变压器的并联运行-课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,变压器的并联运行,4-3,电流互感器和电压互感器,电流互感器,工作原理:它的原绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成,并串入需要测量电流的电路。副边的匝数较多,导线截面较小,并与阻抗特别小的仪表,(,如电流表、功率表的电流线圈等,),接成闭路 。,由于电流互感器要求误差较小,因此激磁电流愈小愈好。因此铁心磁密较低。一般在,0、08,0、1O,韦米范围。利用原、副绕组不同的匝数关系,可将线路上的大电流变为小电流来测量。,三绕组变压器、自耦变压器和互感器,4-3,电流互感器和电压互感器,电流互感器,测量精度:由于互感器内总有一定的激磁电流,因此测量出来的电流总是有一定误差,依照误差的大小,分为,0、2,0、5,1、0,3、0,和,10,等五个标准等级。例如,0、5,级准确度就表示在额定电流时,原、副边电流变比的误差不超过,0、5,。,4-3,电流互感器和电压互感器,电流互感器,使用注意事项:,1,)为了使用安全,电流互感器的副边必须可靠的接地,以防止由于绝缘损坏后,原边的高压传到副边,发生人身事故。,2,)电流互感器的副边绝对不容许开路。,它一方面将使副边感应出特别高的电压,估计使绝缘击穿。同时对测量人员也特别危险;,另一方面,铁心内磁密增大以后,铁耗会大大增加,使铁心过热,影响电流互感器的性能,甚至把它烧坏。,三绕组变压器、自耦变压器和互感器,4-3,电流互感器和电压互感器,电压互感器,工作原理:图,4-16,是电压互感器的原理图。原边直截了当接到被测高压电路,副边接电压表或功率表的电压线圈。由于电压表和功率表的电压线圈内阻抗特别大,因此电压互感器的运行情况相当于变压器的空载情况。利用原、副边不同的匝数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。,三绕组变压器、自耦变压器和互感器,4-3,电流互感器和电压互感器,电压互感器,测量精度:为了提高电压互感器的准确度,必须减小激磁电流和原、副边的漏阻抗,因此电压互感器一般采纳性能较好的硅钢片制成。并使铁心不饱和,(,磁密约,0、6,0、8,韦米,2),。,我国目前生产的电力系统用电压互感器,按准确度分为,0、5,1、0,和,3、0,等三级。电压互感器有一定的额定容量。使用时副边不宜接过多的仪表,以免电流过大引起较大的漏抗压降。而影响互感器的准确度。,4-3,电流互感器和电压互感器,电,压,互感器,使用注意事项:,1,)电压互感器副边不能短路,否则会产生特别大的短路电流。,2,)为安全起见,电压互感器的副边必须可靠的接地。,三绕组变压器、自耦变压器和互感器,本章小结,三绕组变压器的工作原理与双绕组变压器一样,同样能够利用基本方程式、相量图、等效电路分析变压器内部电磁过程。,自耦变压器的特点在于原、副绕组之间不仅有磁的联系,而且还有电路上的直截了当联系,故从原边传递给副边的功率 中, 是通过电磁感应关,系传递的,而 是通过电路直截了当传递的。由于通过电磁感应关系传递的,功率小于变压器的额定容量,故与同容量的双绕组变压器相比,计算容量小了,从而可节约材料、降低损耗,提高效率和缩小尺寸。但自耦变压器的短路阻抗标么值较小,短路电流较大。,电流互感器和电压互感器的工作原理与变压器相同,使用时应注意将它们接地,并注意电流互感器在原边接电源时,副边绝对不能开路;电压互感器在原边接电源时,副边绝对不能短路。,三绕组变压器、自耦变压器和互感器,变压器的并联运行,5-1,概述,变压器的并联运行,把变压器的原、副绕组相同标号的出线端连在一起,直截了当或者经过一段线路接到母线上,这种运行方式就叫做变压器的并联运行。,变压器并联运行的意义,由于现代的发电厂和变电所的容量特别大,一台变压器往往不能担负起全部容量的升压或降压任务,因此要采纳多台变压器并联运行。,变压器的并联运行,5-1,概述,变压器并联运行的优点,1,)提高供电的可靠性。并联运行的变压器如有某台变压器发生故障,能够把它从电网切除进行检修,而电网仍能接着供电;,2,)可依照负荷大小调整投入并联变压器的台数,以提高运行效率;,3,)能够减少总的备用容量;,4,)能够随着用电量的增加,分批安装新的变压器,以减少第一次投资。,变压器的并联运行,5-2,变压器的理想并联条件,变压器并联运行的最理想情况,1,)空载时并联的各变压器副边之间没有循环电流,如此,空载时各变压器副原边的铜耗也较小。,2,)负载后,各变压器所承担的负载电流按它们的额定容量成比例分配,如此, 并联变压器的装机容量能得到充分利用。,3,)负载后各变压器副边电流同相位。如此在总的负载电流一定时各变压器所分担的电流最小;假如各变压器副边电流一定时,则共同承担的总电流最大。,变压器的并联运行,5-2,变压器的理想并联条件,并联运行,理想,条件:,1,)各变压器的额定电压应相等,若为单相变压器,则各变压器的变比应相等,;,2,)各变压器的联结组相同;,3,)各变压器的短路阻抗标么值,(,或短路电压,),应相等,而且短路电抗和短路电阻之比也应相等。,变压器的并联运行,5-2,变压器的理想并联条件,联结组不同的变压器并联运行时产生的危害,假如联结组不同,当各变压器的原边接到同一电网时,它们副边线电压的相位不同,而且至少是,30,度,(Y,y0,和,Y,d11,并联时,副边线电动势的相位差就是,30,度,),。在此情况下,假如两变压器的变比相等,图中,是两变压器副边的线电动势,副边有电动势差,由于变压器本身的漏阻抗特别小,如此大的电动势差将在两变压器的副绕组中产生特别大的循环电流,估计使变压器的线圈烧坏,故联结组不同的变压器绝对禁止并联运行。,变压器的并联运行,5-3,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,分析:,忽略激磁电流,采纳简化等效电路,而且把原边归算到副边。设有两台变压器并联运行,而且已满足变比相等和联结组相同两个条件。图表示这两台变压器并联时的简化等效电路。,由于一般变压器的,Z,k,中,r,k,和,x,k,的比值特别接近。简化,变压器的并联运行,5-3,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,分析:,忽略激磁电流,采纳简化等效电路,而且把原边归算到副边。,分别除以额定电流:,上式等号右边分子、分母除以额定电压,并令,因此,又因,变压器的并联运行,5-3,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,分析:,忽略激磁电流,采纳简化等效电路,而且把原边归算到副边。,最后可得:,由此可知:负载系数和短路阻抗标幺值,(,或短,路电压)成反比。,若为多台变压器并联,则,变压器的并联运行,5-3,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,结论:,1,),当短路阻抗标么值相等时,也就是说,当一台变压器达到满载时,与它并联的其他变压器也同时达到满载。这是理想的负,载分配情况。,变压器的并联运行,5-3,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配,2,)若短路阻抗标幺值不相等,则短路阻抗标幺值小者先达到满载。从运行的经济性来看,希望大容量变压器尽量能满载运行,因此,若有短路阻抗标幺值不相等的变压器并联运行时,则希望容量大者其短路阻抗标么值小为宜。实际运行时,为了使并联运行时不浪费设备容量,要求各变压器的短路阻抗标么值不超过平均值的,10,。,3,)为了使各并联运行的变压器副边电流同相位,各变压器的短路电抗和短路电阻之比应相等,此时总负载电流是各变压器副边电流的算术和。,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比不相等的变压器并联运行时,空载时就有环流。故各台变压,器的电流分配不仅取决于短路阻抗,而且还受到环流的影响。,以两台变压器并联为例来说明,(,变压器空载运行,),设,k,1,U,/,k,空载时变压器内部便有环流,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比不相等的变压器并联运行时,空载时就有环流。故各台变压,器的电流分配不仅取决于短路阻抗,而且还受到环流的影响。,环流,同时存在于两台变压器的原、副边中,对副边来说,环流就是上式所计算得出的 ,对原边来说,因为图是原边归算到副边的简化等效电路,因此第一台变压器原边环流为 ,第二台变压器则为 。显然,由于,k,1,k,两变压,器原边的环流大小是不相,等的。,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比不相等的变压器并联运行时,空载时就有环流。故各台变压,器的电流分配不仅取决于短路阻抗,而且还受到环流的影响。,讨论:,1,)当原边电压 一定时,空载环流的大小正比于变比倒数的差值,反比于二变压器归算到副边的短路阻抗之和。由于一股电力变压器的短路阻抗特别小,故即使变比相差不大也能引起相当大的环流,。,2,)为了保证变压器并联运行时空载环流不超过额定电流的,10,。通常规定并联运行的变压,器变比差值,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,变比不相等的变压器并联运行时,空载时就有环流。故各台变压,器的电流分配不仅取决于短路阻抗,而且还受到环流的影响。,当,变压器带负载运行时,利用图等效,电路可列出方程式,解,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,讨论:,1,)负载运行时,每一变压器的电流都由负载分量和环流组成,其中环流等于空载时环流,它是由于变比不等而引起的。对第一台变压器为 ,对第二台变压器为 ,二者大小相等而符号相反。说明两变压器副边环流由一台变压器流到另一台变压器,至于两变压器的负载分量 和 则按变压器的短路阻抗成反比分配,它们都与总负载电流 成正比变化。,2,)由于各负载分量相位基本相同,再迭加上环流后,势必造成一台变压器电流大于负载分量,另一台变压器电流小于负载分量,这是变压器并联运行所不希望的,因此对环流有上述的限制。,变压器的并联运行,5-4,变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,讨论:,3,)必须指出,只要联结组相同,不管两变压器的短路阻抗是否相等。式都是正确的。,变压器的并联运行,本章小结,为了提高供电的可靠性以及使装置设备得到充分利用,近代发电厂和变电所都采纳多台变压器并联运行,为了得到理想的并联运行情况,要求各变压器满足联结组相同、变比相等,以及短路阻抗标么值相等。变比相等和联结组相同保证空载时不产生环流,是变压器能否并联的前提。短路阻抗标么值相等则保证了负载按变压器容量成比例分配,若短路阻抗标么值不相等,则负荷系数与短路阻抗标么值成反比。,变压器的瞬态过程,6-1,概述,变压器的瞬态过程,变压器在稳态运行时,电压、电流、电动势和磁通的幅值基本保持不变。但在变压器的运行情况遭到较大的扰动时,如合闸、负载突然变化,副边突然短路、遭受雷击等,这些情况叫瞬态情况。在瞬态情况中,变压器从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态,这一过程称为瞬态过程或过渡过程。,研究变压器的瞬态过程的必要性,在瞬态过程中,由于电场和磁场的能量发生较大的变化,估计会使绕组中的电压和电流超过额定值许多倍,即出现所谓过电压和过电流现象,尽管瞬态过程持续的时间特别短,但却估计使变压器遭到破坏,因此,对这些问题应进行分析研究,找出它的变化规律,对变压器的设计、制造、保护和运行都是十分必要的。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器在稳态运行时、空载激磁电流是额定电流的,(1,10),。但在空载接通,电源的瞬间,由于变压器铁心存在饱和现象,估计出现特别大的冲击电流,如不,采取适当的措施,则估计使开关跳闸,以致变压器不能顺利投入电网。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,设电网电压随时间按正弦规律变化,则合闸时变压器原边回路的电动势方程式为,式中:,为合闸时电压,U,1,的初相角;,t,为和原绕组匝数,w,1,交链的总磁通,包括主磁通和漏磁通;,i,0,、,r,1,分别是原绕组的空载合闸电流和电阻。,由于变压器铁心存在饱和现象,上式是一个非线性微分方程。为了求解,作线性化,的处理。即认为整个瞬态过程中,铁心饱和程度不变,并以运行点的饱和程度作为瞬态过程中的饱和程度,因此电流,i,0,可用下式表示:,式中,L,av,是,对应于运行点原绕组的平均电感,如图,6-2,所示。,(,6,1,),变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,由此,式,(6-1),便可改写为,式,(6-3),是一个常系数微分方程,它的解由两部分组成,一部分是稳态分量,另一部分是自,由分量 ,即,(,6,3,),式中: 为磁通稳态分量的幅值,其值为,为磁通稳态分量的幅值,其值为,C,为,磁通的自由分量的幅值,其值由合闸时的初始条件确定。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,设,投入电网,(,t=0,),时,铁内心没有剩磁,即,(t=0),=0,则,因此,因此,讨论:由上式可知,1,),当,=90,时合闸,则合闸时的磁通为,即合闸以后就进入稳定状态,可不能发生瞬态过程。图,6-3,是这种情况的磁通变化曲线。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,讨论:由上式可知,2,),当,=0,时合闸,则合闸时的磁通为,图,6-4,是这种情况的磁通变化曲线。,当,时,磁通,达到最大值,若不考虑自由分量的衰减,变压器的总磁通差不多达,2,m,考虑到变压器在空载合闸之前铁内心尚有剩磁,当剩磁方向与自由分量磁通的方向一致时,总磁通最大值可达稳定值的,(2,、,2,2,、,3),倍。明白了变压器空载合闸时磁通随时间变化的关系后,依照磁化曲线,就能找出相应的激磁电流。如图,6-5,所示。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,讨论:由上式可知,2,)变压器在正常运行时,磁路已开始饱和,例如工,作在,A,点,在最不利的空载合闸情况下,磁通估计,超过,m,的两倍。这时铁心特别饱和,工作在,B,点 ,因此激磁电流特别大,超过稳态激磁电流,i,0,值,的,80,100,倍,可达额定电流的,4,6,倍。这种情况,称为激磁涌流。,这是一种最不利的情况,图,6-6,是,空载合闸电流示波图。,事实上,随着时间的推移,自由分量将逐渐衰减,衰减的快慢取决于时间常数,一般小变压器的电阻较大,时间常数较小,故合闸的冲击电流只要经过几个周波,(,零点几秒以下,),就达到稳态值,巨型变压器裒减得较慢,有的衰减过程能够达到,20,秒。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,空载合闸时产生过电流的原因,讨论:由上式可知,3,),空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害,但当它衰减较慢时,估计引,起变压器本身过电流保护装置动作而跳闸,为了幸免这种现象,需要设法,使合闸电流加速衰减,为此,可在变压器原边串联一个附加电阻,如此一,则减少冲击量,二来还能够使冲击迅速衰减。合闸完毕后,再将该电阻切,除。,4,),在三相变压器中,由于三相电压相互相差,120,度,因此合闸时总有一相电,压初相角接近于零,故总有一相的合闸电流较大。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,突然短路电流:,变压器副边稳态短路的情况,由于变压器短路阻抗特别小,稳态短路电流可达额定电流的,10,20,倍。变压器副边突然短路时,短路电流比稳态短路电流更大,如不采取有效措施,估计把变压器损坏。,分析:,忽略空载电流,采纳图,6-7,简化等效电路。,图中短路电阻,r,k,和短路电感,L,k,=,x,k,/,(,其,中,x,k,是短路电抗,),都是常数,因此变压器,副边突然短路时的情况就与,R,、,L,串联电路,突然接到正弦电压上去的情况相似,可用,“,电路原理,”,中分析,R,、,L,串联电路瞬态过程,的方法来进行分析。,设电网容量特别大,短路电流不致引起电网电压下降。则得突然短路时原边电路微分方程式为:,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,解此常系数微分方程式可得:,式中: 为突然短路电流稳态分量的瞬时值;,为突然短路电流稳态分量的幅值;,为 与 的相位差。,为暂态电流衰减的时间常数;,为突然短路电流暂态分量,(,自由分量,),的瞬时值;,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,式中:,C,为,待定积分常数,由初始条件决定。,通常,变压器发生突然短路之前,估计差不多处于负载运行,但由于负载电流比短路电流小特别多,故可略去不计,而认为突然短路是在空载情况下发生的,即认为,t,=0,时,i,k,=0,代入,i,k,表达式可得,因此,上式表明,突然短路电流的大小与电压,u,1,的初相角,有关。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,讨论:,1,),当,=90,度,时,发生突然短路,这时暂态分量为零,突然短路一发生就进,入稳定状态,短,路电流最小,其值为,2,)当,=0,度时发生突然短路,与,上式对应的电流变化曲线如图,6-8,所示,从图可见,当,瞬间,短路电流达,最大值,式中,是突然短路电流最大,值与稳态短路电流最大值的比值。,k,y,的大小与时间常数,T,k,有关,变压器的容量愈大,T,k,愈大,k,y,也增,大。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,讨论:,2,)当用标么值表示时,即:,与,成反比,即短路阻抗愈小,突然短路电流愈大。,若,则,这是一个特别大的冲击电流,产生特别大的电磁力,对变压器有严重影响。为了限制,不宜太小,但从减小变压器的电压调整率,U,来看, 又不宜过大,因,此在设计变压器时,必须全面考虑 数值的选择。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,突然短路电流对变压器的影响,:,1,)突然短路时变压器绕组受到特别大的机械力的影响。,变压器绕组中的电流与漏磁场相互作用,在绕组的各导线上产生电磁力,其大小由漏磁场的磁通密度与电流的乘积所决定。由于电流增大时漏磁场也正比增强,因此电磁力与电流的平方成正比,当变压器在额定负载下运行时,作用在绕组上的电磁力特别小。但突然短路时,如前所述,最大短路电流可达额定电流的,20,30,倍,由于短路时产生的电磁力与电流平方成正比。,因此短路时绕组所受到电磁力将为额定时的,400,900,倍,它估计使变压器的绕组变形和绝缘损坏。为了防止这种不良情况、应加强绕组的支撑,图,6-9,为当原、副绕组高度相等、磁动势沿绕组高度分布均匀时,同心式绕组所受的电磁力。,变压器的瞬态过程,6-2,变压器空载合闸时的瞬态过程,变压器副边突然短路的瞬态过程,突然短路电流对变压器的影响,:,感谢您的聆听！,