电力变压器的运行课件

发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-1第九章第九章电力变压器的运行电力变压器的运行第一节第一节变压器的温升与温度器的温升与温度计算算第二节第二节变压器的器的绝缘老化老化第三节第三节变压器的正常器的正常过负荷荷第四节第四节变压器的事故器的事故过负荷荷第五节第五节自耦自耦变压器的工作原理与运行器的工作原理与运行第六节第六节变压器的并列运行器的并列运行本章计划学时本章计划学时:68学时学时 1 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-2 电力力变压器是器是发电厂和厂和变电所中重要的一次所中重要的一次设备之一，随之一，随着着电力系力系统电压等等级的提高和的提高和规模的模的扩大，升大，升压和降和降压的的层次次增多，系增多，系统中中变压器的器的总容量已达容量已达发电机装机容量的机装机容量的710倍。倍。可可见电力力变压器的运行是器的运行是电力生力生产中非常重要的中非常重要的环节。本章着本章着重介重介绍电力力变压器运行中的基本理器运行中的基本理论。第一节第一节 变压器的温升与温度计算变压器的温升与温度计算 一、变压器的发热和散热一、变压器的发热和散热 变压器在运行器在运行时，绕组、铁心和附加的心和附加的电能能损耗都将耗都将转变成成热能，使能，使变压器各部分的温度升高。器各部分的温度升高。图9-1示出了油浸式示出了油浸式变压器中各部分温度的分布情况。器中各部分温度的分布情况。1)铁心、高心、高压绕组、低、低压绕组的的发热互不关互不关联：所：所产生的生的热量量都都传给油，油，热量被循量被循环流流动的油的油带走。走。(1)发热特点发热特点2 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-32)变压器的各部分的器的各部分的发热很不均匀：很不均匀：绕组温度最高，最温度最高，最热点在高度方向的点在高度方向的70%75%；3 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-4径向温度最高径向温度最高处位于位于绕组厚度（自内径算起）的厚度（自内径算起）的1/3处。(2)散热过程散热过程1)绕组和铁心内部的热量以传导方式传到导绕组和铁心内部的热量以传导方式传到导体和铁心表面，图中曲线体和铁心表面，图中曲线1-2，约几度。，约几度。2)导体和铁心表面的热量以对流方式传到变导体和铁心表面的热量以对流方式传到变压器油中，图中曲线压器油中，图中曲线2-3，约占总温升的，约占总温升的20%30%。3)油中的热量以对流方式传到油箱和散热器油中的热量以对流方式传到油箱和散热器内表面，图中曲线内表面，图中曲线4-5，约几度。，约几度。4)油箱和散热器内表面的热量以传导方式传油箱和散热器内表面的热量以传导方式传到外表面，图中曲线到外表面，图中曲线5-6，约，约23度。度。5)油箱和散热器外表面的热量以对流和辐射油箱和散热器外表面的热量以对流和辐射方式传到周围空气中，图中曲线方式传到周围空气中，图中曲线6-7，约占，约占总温升的总温升的60%70%。4 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-5导向强迫油循环冷却导向强迫油循环冷却强强迫油循迫油循环风冷或水冷冷或水冷自然油循环冷却自然油循环冷却(3)冷却方式冷却方式5 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-6二、变压器的温升计算二、变压器的温升计算 1.变压器的器的发热很不均匀，油浸式很不均匀，油浸式变压器的温升从底部到器的温升从底部到顶部，部，绕组(CD)和油和油(AB)的温升都近似呈的温升都近似呈线性增加（在任意高度，性增加（在任意高度，绕组对油的温差均油的温差均为一常数一常数g）。）。2.为了全面反映了全面反映变压器的温升情况，器的温升情况，绕组和油的温升通常都用和油的温升通常都用其平均温升和最大温升来表示。其平均温升和最大温升来表示。绕组的平均温升是指整个的平均温升是指整个绕组的温升平均的温升平均值(M点点)。油的平均温升是指全部油的温升平均值油的平均温升是指全部油的温升平均值(N点点)。绕组的最大温升是指的最大温升是指绕组最最热点点(E点点)的温升，由于的温升，由于杂散散损耗增加，耗增加，它大于它大于绕组温升线性增加温升线性增加的的趋势趋势点点D点的点的温升。温升。油的最大温升是指油的最大温升是指顶层油油(B点点)的的温升。温升。图图9-2油浸式油浸式变压器温升分布图变压器温升分布图6 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-73.温升计算中的基本关系为温升计算中的基本关系为绕组对空气的温升绕组对空气的温升=油对空气的温升油对空气的温升+绕组对油的温升绕组对油的温升绕组的温度绕组的温度=空气温度空气温度+油对空气的温升油对空气的温升+绕组对油的温升绕组对油的温升4.变压器各部分的允器各部分的允许温升温升 我国国家标准（我国国家标准（GB）规定变压器的额定使用条件为：最高气）规定变压器的额定使用条件为：最高气温温 +40；最高日平均气温；最高日平均气温+30；最高年平均气温；最高年平均气温+20；最；最低气温低气温-30；变压器；变压器各部分的温升不得超各部分的温升不得超过表表9-1中的数中的数值。表表9-1 9-1 变压器各部分的允许温升变压器各部分的允许温升 （单位：（单位：）配配电变压器器(最大最大容量容量2500kVA)中型中型(三相容量最大三相容量最大100MVA、单相容量相容量33.3MVA)或大或大型型(三相容量在三相容量在100MVA以上以上)电力力变压器器ONAN(自然油循自然油循环自冷自冷)ON(非非导向自然油向自然油流流)OF(非非导向向强强迫迫油流油流)OD(导向油流向油流)绕组对空气的平均温空气的平均温升升65636368热点点对绕组顶部油的部油的温差温差23262229油油对空气的平均温升空气的平均温升44434646顶层油油对空气的温升空气的温升最大最大值555256497 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-8 采用采用A级绝缘材料的变压器，绕组热点温度为级绝缘材料的变压器，绕组热点温度为98时，使用时，使用寿命为寿命为2030年。年。图图9-2中几个点的温度：中几个点的温度：顶层油顶层油(B点点)对空气的对空气的温升温升or=52。绕组对油平均温升绕组对油平均温升gr=20。油对空气的平均温升油对空气的平均温升(N点点)omr=43。绕组最最热点点(E点点)对顶层油的温升油的温升为hr=43+20+15-52=26。设设K为实际负荷与额定负荷之比，则任意负荷下顶层油对为实际负荷与额定负荷之比，则任意负荷下顶层油对空气的温升为空气的温升为5.任意负荷下顶层油对空气和绕组最热点对顶层油温升的计算任意负荷下顶层油对空气和绕组最热点对顶层油温升的计算 自然油循环冷却自然油循环冷却(ON)变压器的绕组最热点温度比绕组的平均变压器的绕组最热点温度比绕组的平均温度温度(M点点)高高15(配变为配变为13)。因此，自然油循环冷却变压器。因此，自然油循环冷却变压器带额定负荷长期运行时的周围空气温度最高为带额定负荷长期运行时的周围空气温度最高为98-15-63=20。8 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-9式中式中 or额定负荷时，顶层油对空气的温升最大值；额定负荷时，顶层油对空气的温升最大值；R额定负荷下，短路损耗与空载损耗之比；额定负荷下，短路损耗与空载损耗之比；x计算油的温升的指数，与变压器的冷却方式有计算油的温升的指数，与变压器的冷却方式有关，对于关，对于ON方式配电变压器，方式配电变压器，x=0.8；对于中、大型电力变压；对于中、大型电力变压器，器，ON方式取方式取x=0.9、OF方式和方式和OD方式取方式取x=1.0。任意负荷下绕组热点对顶层油的温升任意负荷下绕组热点对顶层油的温升h为为式中式中 H热点系数；热点系数；gr额定电流下绕组平均温度与油平均温度的差值，根据额定电流下绕组平均温度与油平均温度的差值，根据H和和gr可以计算可以计算额定电流下绕组额定电流下绕组热点温度对顶层油温度热点温度对顶层油温度的的差值差值hr，hr=Hgr；9 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-10y计算算绕组热点温升用的指数点温升用的指数,也与也与变压器的冷却方式有关，器的冷却方式有关，对于于ON方式配方式配电变压器，器，y=1.6；对于中、大型于中、大型电力力变压器，器，ON方式和方式和OF方式取方式取y=1.6、OD方式取方式取y=2.0。三、变压器的稳态温度计算三、变压器的稳态温度计算(选学选学)四、变压器的暂态温度计算四、变压器的暂态温度计算(选学选学)10 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-11第二节第二节 变压器的绝缘老化变压器的绝缘老化 一、变压器的绝缘老化定律一、变压器的绝缘老化定律 变压器的器的绝缘老化：高温、湿度、氧化和油中分解的劣化物老化：高温、湿度、氧化和油中分解的劣化物质等物理化学作用的影响，使其等物理化学作用的影响，使其绝缘材料逐材料逐渐失去其机械失去其机械强强度度和和电气气强强度。度。高温是高温是绝缘老化的主要原因，老化的主要原因，绝缘材料的工作温度越高，材料的工作温度越高，绝缘老化速度越快，老化速度越快，变压器的使用寿命越短。器的使用寿命越短。机械机械损伤使使电气气强强度下降：老化的度下降：老化的绝缘材料材料纤维组织失去失去弹性，材料性，材料变脆，只要没有机械脆，只要没有机械损伤，仍可有相当高的，仍可有相当高的电气气强强度。度。但在但在电磁振磁振动和和电动力的作用下很容易力的作用下很容易产生机械生机械损伤使材料破使材料破损，失去，失去电气气强强度。度。1.变压器的器的绝缘老化现象绝缘老化现象11 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-122.变压器的器的预期寿命和期寿命和绕组最最热点温度之点温度之间的关系的关系电力力变压器常采用器常采用A级绝缘（油浸（油浸电缆纸），在），在80140的范围内，变压器的寿命和绕组最热点温度之间的关系为的范围内，变压器的寿命和绕组最热点温度之间的关系为式中，式中，A为为常数；常数；P为温度系数。温度系数。3.变压器的绝缘老化定律变压器的绝缘老化定律 采用采用A级绝缘材料的材料的变压器变压器绕组，最，最热点温度点温度维持在持在98，变压器能器能获得正常得正常预期寿命期寿命2030年，其每天的寿命年，其每天的寿命损失失为正正常日寿命常日寿命损失。失。变压器的正常器的正常预期寿命和期寿命和绕组最最热点温度之点温度之间的关系的关系为 相相对预期寿命期寿命z*12 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-13 相相对预期寿命期寿命z*的倒数称的倒数称为相相对老化率，即老化率，即它表明了它表明了变压器在器在绕组热点温度点温度为下运行下运行单位位时间损失的正失的正常常使用使用寿命。寿命。损失寿命损失寿命zT的计算：若的计算：若运行运行时间为T，显然有然有如果在如果在T时间内内绕组热点温度是随点温度是随时间变化的（用化的（用t表示），表示），则损失的寿命失的寿命为或或式中式中 vn为第为第n个时间间隔内的相对老化率；个时间间隔内的相对老化率；tn第第n个时间间隔个时间间隔的时间；的时间；n序数；序数；N时间间隔隔总数。数。13 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-14 相相对老化率的老化率的计算以算以2为底底较方便，方便，则根据试验和统计资料可以得出根据试验和统计资料可以得出则和和 绝缘老化的六度老化的六度规则（油浸（油浸变压器）：可以看出器）：可以看出绕组温度每温度每增加增加6，老化加倍，老化加倍，绝缘使用寿命使用寿命缩短一半。短一半。例如，例如，计算算绕组热点在点在104下运行下运行24h损失的寿命，老化率失的寿命，老化率为2，损失的寿命损失的寿命为224h=48h，也就是也就是说运行运行12个小个小时一天的一天的寿命就寿命就损耗完了耗完了。14 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-15二、等值老化原则二、等值老化原则 变压器器绕组最最热点温度点温度维持在持在98，变压器能器能获得正常使用寿得正常使用寿命，但命，但变压器在运行中，绕组温度受环境温度和负荷波动的影变压器在运行中，绕组温度受环境温度和负荷波动的影响，不可能维持在响，不可能维持在98不变。这种情况下变压器如何获得正常不变。这种情况下变压器如何获得正常的使用寿命？的使用寿命？等等值老化原老化原则回答了回答了这个个问题。等等值老化原老化原则：在一定的在一定的时间间隔隔T内，一部分内，一部分时间内内绕组温温度高于度高于98，而在另一部分，而在另一部分时间内内绕组温度低于温度低于98，只要使，只要使变压器在温度高于器在温度高于98时所多所多损失的寿命与温度低于失的寿命与温度低于98时少少损失的寿命相互失的寿命相互补偿，等于正常的，等于正常的寿命损失，寿命损失，变压器的器的预期寿期寿命可以和命可以和绕组温度温度维持在持在98运行运行时的的预期寿命相同。期寿命相同。它可以它可以用下式表示：用下式表示：平均相平均相对老化率：老化率：变压器在一定的器在一定的时间间隔隔T内内实际所所损失失的寿命与恒温的寿命与恒温98运行运行时的正常寿命的正常寿命损失失T的比的比值。15 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-16当当1时，变压器的老化大于正常老化，器的老化大于正常老化，预期寿命期寿命缩短；短；当当1时，变压器的器的负荷能力未得到充分利用；荷能力未得到充分利用；当当=1时，变压器有正常的使用寿命，它也是器有正常的使用寿命，它也是变压器正常器正常过负荷运行的主要依据。荷运行的主要依据。第三节第三节 变压器的正常过负荷变压器的正常过负荷 一、变压器的负荷能力一、变压器的负荷能力 变压器的器的额定容量即定容量即铭牌容量：其含牌容量：其含义是在制造厂所是在制造厂所规定的定的额定定环境温度下，保境温度下，保证变压器有正常使用寿命（器有正常使用寿命（约2030年）所年）所能能长时间连续输出的最大功率。出的最大功率。变压器的负荷能力：指变压器在变压器的负荷能力：指变压器在1 1条件下，条件下，短时间内所能输短时间内所能输出的功率，显然，它可能超过出的功率，显然，它可能超过额定容量。定容量。16 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-17负荷能力的大小和持荷能力的大小和持续时间取决于：取决于：变压器的器的电流和温度容流和温度容许限限值；负荷荷变化和周化和周围环境温度以及境温度以及绝缘老化不超老化不超过绝缘的正常老化。的正常老化。二、负荷超过额定容量运行时的温度和电流的限值二、负荷超过额定容量运行时的温度和电流的限值变压器的器的负荷超荷超过额定容量运行定容量运行时，将，将产生不良效生不良效应，此，此时要要求其求其电流和有关部分的温度不超流和有关部分的温度不超过表表9-2的的规定。定。三、等值空气温度三、等值空气温度 1.平均温度平均温度av不能表示不能表示变化的温度化的温度对绝缘老化的影响老化的影响变压器的器的绝缘老化速度与老化速度与绕组温度呈指数函数非温度呈指数函数非线性关系，在性关系，在高温高温时绝缘老化的加速老化的加速远远大于低温大于低温时绝缘老化的延老化的延缓。2.等值空气温度（能表示变化的温度对绝缘老化的影响）等值空气温度（能表示变化的温度对绝缘老化的影响）等值空气温度等值空气温度eq：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内维：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内维持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化等持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化等于空气温度自然变化时的绝缘老化。于空气温度自然变化时的绝缘老化。17 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-18绕组热点点对环境的温升，境的温升，负荷恒定荷恒定时为一常数。一常数。化简得化简得两边取对数得两边取对数得空气温度的日或年的自然变化近似地认为是零轴被抬高的正弦空气温度的日或年的自然变化近似地认为是零轴被抬高的正弦曲线（例如季节的影响，冬、夏季空气温度出现峰值，春、秋曲线（例如季节的影响，冬、夏季空气温度出现峰值，春、秋季温度适中），即季温度适中），即18 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-19式中式中 avT时间间隔内的平均空气温度；时间间隔内的平均空气温度；最高温度和最低温度之差。最高温度和最低温度之差。代入可以计算出代入可以计算出 从上式可以看出，等值空气温度高于平均空气温度一个数值，从上式可以看出，等值空气温度高于平均空气温度一个数值，这是由于高温时绝缘老化加速远远大于低温时绝缘老化延缓的这是由于高温时绝缘老化加速远远大于低温时绝缘老化延缓的结果。结果。我国广大地区的年等值空气温度为我国广大地区的年等值空气温度为20，则绕组最热点温度，则绕组最热点温度为：为：65+13+20=98。所以我国变压器的额定容量不必。所以我国变压器的额定容量不必根据气温情况加以修正，冬夏寿命损失自然补偿，就可以有正根据气温情况加以修正，冬夏寿命损失自然补偿，就可以有正常的使用寿命，但在考虑变压器的过负荷能力时应考虑等值空常的使用寿命，但在考虑变压器的过负荷能力时应考虑等值空气温度的影响。气温度的影响。.结论结论19 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-20日有功负荷曲线日有功负荷曲线a）曲线图）曲线图b）梯形图）梯形图四、等值负荷的计算四、等值负荷的计算 将实际负荷将实际负荷曲线先化为多阶段负荷曲线的方法，如下图所示：曲线先化为多阶段负荷曲线的方法，如下图所示：20 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-21实际负荷实际负荷曲曲线先化先化为多多阶段段负荷曲荷曲线（如（如图9-5所示），再将所示），再将其其归算算为两段式等两段式等值负荷曲荷曲线：欠：欠负荷段曲荷段曲线和和过负荷段曲荷段曲线。依据等值发热原理，欠负荷依据等值发热原理，欠负荷段的等段的等值负荷系数按下式荷系数按下式计算：算：I1、I2、In各欠负荷段电各欠负荷段电流标幺值；流标幺值；t1、t2、tn各欠各欠负荷段的荷段的时间。图图9-5多阶段负荷曲线多阶段负荷曲线 等值负荷的计算方法：等值负荷的计算方法：21 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-22五、变压器的正常过负荷五、变压器的正常过负荷1.原原则：不增加：不增加变压器寿命器寿命损失，即平均相失，即平均相对老化率老化率1 1。2.理理论依据：等依据：等值老化原老化原则，寿命寿命损失相互失相互补偿。3.正常过负荷是有计划的、主动实施的过负荷。正常过负荷是有计划的、主动实施的过负荷。为了了简化化计算，算，实际运行中，常采用运行中，常采用查正常正常过负荷曲荷曲线的方的方法确定法确定过负荷荷值。其中日等。其中日等值空气温度空气温度为20时的自然油循的自然油循环和和强强迫油循迫油循环变压器的器的过负荷曲荷曲线如如图9-6a和和图9-6b所示。所示。图中中图中中K1和和K2分分别表示两段式表示两段式负荷曲荷曲线中的欠中的欠负荷系数和荷系数和过负荷倍数，荷倍数，T为过负荷的容荷的容许持持续时间。自然油循。自然油循环变压器的器的过负荷倍数不能超荷倍数不能超过1.5,强强迫油循迫油循环变压器的器的过负荷倍数不能荷倍数不能超超过1.3，也即，也即图中虚中虚线部分。部分。利用正常过负荷曲线确定过负荷倍数的方法：利用正常过负荷曲线确定过负荷倍数的方法：1）将实际连续变化的负荷曲线化为多段式负荷曲线。）将实际连续变化的负荷曲线化为多段式负荷曲线。2）按式（）按式（9-16）将多段式）将多段式负荷曲荷曲线归算算为两段式等两段式等值负荷曲荷曲线,计算出欠算出欠负荷系数荷系数K1。22 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-233）根据）根据K1和和过负荷荷时间T，从，从图9-6中中过负荷曲荷曲线上上查出出过负荷倍数荷倍数K2。图图9-6正常过负荷曲线（日等值空气温度正常过负荷曲线（日等值空气温度+20）a)自然油循环变压器自然油循环变压器 b)强迫油循环变压器强迫油循环变压器23 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-24【例例9-3】如果例如果例9-1中中变压器容量器容量为10000kVA，利用，利用过负荷曲荷曲线，求，求变压器器历时4h的的过负荷荷值。解解 由例由例9-1图可知欠负荷系数为图可知欠负荷系数为0.7,过负荷时间为过负荷时间为4h，查图，查图9-6a曲线得曲线得 过负荷倍数过负荷倍数K2=1.29过负荷荷值为1.2910000kVA=12900kVA【例例9-4】某自然油循某自然油循环变压器，当地日等器，当地日等值空气温度空气温度为20，负荷曲荷曲线如如图9-5所示，求所示，求历时4h的的过负荷倍数。荷倍数。解解依等值发热得依等值发热得查图9-6a曲曲线得得过负荷倍数得荷倍数得K2=1.33。24 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-25第四节第四节 变压器的事故过负荷变压器的事故过负荷 系系统发生局部故障或生局部故障或变电所的某台所的某台变压器故障被切除，使部分器故障被切除，使部分不能切除的不能切除的负荷荷转移到其它移到其它变压器上器上时，这些些变压器的器的负荷会荷会超超过正常正常过负荷荷值很多，称很多，称为事故事故过负荷或短期急救荷或短期急救负载。1.制定原则：在事故情况下，保证不间断供电、避免停电造成制定原则：在事故情况下，保证不间断供电、避免停电造成更大的损失是首要任务，防止变压器寿命损失加速是次要的，更大的损失是首要任务，防止变压器寿命损失加速是次要的，所以，事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。所以，事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。2.具体要求：具体要求：事故事故过负荷荷时，可能可能远大于大于1，绝缘老化加速，老化加速，为了防止了防止严重影响重影响变压器的使用寿命，事故器的使用寿命，事故过负荷荷时绕组最最热点温度不得点温度不得超超过140，电流不得超流不得超过额定定电流的流的2倍。倍。事故事故过负荷后荷后应加加强强冷却，尽快冷却，尽快转移移负荷或减荷或减负荷，使荷，使变压器尽快回到正常器尽快回到正常过负荷范荷范围内。内。绕组最最热点温度等于点温度等于热点温升加上点温升加上环境温度，如果境温度，如果绕组最最热点温度超点温度超过表表9-2的数的数值，则这种事故种事故过负荷是不允荷是不允许的。的。25 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-26 表表9-3中列出了我国中列出了我国标准准规定的自然油循定的自然油循环中、大型中、大型电力力变压器事故器事故过负荷荷1h的日寿命的日寿命损失天数（以失天数（以“正常日正常日”数表示，即一数表示，即一个个“正常日正常日”寿命寿命损失等效于失等效于变压器在器在环境温度境温度20及及额定定负载条件下，运行条件下，运行1天）。表中天）。表中K1表示事故表示事故过负荷前等荷前等值负荷系数，荷系数，K2表示事故表示事故过负荷倍数，表中荷倍数，表中“”符号表示即使在最低符号表示即使在最低环境温境温度下也不容度下也不容许运行。表中列出的是运行。表中列出的是环境温度境温度为+20时的日寿的日寿命命损失（天），如果失（天），如果环境温度不等于境温度不等于20，应分分别乘以表乘以表9-4中中所列的修正系数。所列的修正系数。环境温度环境温度/40403020100-10-20-25校正系数校正系数103.210.320.10.0320.010.0055表表9-4环境温度不同于环境温度不同于+20时的校正系数时的校正系数26 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-27表表9-3自然油循环中、大型电力变压器事故过负荷自然油循环中、大型电力变压器事故过负荷1h的日寿命损失（天）和绕组热点温升的日寿命损失（天）和绕组热点温升（单位（单位:）K2K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.41.51.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.003580.005660.011740.024820.059910.1531000.4181101.211203.6513011.61410.009640.014710.026790.055880.128970.3241060.8751152.501257.5213623.81470.038710.053780.084860.158950.3421040.8271132.171226.1113218.214357.11540.100750.128830.185910.317990.6411081.481173.8112710.613731.214797.31580.306800.363870.477950.7331041.351122.921227.2013119.514157.01521761621.08851.21931.461002.001093.251186.4012714.813638.91461111573411684.30914.66985.291066.561149.3612316.213234.014284.015223316270117320.510422.411225.712032.712948.713889.414820115852716815401791081191191271381361801452811555491651310175+631134695143821152110016118001713730182+4040150448015953601697400179+27 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-28【例例9-5】某某中型自然油循环变压器，环境温度为中型自然油循环变压器，环境温度为+30，事，事故前故前K1=0.7，事故后，事故后K2=1.5，求运行，求运行1h1h的日寿命损失和绕组热的日寿命损失和绕组热点温度。点温度。解解 根据已知条件查根据已知条件查表表9-3和表和表9-4，得，得运行运行1h的的日寿命损失为：日寿命损失为：0.3423.2=1.09(天天)绕组热点温度点温度为：(104+30)=134，绕组热点温度小于点温度小于140，可以按，可以按K2过负荷运行。荷运行。28 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-29第五节第五节 自耦变压器的工作原理与运行自耦变压器的工作原理与运行 一、自耦变压器的工作原理一、自耦变压器的工作原理 如如图9-7a所示。自耦所示。自耦变压器由两个器由两个绕组串串联组成一次成一次绕组bd，匝数匝数为N1，其中一个，其中一个绕组又作又作为变压器的二次器的二次绕组cd，匝数，匝数为N2，称，称为“公共公共绕组”，为一二次一二次侧所共有。属于一次所共有。属于一次绕组且与且与公共公共绕组串串联的的绕组bc，匝数，匝数为N1-N2，称，称为“串串联绕组”。图图97自耦变压器原理图自耦变压器原理图a)等效电路等效电路b)结构结构29 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-301自耦变压器的容量关系自耦变压器的容量关系（1）电压及电流关系）电压及电流关系1)电压关系电压关系:自耦变压器一次侧和二次侧的电压比自耦变压器一次侧和二次侧的电压比k122)电流关系电流关系电路关系：电路关系：磁路耦合关系：磁路耦合关系：根据以上电路和磁势关系可得根据以上电路和磁势关系可得 公共公共绕组电流与流与一次（或串联绕组）电流之间的关系为：一次（或串联绕组）电流之间的关系为：30 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-31 一次（或串联绕组）电流一次（或串联绕组）电流与二次与二次电流流之间的关系为：之间的关系为：公共公共绕组电流与流与二次电流之间的关系为：二次电流之间的关系为：（2）自耦变压器的额定容量和标准容量）自耦变压器的额定容量和标准容量根据电压及电流关系，自耦变压器传输的功率为根据电压及电流关系，自耦变压器传输的功率为由电路传由电路传递递由磁路传递由磁路传递31 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-32电流相量电流相量的共轭相量。的共轭相量。自耦自耦变压器的器的额定容量定容量(额定通定通过容量容量)：公共绕组的容量公共绕组的容量(标准容量标准容量)：通过电磁感应传输的最大功率，即：通过电磁感应传输的最大功率，即 串联绕组的容量为串联绕组的容量为可见串联绕组的容量与公共绕组的容量相等。可见串联绕组的容量与公共绕组的容量相等。32 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-332自耦变压器的效益系数自耦变压器的效益系数标准容量与准容量与额定容量之比，称定容量之比，称为自耦自耦变压器的效益系数器的效益系数Kb，即，即 Sa=KbSNSN，即即自耦自耦变压器与同容量的普通器与同容量的普通变压器相比，器相比，有有较小的小的绕组容量，因此所用容量，因此所用铁心材料省，尺寸小，重量心材料省，尺寸小，重量轻，造价造价较低，极限制造容量大，具有低，极限制造容量大，具有较好的好的经济效益。效益。电压比比k12越小，越小，Kb越小，越小，绕组容量越小，采用自耦容量越小，采用自耦变压器器经济效益越效益越显著。著。为保保证自耦自耦变压器的器的经济效益，效益，应使其使其变比比k123。3自耦变压器的过电压自耦变压器的过电压问题的提出的提出:高高压与中与中压绕组有有电路的直接路的直接连接，当高接，当高压侧发生生过电压时，它可以通，它可以通过串串联绕组进入公共入公共绕组和中和中压系系统，当，当中中压侧发生生过电压时，它可以，它可以进入串入串联绕组和高和高压系系统。(显然显然KbSc，串，串联绕组负荷荷较大，最大大，最大传输功率受到串功率受到串联绕组容容量的限制，运行中量的限制，运行中应注意注意监视串串联绕组负荷。荷。2运行方式二运行方式二中中压侧同同时向高向高压和低和低压侧（或高（或高压和低和低压侧同同时向中向中压侧）传输功率，如功率，如图9-9b所示。所示。(1)串联绕组串联绕组1)电流电流只有自耦分量，只有自耦分量，为为2)功率功率40 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-41(2)公共绕组公共绕组1)公共绕组电流为公共绕组电流为自耦方式与变压方式之和，即自耦方式与变压方式之和，即 由磁势平衡可以求出由磁势平衡可以求出公共绕组中的电流为公共绕组中的电流为2)功率功率41 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-42当高、低压侧功率因数相等时，有当高、低压侧功率因数相等时，有显然然Sc Ss，公共，公共绕组负荷荷较大，最大大，最大传输功率受到公共功率受到公共绕组容量的限制，运行中容量的限制，运行中应注意注意监视公共公共绕组负荷。在此运行方式荷。在此运行方式下运行下运行时，自耦，自耦变压器的容量不能得到充分利用。器的容量不能得到充分利用。三、自耦变压器的有功功率损耗三、自耦变压器的有功功率损耗(选学内容选学内容)3.低低压侧同同时向高向高压和中和中压侧传输功率或相反功率或相反限制条件为低压绕组容量，通过容量最大为标准容量，这限制条件为低压绕组容量，通过容量最大为标准容量，这时自耦变压器的效益最低。时自耦变压器的效益最低。42 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-43【例例9-6】已知容量已知容量为150MVA的三相三的三相三绕组自耦自耦变压器，器，额定定电压为242/121/11kV，容量比，容量比为100/100/50，低压侧接有低压侧接有60MW，功率因数为，功率因数为0.8的发电机一台，各侧功率因数相等。试求的发电机一台，各侧功率因数相等。试求:如如果果220kV系统向系统向110kV系统传输功率系统传输功率75MVA，低压侧的发电机，低压侧的发电机还可以向还可以向110kV系统传输多少功率？系统传输多少功率？解解属高、低压侧同时向中压侧送电的运行方式，此运行方式属高、低压侧同时向中压侧送电的运行方式，此运行方式下应监视公共绕组不能过负荷，公共绕组负荷最大为下应监视公共绕组不能过负荷，公共绕组负荷最大为75MVA。串联绕组负荷为串联绕组负荷为由由得得低压绕组负荷为低压绕组负荷为即低即低压侧的的发电机机还可以向可以向110kV系系统传输的功率的功率为37.5MVA。自耦自耦变压器的器的输出功率达不到其出功率达不到其额定容量。定容量。43 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-44第六节第六节 变压器的并列运行变压器的并列运行 变压器并列运行的优点变压器并列运行的优点1)提高供电可靠性：通常采用两台及以上的变压器并列运行，提高供电可靠性：通常采用两台及以上的变压器并列运行，当一台变压器因故障退出运行，其他变压器仍可继续供电。当一台变压器因故障退出运行，其他变压器仍可继续供电。2)可满足经济运行的需要：在低负荷时，可以使部分变压器退可满足经济运行的需要：在低负荷时，可以使部分变压器退出运行，以减少电能损耗。出运行，以减少电能损耗。1)电压比相等；电压比相等；2)短路阻抗相等；短路阻抗相等；3)绕组连接组别相同。绕组连接组别相同。变压器的理想并列运行条件为变压器的理想并列运行条件为 1.电压比不同的变压器并列运行电压比不同的变压器并列运行设两台变压器的变比为设两台变压器的变比为44 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-45两台变压器的电压比的几何均值为两台变压器的电压比的几何均值为图图9-11 9-11 两两台台变变比比不不同同的的单单相相变变压器并列运行压器并列运行如如图9-11所示，当并列运行的所示，当并列运行的变压器一次器一次侧接接电源，由于源，由于变压器的器的电压比不相等，在二次比不相等，在二次绕组产生的生的电动势不相等，故在二不相等，故在二次次绕组中中产生平衡生平衡电流，一次流，一次绕组也相也相应的出的出现平衡平衡电流，近流，近似似为45 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-46二次绕组的平衡电流为二次绕组的平衡电流为采用短路电压近似计算时采用短路电压近似计算时式中式中46 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-47结论：当当变压器器带负荷运行荷运行时，平衡，平衡电流叠加在流叠加在负荷荷电流上，流上，使一台使一台变压器的器的负荷增大，另一台荷增大，另一台变压器的器的负荷减荷减轻，负荷增荷增大的大的变压器可能器可能过负荷，所以，一般荷，所以，一般不得超过不得超过0.5%。如果如果 ，令，令 ，则，则【例例9-7】两台并列运行的两台并列运行的变压器，器，额定容量均定容量均为10000kVA，短路短路电压都都为uk%=10.5，绕组连接接组别都相同。都相同。电压比分比分别为110/10.5kV和和110/11kV。试求它求它们并列运行并列运行时的平衡的平衡电流？流？解解47 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-48因高压侧的额定电压相同，故因高压侧的额定电压相同，故48 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-492.短路阻抗不同的变压器并列运行短路阻抗不同的变压器并列运行假定它们的变比相同，则第假定它们的变比相同，则第k台变压器的阻抗为台变压器的阻抗为n台并列运行的变压器的总阻抗为台并列运行的变压器的总阻抗为由并联电路电压相等得由并联电路电压相等得n台并列运行的变压器的总负荷电流台并列运行的变压器的总负荷电流:49 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-50第第k台变压器的电流为台变压器的电流为第第k台变压器的负荷为台变压器的负荷为50 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-51n台并列运行的变压器的总负荷容量为台并列运行的变压器的总负荷容量为:n=2时，变压器分配的负荷为时，变压器分配的负荷为:结论：结论：负荷分配与短路电压成反比，即短路电压小的变压器承担的负荷分配与短路电压成反比，即短路电压小的变压器承担的负荷大，短路电压大的变压器承担的负荷小。负荷大，短路电压大的变压器承担的负荷小。由于一般容量大的变压器短路电压较大，容量小的变压器短由于一般容量大的变压器短路电压较大，容量小的变压器短路电压较小，故容量小的变压器有可能过负荷。路电压较小，故容量小的变压器有可能过负荷。一般规定短路电压之差不超过一般规定短路电压之差不超过10%。51 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-52【例例9-8】两台并列运行的双两台并列运行的双绕组变压器，器，变比和比和绕组连接接组别都相同，只是都相同，只是额定容量和短路定容量和短路电压不同。已知不同。已知SNI=500kVA，ukI%=4；SNII=1000kVA，ukII%=4.5。试求当供求当供给负载1500kVA时，每一台，每一台变压器各供多大器各供多大负荷？荷？解解从从计算算结果可以看出，容量小的果可以看出，容量小的变压器器过负荷运行，容量大的荷运行，容量大的变压器未能得到充分利用。器未能得到充分利用。52 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-533.绕组连接组别不同的变压器并列运行绕组连接组别不同的变压器并列运行绕组连接组别不同的变压器并列运行时，绕组连接组别不同的变压器并列运行时，同名相电势间的相位差为同名相电势间的相位差为如果两台变压器的额定容量、额定电压和短路电压都相同，则如果两台变压器的额定容量、额定电压和短路电压都相同，则例如，当相位差例如，当相位差=30，短路，短路电压u*kI=0.105时53 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-54绕组连接接组别不同的不同的变压器并列运行会器并列运行会产生几倍于生几倍于额定定电流的流的平衡平衡电流，短流，短时运行就会运行就会严重影响重影响变压器的使用寿命，甚至可器的使用寿命，甚至可能使能使变压器的器的绕组烧坏。因此，坏。因此，绕组连接接组别不同的不同的变压器不器不能并列运行，只有将能并列运行，只有将绕组连接接组别改改变为同一同一连接接组别才能并才能并列运行。列运行。54 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-554.4.三绕组变压器的并联运行三绕组变压器的并联运行1)1)三绕组变压器的并联运行条件与双绕组变压器的并联运行条三绕组变压器的并联运行条件与双绕组变压器的并联运行条件相同件相同,但由于多了一个第三绕组但由于多了一个第三绕组,因此因此,还存在两个绕组并联运行，还存在两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷和三个绕组都并联运行的负荷分配问题。第三绕组分别带负荷和三个绕组都并联运行的负荷分配问题。2)变压器的并器的并联运行运行计算是利用等效算是利用等效电路和基路和基尔尔霍夫第一、第霍夫第一、第二定律二定律进行的，需要注意的是行的，需要注意的是电流和流和电压的的实际值应归算至同一算至同一侧（待求（待求侧）；并）；并联的不同容量的不同容量变压器的短路阻抗器的短路阻抗应归算至同一算至同一基准容量（以最大容量基准容量（以最大容量变压器的器的额定容量定容量为基准容量）。基准容量）。(1)三绕组变压器的两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷三绕组变压器的两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷两台三绕组变压器两台三绕组变压器T1和和T2两个绕组并联运行，第三绕组分两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷的接线图和等效电路图如图别带负荷的接线图和等效电路图如图9-13所示。图所示。图9-13（b）中，）中，Z1、Z2、Z3分别表示绕组分别表示绕组1、2、3的阻抗。若各阻抗的阻抗角相的阻抗。若各阻抗的阻抗角相等，可以用短路电压表示，则有等，可以用短路电压表示，则有55 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-56图图9-13 9-13 两台三绕组变压器两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷两台三绕组变压器两个绕组并联运行，第三绕组分别带负荷（a）接）接线图；（；（b）等效）等效电路路图设第二个绕组设第二个绕组(不一定是中压绕组不一定是中压绕组)的总负荷电流的总负荷电流已知已知第三个绕组第三个绕组(不一定是低压绕组不一定是低压绕组)的负荷电流的负荷电流,已知已知根据等效电路图和基尔霍夫定律对节点根据等效电路图和基尔霍夫定律对节点b、c、d列电流方程，对列电流方程，对回路回路abcda列电压方程求解可得出列电压方程求解可得出56 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-57当各侧功率因数相同时当各侧功率因数相同时,用功率计算非常方便用功率计算非常方便,二次侧的功率为二次侧的功率为一次侧的功率为一次侧的功率为57 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-58结论结论:虽然第三绕组负荷没有参加并联运行虽然第三绕组负荷没有参加并联运行,但并联绕组间负荷但并联绕组间负荷的分配受第三绕组负荷的影响，在某些情况下，可能引起某台的分配受第三绕组负荷的影响，在某些情况下，可能引起某台变压器一侧过负荷，运行中要加以监视。变压器一侧过负荷，运行中要加以监视。（2）三绕组变压器的并联运行）三绕组变压器的并联运行两台三绕组变压器两台三绕组变压器T1和和T2三个绕组都并联运行，第三绕组分别三个绕组都并联运行，第三绕组分别带负荷的接线图和等效电路图如图带负荷的接线图和等效电路图如图9-14所示。若各阻抗的阻抗所示。若各阻抗的阻抗角相等，可以用短路电压表示。角相等，可以用短路电压表示。图图9-14 9-14 两台三绕组变压器三个绕组都并联运行两台三绕组变压器三个绕组都并联运行（a）接）接线圈；（圈；（b）等效）等效电路路图58 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-59设第二个绕组设第二个绕组(不一定是中压绕组不一定是中压绕组)的总负荷电流和第三个绕组的总负荷电流和第三个绕组(不一定是低压绕组不一定是低压绕组)的总负荷电流为已知，根据等效电路图和的总负荷电流为已知，根据等效电路图和基尔霍夫定律列出电流方程和电压方程求解可得出基尔霍夫定律列出电流方程和电压方程求解可得出59 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-60、为为60 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-61【例例9-99-9】某某110kV变电所有变电所有两台三绕组降压变压器两台三绕组降压变压器,接线组别接线组别都是都是YNyn0d11，参数如表，参数如表9-5所示。所示。表表9-5变压器参数器参数名称名称型号型号容量比容量比（MVA）额定定电压（kV）短路阻抗短路阻抗(%)(高高-中中)短路阻抗短路阻抗(%)(中中-低低)短路阻抗短路阻抗(%)(高高-低低)T1SFSZ9-31500/11031.5/31.5/31.5 110/38.5/10.510.216.3117.88T2SFSZ9-31500/11031.5/31.5/31.5 110/38.5/119.536.6517.6分析两台三分析两台三绕组降降压变压器的并器的并联运行方式运行方式?如果中如果中压侧总负荷荷S2=33MVA，T1的低的低压侧负荷荷，T2的低的低压侧负荷荷，各，各侧功率因数相同，功率因数相同，试根据根据选择的并的并联运行方式运行方式计算算负荷分配。荷分配。解解61 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日