效電路第二十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日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(jí)側(cè)無(wú)零序電流，感應(yīng)有零序電勢(shì)，表現(xiàn)為較大零序阻抗對(duì)運(yùn)行的影響零序電流小，不會(huì)引起過(guò)熱會(huì)引起次級(jí)側(cè)相電壓不對(duì)稱次級(jí)側(cè)線電壓不受零序影響，常在高壓輸電線路中采用。等效電路第二十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日（4）．Y，yn接法的零序等效電路零序電流由次級(jí)側(cè)有中線電流引起初級(jí)側(cè)無(wú)零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢(shì)，有較大零序阻抗。如果Z0較大，較小的中線電流會(huì)造成相電壓較大的不對(duì)稱。其不對(duì)稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。圖4-5第三十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日3.零序磁通在鐵芯中流通路徑由于三相的零序電流在時(shí)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(shì)各相均同相位。零序磁通及其感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁路系統(tǒng)有關(guān)。第三十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日(1)．三相磁路獨(dú)立零序磁通路徑與正序、負(fù)序磁路相同，磁阻較小，勵(lì)磁阻抗較大Zm0=Zm=rm+jxm

第三十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日(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，零序勵(lì)磁阻抗較小

Zm0 <<Zm

Zm0*大約為0.3—1Zm*大約是20以上第三十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日4.零序勵(lì)磁阻抗測(cè)量方法YN，d或D，yn接法：zk0＝zk不計(jì)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(jí)三個(gè)相繞組按首尾次序串聯(lián)，接到單相電源，初級(jí)方開路。 測(cè)量電壓U、電流I和輸入功率P，計(jì)算出零序激磁阻抗

Z0=U/3I；r0=P/3I2；x0=第三十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行

第三十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相Y，yn連接單相運(yùn)行分析假設(shè)：外施電壓為對(duì)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(jí)側(cè)有中線電流引起初級(jí)側(cè)無(wú)零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢(shì)，有較大零序阻抗。如果Z0較大，較小的中線電流會(huì)造成相電壓較大的不對(duì)稱。其不對(duì)稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。第三十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日外施對(duì)稱三相電壓在a相接單相負(fù)載ZL負(fù)載電流I初級(jí)側(cè)電流IA、IB、IC初級(jí)、次級(jí)側(cè)相電壓UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。第三十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日步驟1.列出端點(diǎn)方程第三十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日步驟2.分解為不對(duì)稱分量初級(jí)側(cè)星形連接，無(wú)零序電流通路，相電流只有正序與負(fù)序分量第三十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日條件:外施線電壓為對(duì)稱，沒(méi)有負(fù)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(jí)側(cè)產(chǎn)生負(fù)序分量電流和零序分量電流，產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)序磁通和零序磁通，在初級(jí)、次級(jí)繞組中感應(yīng)負(fù)序分量電壓和零序分量電壓。初級(jí)側(cè)中感應(yīng)的負(fù)序電壓產(chǎn)生初級(jí)側(cè)負(fù)序電流IA-、IB-、IC-，以電源為回路，對(duì)負(fù)序電流初級(jí)、次級(jí)磁勢(shì)平衡，不建立負(fù)序主磁通，負(fù)序壓降即為負(fù)序阻抗壓降（漏電抗壓降），值不大。電壓分析.正序，負(fù)序，零序第四十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日負(fù)載不對(duì)稱次級(jí)中線電流次級(jí)負(fù)序電流及零序電流初級(jí)感應(yīng)負(fù)序電壓及零序電壓負(fù)序磁通及零序磁通

初級(jí)側(cè)中電流的負(fù)序分量產(chǎn)生初級(jí)負(fù)序電流負(fù)序電流與電源為回路負(fù)序電壓與負(fù)序阻抗壓降表現(xiàn)第四十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日初級(jí)中電流的零序分量零序電流無(wú)法流通零序電壓為感應(yīng)電勢(shì)表現(xiàn)出來(lái)第四十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日由于原方外施電壓是三相對(duì)稱的，無(wú)負(fù)序分量，即UA-=0。但原方的負(fù)序電流以電源為路徑，等效電路中原方是短路的。第四十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日在Y，yn接法中，零序電流只能在次級(jí)側(cè)流通，在初級(jí)側(cè)電路中雖感應(yīng)有零序電勢(shì)，但無(wú)零序電流流通。Ia0、Ibo、Ic0為勵(lì)磁性質(zhì)電流，建立起同時(shí)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(shì)E0。初級(jí)側(cè)的零序電壓即等于零序電勢(shì)。步驟3.相序方程式第四十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日a相電流為：負(fù)載電流為：如略去Zk和Z2步驟4.求解零序勵(lì)磁阻抗相當(dāng)于在負(fù)載中增加了一個(gè)阻抗Zm0/3第四十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日中點(diǎn)浮動(dòng)外施電壓對(duì)稱，當(dāng)次級(jí)側(cè)接有單相負(fù)載后，在每相繞組上都疊加有零序電勢(shì)，造成相電壓不對(duì)稱，在相量圖中表現(xiàn)為相電壓中點(diǎn)O’偏離了線電壓三角形的幾何中心O。中點(diǎn)浮動(dòng)的程度主要取決于零序電勢(shì)E0，E0的大小取決于零序電流的大小和磁路結(jié)構(gòu)。第四十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第四十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三芯柱結(jié)構(gòu)，零序磁通的磁阻較大(即zm0較小)。適當(dāng)?shù)叵拗浦芯€電流，則E0不會(huì)太大。運(yùn)行規(guī)程規(guī)定三芯柱變壓器如按Y，yn接法運(yùn)行應(yīng)限制中線電流不超過(guò)0.25IN。中線電流I0＝Ia+Ib+Ic＝3Ia0

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。第四十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三相變壓器組，各相磁路獨(dú)立，零序磁阻較小，Zm0＝Zm。很小的零序電流也會(huì)感應(yīng)很大的零序電勢(shì)，中點(diǎn)有較大的浮動(dòng)，造成相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱。如一相發(fā)生短路，即ZL＝0-I=3UA+/Zm=3I0短路電流僅為正常激磁電流的3倍

Ua＝0，則E0＝UA+，零序電勢(shì)大，中點(diǎn)浮動(dòng)到A頂點(diǎn) 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(yùn)行。第四十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日小 結(jié)（1）不對(duì)稱運(yùn)行的分析常采用對(duì)稱分量法——把不對(duì)稱的三相電壓或電流用對(duì)稱分量法分解為對(duì)稱的正序分量系統(tǒng)、負(fù)序分量系統(tǒng)和零序分量系統(tǒng)。分別對(duì)各對(duì)稱分量系統(tǒng)作用下的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，然后把各分量系統(tǒng)的分析結(jié)果疊加起來(lái)，便得到不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)總的分析結(jié)果。第五十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日小 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)： ①Y，y；Y，d；D，y；D，d連接無(wú)零序電流。 ②YN，d；D，yn連接零序電流在雙側(cè)繞組內(nèi)均可流通。 ③YN，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)。第五十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日小 結(jié)（3）

不對(duì)稱運(yùn)行的分析步驟列出端點(diǎn)方程式把不對(duì)稱的三相電壓和電流分解為對(duì)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第五十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例題2.三個(gè)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(fù)載r*=1。求：負(fù)載電流，零序電壓等效電路參數(shù)計(jì)算：建立端點(diǎn)方程式：分解為對(duì)稱分量：第五十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日各相序等效電路：相序方程式：（標(biāo)幺值表示）聯(lián)立求解：零序電壓：由于初級(jí)對(duì)零序電勢(shì)相當(dāng)于有短路作用，削弱了零序磁通，零序電壓很小。