三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行及瞬態(tài)過(guò)程課件

電機(jī)學(xué)

三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行及瞬態(tài)過(guò)程電機(jī)學(xué)

三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行及瞬態(tài)過(guò)程本章內(nèi)容對(duì)稱分量法1三相變壓器的各序阻抗及其等效電路2三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行3變壓器二次側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程4變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程5本章內(nèi)容對(duì)稱分量法1三相變壓器的各序阻抗及其等效電路2三相變4-1對(duì)稱分量法不對(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。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4-1對(duì)稱分量法不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)的主要原因：對(duì)稱分量法對(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 復(fù)數(shù)算子α＝ej120＝e-j240 α=cos120°+jsin120°

α2＝ej240＝e-j120 α3＝ej360＝ej0＝1三相不對(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ABC對(duì)稱分量法對(duì)稱的三相系統(tǒng)：三相中的電壓Ua、Ub、Uc對(duì)稱，對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法是分析三相不對(duì)稱運(yùn)行的基本方法。在以后的章節(jié)中還會(huì)用到。任意一組三相不對(duì)稱的物理量（電壓、電流等）均可分解成三組同頻率的對(duì)稱的物理量。以電流為例，說(shuō)明如下：對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法是分析三相不對(duì)稱運(yùn)行的基本方法。在以后的對(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)下標(biāo)“+”、“-”、“0”分別表示正序、負(fù)序和零序?qū)ΨQ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：例題設(shè)有一不對(duì)稱三相電壓顯然，各相大小不等，相位差也不相同，對(duì)稱分量法結(jié)論（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。對(duì)稱分量法結(jié)論4-2三相變壓器的各序阻抗及其等效電路正序阻抗和正序等效電路前幾節(jié)所講的等效電路實(shí)際上是三相變壓器的正序等效電路，其簡(jiǎn)化等效電路圖如圖所示rk+xk+UA+-Ua+..IA+=-Ia+..4-2三相變壓器的各序阻抗及其等效電路正序阻抗和正序等三相變壓器的各序阻抗及其等效電路負(fù)序阻抗和負(fù)序等效電路對(duì)負(fù)序分量而言，其等效電路與正序沒(méi)有什么不同，因?yàn)楦飨嘈螂娏髟谙辔簧弦彩潜舜讼嗖?20°，至于是B相超前C相，還是C相超前B相，變壓器內(nèi)部的電磁過(guò)程都是一樣的。于是負(fù)序等效電路與正序一樣rk-xk-UA--Ua-..IA-=-Ia-..三相變壓器的各序阻抗及其等效電路負(fù)序阻抗和負(fù)序等效電路rk-三相變壓器的各序阻抗及其等效電路零序阻抗和零序等效電路零序電流所遇到的阻抗與磁路結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系

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)量方法三相變壓器的各序阻抗及其等效電路零序阻抗和零序等效電路三相變壓器的零序阻抗和零序等效電路零序阻抗及零序等效電路相對(duì)比較復(fù)雜一些：1、零序電流能否流通與繞組連接方式有關(guān)；2、零序阻抗的大小與磁路系統(tǒng)(獨(dú)立或相關(guān))有關(guān)。零序電流為：同相、交流電三相變壓器的零序阻抗和零序等效電路零序阻抗及零序等效電路相對(duì)1.零序電流在變壓器繞組中的流通Y：無(wú)法流通YN：可以流通D：線電流不能流通零序電流，但其閉合的相繞組回路能為零序電流提供通路。如果另一方有零序電流，通過(guò)感應(yīng)也會(huì)在D(或d)接法繞組中產(chǎn)生零序電流。三相變壓器可能的接法(共8種):(1)Yy；YNy；Yyn(2)Yd；YNd(3)Dy；Dyn(4)Dd零序電流能否流通與三相繞組的連接方式有關(guān)：1.零序電流在變壓器繞組中的流通Y：無(wú)法流通三相變壓器可能8種接法中，無(wú)零序電流的接法：(1)Yy：兩側(cè)都無(wú)法流通I0，鐵心中無(wú)F0(2)Yd：若電源側(cè)不對(duì)稱，Y中無(wú)法流通I0，鐵心中無(wú)F0，故不能在d側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生I0；若負(fù)載不對(duì)稱，則線電流無(wú)I0，則相電流中也無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，則Y中不會(huì)感應(yīng)E0(3)Dy：若電源側(cè)不對(duì)稱，線電壓中無(wú)零序分量電壓，相電流中無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，故不會(huì)在y側(cè)感應(yīng)E0；若負(fù)載不對(duì)稱，則線、相電流無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，則D中不會(huì)感應(yīng)E0(4)Dd：若電源側(cè)不對(duì)稱，線電壓中無(wú)零序分量電壓，相電流中無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，故不會(huì)在d側(cè)感應(yīng)E0；若負(fù)載不對(duì)稱，則線電流無(wú)I0，相電流中也沒(méi)有I0，鐵心中無(wú)F0，則D中不會(huì)感應(yīng)E08種接法中，無(wú)零序電流的接法：(1)Yy：兩側(cè)都無(wú)法流通I08種接法中，可能有零序電流的接法：(3)YNy：若電源側(cè)有零序電壓，YN中流通I0，鐵心中有F0。y側(cè)感應(yīng)E0，y側(cè)無(wú)I0；若負(fù)載不對(duì)稱，則線、相電流無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，則YN中不會(huì)感應(yīng)E0電源中有零序電壓是YNy產(chǎn)生零序電流的原因(2)Yyn：若電源側(cè)不對(duì)稱(有零序電壓)，Y中無(wú)法流通I0，鐵心中無(wú)F0，故在yn側(cè)不會(huì)感應(yīng)E0，yn側(cè)無(wú)I0；若負(fù)載不對(duì)稱，則有中線電流(或者相電流有I0)，則鐵心中有F0，則Y側(cè)會(huì)感應(yīng)E0(但Y側(cè)不會(huì)有I0)負(fù)載不對(duì)稱是Yyn產(chǎn)生零序電流的原因(1)YNd：若電源側(cè)不對(duì)稱(有零序電壓)，YN中流通I0，鐵心中有F0，故在d側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生E0，d側(cè)繞組內(nèi)流通I0(但不能流向負(fù)載)

；若負(fù)載不對(duì)稱，則線電流無(wú)I0，則相電流中也無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，則YN中不會(huì)感應(yīng)E0電源中有零序電壓是YNd產(chǎn)生零序電流的原因(4)Dyn：若電源側(cè)不對(duì)稱，線電壓中無(wú)零序分量電壓，相電流中無(wú)I0，鐵心中無(wú)F0，故不會(huì)在yn側(cè)感應(yīng)E0；若負(fù)載不對(duì)稱，則有中線電流(或者相電流有I0)，則鐵心中有F0，則D側(cè)會(huì)感應(yīng)E0，產(chǎn)生I0(但I(xiàn)0不會(huì)流向電源)負(fù)載不對(duì)稱是Dyn產(chǎn)生零序電流的原因8種接法中，可能有零序電流的接法：(3)YNy：若電源側(cè)有零2.零序等效電路4種可能有零序電流的接法中，只分析對(duì)運(yùn)行影響大的2種接法：YNd、Yyn(1)．YNd接法的零序等效電路零序電流由電源中零序電壓引起2.零序等效電路4種可能有零序電流的接法中，只分析對(duì)運(yùn)行影響d連接是閉合繞組，等效電路的次級(jí)側(cè)為短路YNd接法的零序阻抗很小。電源有較小的U0，會(huì)引起較大的零序電流，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱。故應(yīng)有保護(hù)措施，監(jiān)視中線電流。初級(jí)、次級(jí)側(cè)均能流通零序電流，但不能流向次級(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YNd接法的零序阻抗(2)Yyn接法零序等效電路零序電流由次級(jí)側(cè)有中線電流引起(負(fù)載不對(duì)稱)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。Z0大小與變壓器的磁路有關(guān)(2)Yyn接法零序等效電路零序電流由次級(jí)側(cè)有中線電流引起(3.零序磁通在鐵芯中的流通路徑零序磁通及其感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁路系統(tǒng)有關(guān)3.零序磁通在鐵芯中的流通路徑零序磁通及其感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁(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，激磁阻抗較大Zm0=Zm=rm+jxm

(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(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，零序激磁阻抗較小

Zm0 <<ZmZm0*大約為0.3~1Zm*大約是20以上(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4.零序激磁阻抗測(cè)量方法Yyn(YNy)：——模擬施加三相零序電壓

Yyn：把次級(jí)三個(gè)相繞組按首尾次序串聯(lián)，接到單相交流電源。初級(jí)方開(kāi)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。(零序原因：次級(jí)不對(duì)稱)YNd(Dyn)：zk0＝zk無(wú)需另行測(cè)量4.零序激磁阻抗測(cè)量方法Yyn(YNy)：——模擬施加三相4-3三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行零序電流由次級(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)。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4-3三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行零序電流由次級(jí)側(cè)有中線電三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行已知變壓器參數(shù)和一次側(cè)外施電壓負(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。三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行已知變壓器參數(shù)和一次側(cè)外施電壓步驟1電壓分析外施線電壓為對(duì)稱，即UAB、UBC、UCA對(duì)稱(正序)設(shè)由已知條件，線電壓是正序?qū)ΨQ，故UAB-、UBC-、UCA-為0?；蛘遀A-=UB-=UC-=0，則相電壓為步驟1電壓分析外施線電壓為對(duì)稱，即UAB、UBC、UCA步驟2相序方程式rk+xk+UA+-Ua+..IA+=-Ia+..rk-xk-UA-=0-Ua-..IA-=-Ia-..步驟2相序方程式rk+xk+UA+-Ua+..IA+=-步驟3列出端點(diǎn)方程則或步驟3列出端點(diǎn)方程則或步驟4求解重列上述方程：未知數(shù)：Ua+、Ua-、Ua0、Ia+、Ia-、Ia0共六個(gè)。方程數(shù)6個(gè)?？梢郧蠼饪汕蟮没虿襟E4求解重列上述方程：未知數(shù)：Ua+、Ua-、Ua0、則等效電路為負(fù)載電流為：則等效電路為負(fù)載電流為：原方電流為：副方a電壓為：副方b、c電壓類似：原方電流為：副方a電壓為：副方b、c電壓類似：原方A相電壓為：（Ua表達(dá)式中，略去Zk、Z2項(xiàng)）同理可得B、C相電壓：相量圖為：中點(diǎn)浮動(dòng)：相電壓中點(diǎn)偏離線電壓幾何中心原方A相電壓為：（Ua表達(dá)式中，略去Zk、Z2項(xiàng)）同理可得B關(guān)于中點(diǎn)浮動(dòng)外施線電壓對(duì)稱，當(dāng)次級(jí)側(cè)接有單相負(fù)載后，在每相電壓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)偏離了線電壓三角形的幾何中心。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)：關(guān)于中點(diǎn)浮動(dòng)外施線電壓對(duì)稱，當(dāng)次級(jí)側(cè)接有單相負(fù)載后，在每相電三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行三芯柱結(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。三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行三芯柱結(jié)構(gòu)，零序磁通的磁阻較大(三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行三相變壓器組，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。結(jié)論：三相變壓器組不能接成Y，yn運(yùn)行。三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行三相變壓器組，各相磁路獨(dú)立，零序三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行小結(jié)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。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)。三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行小結(jié)三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行不對(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(huà)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三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行的分析步驟例題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：例題2.三個(gè)相同的單相變壓器接成三相變壓器組Dyn11，有各相序等效電路：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。各相序等效電路：相序方程式：（標(biāo)幺值表示）聯(lián)立求解：零序思考題4-2決定零序阻抗的因素有哪些？4-4Y,yn0不可以用于三相變壓器組的原因4-5如何測(cè)量零序激磁電抗？思考題4-2決定零序阻抗的因素有哪些？作業(yè)4-1：先根據(jù)試驗(yàn)求電路參數(shù)，三臺(tái)單相變壓器相連——即三相變壓器組4-3：先求出負(fù)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作業(yè)4-1：先根據(jù)試驗(yàn)求電路參數(shù)，三臺(tái)單相變壓器相連——即三次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程突然短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流分量--決定于電壓和短路阻抗的大小瞬態(tài)短路電流分量還與短路時(shí)電壓初相較有關(guān)次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程突然短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流分量次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程突然短路電流的最大值與衰減當(dāng)

K時(shí)，瞬態(tài)電流分量為0，短路后立刻進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)

K±90o時(shí)，瞬態(tài)分量有最大值，在短路后的半周期電流達(dá)到最大值。次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程突然短路