電機(jī)學(xué)-變壓器的并聯(lián)運(yùn)行.ppt

1、4-3 電流互感器和電壓互感器,互感器的作用原理,互感器是一種測(cè)量用的設(shè)備，分電流互感器和電壓互感器兩種。它們的作用原理和變壓器相同。,使用互感器的目的,一是為了工作人員的安全，使測(cè)量回路與高壓電網(wǎng)隔離；二是可以使用小量程的電流表測(cè)量大電流，用低量程電壓表測(cè)量高電壓。通常，電流互感器的副邊電流為5安或1安。電壓互感器的副方電壓為100伏。,互感器的用途,互感器除了用于測(cè)量電流外，還用于各種繼電保護(hù)裝置的測(cè)量系統(tǒng)，因此它 的應(yīng)用十分廣泛。,電流互感器,工作原理：圖是電流互感器的原理圖，它的原繞組由一匝或幾匝截面較大的導(dǎo)線構(gòu)成，并串入需要測(cè)量電流的電路。副邊的匝數(shù)較多，可將線路上的大電流變?yōu)樾‰娏?/p>

2、來測(cè)量。,測(cè)量精度：按照誤差的大小，分為0.2，0.5，1.0，3.0和10等五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。例如，0.5級(jí)準(zhǔn)確度就表示在額定電流時(shí)，原、副邊電流變比的誤差不超過0.5。,電流互感器,使用注意事項(xiàng)：,1）為了使用安全，電流互感器的副邊必須可靠的接地，以防止由于絕緣損壞后，原邊的高壓傳到副邊，發(fā)生人身事故。 2）電流互感器的副邊絕對(duì)不容許開路。因?yàn)楦边呴_路時(shí)，互感器成為空載運(yùn)行，此時(shí)，原邊被測(cè)線路電流成了激磁電流，使鐵心內(nèi)的磁密比額定情況增加許多倍。它一方面將使副邊感應(yīng)出很高的電壓，可能使絕緣擊穿。同時(shí)對(duì)測(cè)量人員也很危險(xiǎn)；另一方面，鐵心內(nèi)磁密增大以后，鐵耗會(huì)大大增加，使鐵心過熱，影響電流互感器的性

3、能，甚至把它燒壞。,電壓互感器,工作原理：圖是電壓互感器的原理圖。原邊直接接到被測(cè)高壓電路，副邊接電壓表或功率表的電壓線圈。利用原、副邊不同的匝數(shù)比可將線路上的高電壓變?yōu)榈碗妷簛頊y(cè)量。,測(cè)量精度：我國目前生產(chǎn)的電力系統(tǒng)用電壓互感器，按準(zhǔn)確度分為0.5，1.0和3.0等三級(jí)。電壓互感器有一定的額定容量。使用時(shí)副邊不宜接過多的儀表，以免電流過大引起較大的漏抗壓降。而影響互感器的準(zhǔn)確度。,4-3 電流互感器和電壓互感器,電流互感器,使用注意事項(xiàng)：,1）電壓互感器副邊不能短路，否則會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流。 2）為安全起見，電壓互感器的副邊必須可靠的接地。,本章小結(jié),三繞組變壓器的工作原理與雙繞組變壓器一

4、樣，同樣可以利用基本方程式、相量圖、等效電路分析變壓器內(nèi)部電磁過程。 自耦變壓器的特點(diǎn)在于原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電路上的直接聯(lián)系，故從原邊傳遞給副邊的功率 中， 是通過電磁感應(yīng)關(guān)系傳遞的，而 是通過電路直接傳遞的。由于通過電磁感應(yīng)關(guān)系傳遞的 功率小于變壓器的額定容量，故與同容量的雙繞組變壓器相比，計(jì)算容量小了，從而可節(jié)省材料、降低損耗，提高效率和縮小尺寸。但自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)么值較小，短路電流較大。 電流互感器和電壓互感器的工作原理與變壓器相同，使用時(shí)應(yīng)注意將它們接地，并注意電流互感器在原邊接電源時(shí)，副邊絕對(duì)不能開路；電壓互感器在原邊接電源時(shí)，副邊絕對(duì)不能短路。,變壓器的并

5、聯(lián)運(yùn)行,5-1 概述,變壓器的并聯(lián)運(yùn)行,把變壓器的原、副繞組相同標(biāo)號(hào)的出線端連在一起，直接或者經(jīng)過一段線路接到母線上，這種運(yùn)行方式就叫做變壓器的并聯(lián)運(yùn)行。,變壓器并聯(lián)運(yùn)行的意義,由于現(xiàn)代的發(fā)電廠和變電所的容量很大，一臺(tái)變壓器往往不能擔(dān)負(fù)起全部容量的升壓或降壓任務(wù)，于是要采用多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行。,變壓器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn),1）提高供電的可靠性。并聯(lián)運(yùn)行的變壓器如有某臺(tái)變壓器發(fā)生故障，可以把它從電網(wǎng)切除進(jìn)行檢修，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電； 2）可根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)整投入并聯(lián)變壓器的臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行效率； 3）可以減少總的備用容量； 4）可以隨著用電量的增加，分批安裝新的變壓器，以減少第一次投資。,5-2 變壓器

6、的理想并聯(lián)條件,變壓器并聯(lián)運(yùn)行的最理想情況,1）空載時(shí)并聯(lián)的各變壓器副邊之間沒有循環(huán)電流，這樣，空載時(shí)各變壓器副原邊的銅耗也較小。 2）負(fù)載后，各變壓器所承擔(dān)的負(fù)載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(jī)容量能得到充分利用。 3）負(fù)載后各變壓器副邊電流同相位。這樣在總的負(fù)載電流一定時(shí)各變壓器所分擔(dān)的電流最小；如果各變壓器副邊電流一定時(shí)，則共同承擔(dān)的總電流最大。,為了達(dá)到上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器必須具備下列三個(gè)條件：,5-2 變壓器的理想并聯(lián)條件,為了達(dá)到上述理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器必須具備下列 三個(gè)條件：,1）各變壓器的額定電壓應(yīng)相等，若為單相變壓器則各變壓器

7、的變比應(yīng)相等； 2）各變壓器的聯(lián)結(jié)組相同； 3）各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值(或短路電壓)應(yīng)相等，而且短路電抗和短路電阻之比也應(yīng)相等。,以上三個(gè)條件中，聯(lián)結(jié)組相同的條件必須嚴(yán)格保證。 因?yàn)槿绻?lián)結(jié)組不同，當(dāng)各變壓器的原邊接到同一電網(wǎng)時(shí)，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(shí)，副邊線電動(dòng)勢(shì)的相位差就是30度)。在此情況下，如果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(dòng)勢(shì)，從圖可見，副邊有電動(dòng)勢(shì)差,聯(lián)結(jié)組不同的變壓器絕對(duì)禁止并聯(lián)運(yùn)行。,5-3變比相同而短路阻抗標(biāo)么值不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配,變比相同而短路阻抗標(biāo)么值不相等的變壓

8、器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配,上式等號(hào)右邊分子、分母除以額定電壓,5-3變比相同而短路阻抗標(biāo)么值不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配,由此可知：負(fù)載系數(shù)和短路阻抗標(biāo)幺值(或短路電壓）成反比。,若為多臺(tái)變壓器并聯(lián)，則,結(jié)論： 1）當(dāng)短路阻抗標(biāo)么值相等時(shí)，即,2）若短路阻抗標(biāo)幺值不相等，則短路阻抗標(biāo)幺值小者先達(dá)到滿載。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為了使并聯(lián)運(yùn)行時(shí)不浪費(fèi)設(shè)備容量，要求各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值不超過平均值的10。 3）為了使各并聯(lián)運(yùn)行的變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(yīng)相等，此時(shí)總負(fù)載電流是各變壓器副邊電流的算術(shù)和。,5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配,變比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)

9、行時(shí)，空載時(shí)就有環(huán)流。故各臺(tái)變壓 器的電流分配不僅取決于短路阻抗，而且還受到環(huán)流的影響。,5-4變比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配,1）負(fù)載運(yùn)行時(shí)，每一變壓器的電流都由負(fù)載分量和環(huán)流組成，其中環(huán)流等于空載時(shí)環(huán)流，它是由于變比不等而引起的。對(duì)第一臺(tái)變壓器為 ，對(duì)第二臺(tái)變壓器為 ，二者大小相等而符號(hào)相反。 2）由于各負(fù)載分量相位基本相同，再迭加上環(huán)流后，勢(shì)必造成一臺(tái)變壓器電流大于負(fù)載分量，另一臺(tái)變壓器電流小于負(fù)載分量，這是變壓器并聯(lián)運(yùn)行所不希望的，因此對(duì)環(huán)流有上述的限制。,變壓器的并聯(lián)運(yùn)行,本章小結(jié),為了提高供電的可靠性以及使裝置設(shè)備得到充分利用，近代發(fā)電廠和變電所都采用多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，為

10、了得到理想的并聯(lián)運(yùn)行情況，要求各變壓器滿足聯(lián)結(jié)組相同、變比相等，以及短路阻抗標(biāo)么值相等。變比相等和聯(lián)結(jié)組相同保證空載時(shí)不產(chǎn)生環(huán)流，是變壓器能否并聯(lián)的前提。短路阻抗標(biāo)么值相等則保證了負(fù)載按變壓器容量成比例分配，若短路阻抗標(biāo)么值不相等，則負(fù)荷系數(shù)與短路阻抗標(biāo)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(yùn)行時(shí)，電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通的幅值基本保持不變。但在變壓器的運(yùn)行情況遭到較大的擾動(dòng)時(shí)，如合閘、負(fù)載突然變化，副邊突然短路、遭受雷擊等，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(yùn)行狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，這一過程稱為瞬態(tài)過程或過渡過程。,研究變壓器的瞬態(tài)

11、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，可能會(huì)使繞組中的電壓和電流超過額定值許多倍，即出現(xiàn)所謂過電壓和過電流現(xiàn)象，雖然瞬態(tài)過程持續(xù)的時(shí)間很短，但卻可能使變壓器遭到破壞，因此，對(duì)這些問題應(yīng)進(jìn)行分析研究，找出它的變化規(guī)律，對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)、制造、保護(hù)和運(yùn)行都是十分必要的。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)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現(xiàn)象，可能出現(xiàn)很大的沖擊電流，如不 采取適當(dāng)?shù)拇胧?，則可能使開關(guān)跳閘，以致變壓器不能順利投入電網(wǎng)。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變

12、壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電流的原因,設(shè)電網(wǎng)電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則合閘時(shí)變壓器原邊回路的電動(dòng)勢(shì)方程式為,式中：為合閘時(shí)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現(xiàn)象，上式是一個(gè)非線性微分方程。為了求解，作線性化的處理。即認(rèn)為整個(gè)瞬態(tài)過程中，鐵心飽和程度不變，并以運(yùn)行點(diǎn)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：,式中Lav是對(duì)應(yīng)于運(yùn)行點(diǎn)原繞組的平均電感，如圖6-2所示。,（61）,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電

13、流的原因,由此，式(6-1)便可改寫為,式(6-3)是一個(gè)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 ，另一部分是自由分量 ，即,（63）,式中： 為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為,為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為,C為磁通的自由分量的幅值，其值由合閘時(shí)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(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電流的原因,設(shè)投入電網(wǎng)（t=0）時(shí)，鐵心里沒有剩磁，即(t=0)=0，則,所以,因此,討論：由上式可知 1）當(dāng)=90時(shí)合閘，則合閘時(shí)的磁通為,即合閘以后就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生瞬態(tài)過程。圖6-3是這種情況的磁通變化曲線。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合

14、閘時(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電流的原因,討論：由上式可知 2）當(dāng)=0時(shí)合閘，則合閘時(shí)的磁通為,圖6-4是這種情況的磁通變化曲線。,當(dāng) 時(shí)，磁通 達(dá)到最大值，若不考慮自由分量的衰減，變壓器的總磁通差不多達(dá)2m ，考慮到變壓器在空載合閘之前鐵心里尚有剩磁，當(dāng)剩磁方向與自由分量磁通的方向一致時(shí)，總磁通最大值可達(dá)穩(wěn)定值的(2.22.3)倍。知道了變壓器空載合閘時(shí)磁通隨時(shí)間變化的關(guān)系后，根據(jù)磁化曲線，就能找出相應(yīng)的激磁電流。如圖6-5所示。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電流的原因,討論：由上式可知 2）變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，磁路已開始飽和，例如工 作在A點(diǎn)，在最

15、不利的空載合閘情況下，磁通可能 超過m 的兩倍。這時(shí)鐵心非常飽和，工作在B 點(diǎn) ，因此激磁電流很大，超過穩(wěn)態(tài)激磁電流i0值 的80100倍，可達(dá)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。,事實(shí)上，隨著時(shí)間的推移，自由分量將逐漸衰減，衰減的快慢取決于時(shí)間常數(shù)，一般小變壓器的電阻較大，時(shí)間常數(shù)較小，故合閘的沖擊電流只要經(jīng)過幾個(gè)周波(零點(diǎn)幾秒以下)就達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，巨型變壓器裒減得較慢，有的衰減過程可以達(dá)到20秒。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,空載合閘時(shí)產(chǎn)生過電流的原因,討論：由上式可知 3）空載合閘電流對(duì)變壓器本身沒有多大的

16、危害，但當(dāng)它衰減較慢時(shí)，可能引 起變壓器本身過電流保護(hù)裝置動(dòng)作而跳閘，為了避免這種現(xiàn)象，需要設(shè)法 使合閘電流加速衰減，為此，可在變壓器原邊串聯(lián)一個(gè)附加電阻，這樣一 則減少?zèng)_擊量，二來還可以使沖擊迅速衰減。合閘完畢后，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(shí)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(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,突然短路電流：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(dá)額定電流的1020倍。變壓器副邊突然短路時(shí)，短路電流比穩(wěn)態(tài)短路電流更大，如不采取有效

17、措施，可能把變壓器損壞。,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 副邊突然短路時(shí)的情況就與R、L串聯(lián)電路 突然接到正弦電壓上去的情況相似，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(jìn)行分析。,設(shè)電網(wǎng)容量很大，短路電流不致引起電網(wǎng)電壓下降。則得突然短路時(shí)原邊電路微分方程式為：,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,解此常系數(shù)微分方程式可得：,式中： 為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時(shí)值；,為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的幅值；,為 與 的相位差。,為暫態(tài)電流衰

18、減的時(shí)間常數(shù)；,為突然短路電流暫態(tài)分量(自由分量)的瞬時(shí)值；,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,式中：C為待定積分常數(shù)，由初始條件決定。,通常，變壓器發(fā)生突然短路之前，可能已經(jīng)處于負(fù)載運(yùn)行，但由于負(fù)載電流比短路電流小很多，故可略去不計(jì)，而認(rèn)為突然短路是在空載情況下發(fā)生的，即認(rèn)為t=0時(shí)，ik =0，代入ik表達(dá)式可得,因此,上式表明，突然短路電流的大小與電壓u1的初相角有關(guān)。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,討論：,1）當(dāng)=90度時(shí)，發(fā)生突然短路，這時(shí)暫態(tài)分量為零，突然短路一發(fā)生就進(jìn) 入穩(wěn)定狀態(tài)，

19、短路電流最小，其值為 2）當(dāng)=0度時(shí)發(fā)生突然短路，,與上式對(duì)應(yīng)的電流變化曲線如圖6-8所示，從圖可見，當(dāng) 瞬間，短路電流達(dá)最大值,式中,是突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(shí)間常數(shù)Tk有關(guān)，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(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,討論：,2）當(dāng)用標(biāo)么值表示時(shí),即： 與 成反比，即短路阻抗愈小，突然短路電流愈大。 若 ，則,這是一個(gè)很大的沖擊電流，產(chǎn)生很大的電磁力，對(duì)變壓器有嚴(yán)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(shè)計(jì)變壓器時(shí)，必須全面考慮 數(shù)值的選擇。,變壓器的瞬態(tài)過程,6-2變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程,變壓器副邊突然短路的瞬態(tài)過程,突然短路電流對(duì)變壓器的影響 :,1）突然短路時(shí)變壓器繞組受到很大的機(jī)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(dǎo)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定。由于電流增大時(shí)漏磁場也正比增強(qiáng)，因此電磁力與電流的平方成正比，當(dāng)變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，作用在繞組上的電磁力很小。但突然短路時(shí)，如前所述，最大短路電流可達(dá)額定電流的2030倍，由于短路時(shí)產(chǎn)生的電磁力與電流平方成正比。所以短路時(shí)繞組所受