三相变压器及其并联运行.ppt

第三章三相变压器及其并联运行 第一节三相变压器的磁路系统 第二节三相变压器的连接组别 第三节变压器的并联运行 第四节变压器的使用 维护及常见故障处理方法 第五节变压器的经济运行 第一节三相变压器的磁路系统 特点 1 各相磁路各自独立 互不关联 2 当变压器外施电源电压对称时 三相磁通是对称的 3 三相空载电流也是对称的 一 三相组式变压器 由三台完全相同的单相变压器按星形 Y 或三角形 D 绕组连接而成 三相对称 三相对称 磁路特点 彼此关联 互为通路 第一节三相变压器的磁路系统 二 三相芯式变压器 三相芯式变压器是由三相组式变压器演变而来的 由于三相磁通对称 其中间铁芯柱磁通相量为零 三相磁通之和 因此可省去中间铁芯柱 再将三个铁芯柱安排在同一平面上 特点 1 各相磁路彼此关联 每相磁通都要通过另外两相闭合 2 当变压器外施电源电压对称时 三相磁通是对称的 3 三相空载电流也是对称的 三相相电压对称 第二节三相变压器的连接组别 一 同极性端 同名端 同极性端 指交链同一磁通的两个绕组瞬时极性相同 同为 或同为 的端子 用符号 标出 未标注的两个端子也是同极性端 同极性端确定方法 先假设磁通方向 母指指向磁通方向 右手顺着绕组绕向握进去的两个绕组的对应端子就是同极性端 另外两个也是同极性端 可见 同极性端反映了两个绕组的相对绕向 由前可知 从星端指向非星端 高 低压绕组的电势 都滞后磁通90 所以 始终同相位 如图3 3 c 所示 若不画具体绕组 也可直接确定出 同相位 如图3 3 d 所示 二 绕组首末端标志和同极性端对两绕组电势相位关系的影响 1 绕组首末端标志 规定 绕组相电势的正方向从首端指向末端 如高压A相绕组相电势的正方向从A指向X 相电势表示为 简写为 2 绕组相电动势的表示方法正方向规定 高压绕组首端A B C末端X Y Z 低压绕组首端a b c末端x y z 符号 高压绕组 或 低压绕组 或 交链同一磁通的高 低压绕组标注成首端是同极性端形式 3 同极性端对两绕组电势相位关系的影响 交链同一磁通的高 低压绕组标注成首端是异极性端形式 3 同极性端对两绕组电势相位关系的影响 重要结论对于交链同一磁通的两个绕组 1 首端是同极性端时 两个绕组的电势同相位 2 首端是异极性端时 两个绕组的电势反相位 第二节三相变压器的连接组别 连接组别作用 用来反映变压器高 低压侧绕组的连接方式 以及高 低压侧绕组对应线电动势间的相位关系 绕组采用不同的连接方式 变压器的高 低压侧对应线电势 或电压 的相位关系会不同 三 三相变压器高 低压绕组的连接方法 1 星形 Y 图3 6三相绕组Y形接线图和电动势相量图 以高压侧为例 Y形连接是将三相绕组的尾端X Y Z连接在一起 而把它们的三个首端A B C分别引出 E A E B E C E AB E BC A B C E CA X Z Y E AB E BC B A C Z X Y E CA E A E C E B 2 三角形 D D连接是将三相绕组的首尾端顺次连接成闭合回路 D形连接分为顺接和倒接两种接法 顺接是顺着电动势正方向按ax by cz的顺序连接 a 顺接法 y c a x b y c z b倒接法 倒接是逆电动势正方向 按xa yb zc的顺序连接 目前 新国标只有顺连接 x y z b E bc E ca z y c E a E b E c E ab a c a x b 四 三相变压器连接组别的确定 连接组别用来反映变压器高 低压侧绕组的连接方式 以及高 低压侧绕组对应线电势的相位关系 基本的三相连接方式有 Y y连接Y d连接D y连接D d连接由于变压器高 低压绕组对应线电势之间的相位差总是30 的倍数 所以常用 时钟法 来表示其相位关系 1 时钟法 概念 把高压绕组的线电势相量作为时钟的长针 分针 固定指向 12 点 对应的低压绕组线电势相量作为时钟的短针 时针 其所指的钟点数就是变压器的连接组别号 连接组别号反映了低压绕组线电动势相量滞后对应高压绕组线电动势向量多少角度 12点 n点 滞后 的角度为 Y d5表示三相变压器的高压绕组按星形连接 低压绕组按三角形连接 低压绕组线电势滞后对应的高压绕组线电势 12点 5点 例如 Y d5 思考 如果指向时钟的 12 点 请问指向时钟的几点 试画出向量图来说明 三相变压器铁心的结构形式有式和式两种 组心 三相组式变压器各相磁路的特点为彼此 三相心式变压器各相磁路的特点为彼此 独立相关联 不独立 单相变压器一 二次侧电压相位关系决定于和 绕组绕向首末端标记 三相变压器一 二次侧线电压相位关系决定于 和 绕组绕向首末端标记绕组连接方式 对应线电压 线电动势 相位关系 三相变压器组别是反映变压器对称运行时 高低压侧间的 2 三相变压器连接组别确定的步骤第一步 在绕组连接图中标出高 低压侧绕组相电动势的正方向 首端至末端 第二步 作出高压侧的电动势相量图 将相量图的B点放在钟面的 12 处 A B C按顺时针方向排列 第三步 将a点与A点重合 第四步 以高压侧电动势相量为参考 根据同名端的定义 高 低压侧同一铁芯柱上绕组的相电动势之间的相位关系要么同相 要么反相 从而确定低压侧相电动势的相量 作出低压侧的电动势相量图 第五步 以为长针指向时钟的 12 点 为短针 其指向的时钟点数 即连接组别号 C c 图3 8Y y0或Y y12连接组 b A B C a b c X Y Z a B A C X Y Z a c b 时钟12点或0点 顺 时 针 A a B b b b c X Y Z 时钟12点或0点 图3 9Y y6连接组 A B C a b c X Y Z a A a B C C c A a B b 时钟6点 顺 时 针 图3 10Y d11连接组 a A B C a b c X Y Z b B A C X Y Z a c b 时钟12点或0点 时钟11点 C C c A a B b 顺 时 针 综上所述 三相变压器的连接组别与高 低压绕组的连接方式 绕组的绕向及端头标志有关 改变其中任意一个因素 都将影响变压器的连接组别 三相变压器连接组别的数字共12个 即 1 当高低压绕组连接方式均为Y型或均为 时 连接组别数字必定为偶数 即0 2 4 6 8 10 2 高低压绕组连接方式一侧为Y型 另一侧为 时 连接组别数字必定为奇数 即1 3 5 7 9 11 为了使用和制造上的方便 我国国家标准只生产下列五种标准连接组别的变压器 即 Y yn0 Y d11 YN d11 YN y0 Y y0其中以前三种最为常用 Y yn0连接组的低压侧可引出中性线 成为三相四线制 用作配电变压器时可兼供动力和照明负载 Y d11连接组用于低压侧超过400V的线路中 YN d11连接组主要用于高压输电线路中 使电力系统的高压侧中性点有可能接地 对于单相变压器 标准连接组别为I I0 第三节变压器的并联运行 变压器的并联运行是指将两台或两台以上的变压器原 副边分别接在公共母线 共同向负载供电的运行方式 如图3 11所示 图3 11三相变压器的并联运行接线图 a 三相接线图 b 单线图 并联运行的优点 1 提高了供电的可靠性 并联运行时 如果某台变压器发生故障或需要检修时 可以将它从电网切除 而不中断向重要用户供电 并联运行的优点 2 可以根据负载的大小调整投入并联运行变压器的台数 以提高变压器运行的经济性 并联运行的优点 3 可以减少备用容量 并可随着用电量的增加 分期分批地安装新的变压器 以减少初期投资 并联变压器的台数不宜太多 否则总的设备费用 材料消耗 占地面积都将增大 使变电站总的造价升高 通常为两台并联运行 变压器并联运行时必须满足一定的条件 若不满足这些条件将对变压器本身和电力系统产生不良影响 一 理想的并联运行条件1 理想的并联运行状态1 空载运行时 各变压器副边绕组之间没有环流 因为环流会使损耗增加 而且还占用设备容量 一 理想的并联运行条件1 理想的并联运行状态2 负载运行时 各变压器的负载系数相等 即各变压器所带负载的大小与各自的容量成正比 使各台变压器的容量都能得到充分利用 一 理想的并联运行条件1 理想的并联运行状态3 负载运行时 各变压器对应相的电流相位相同 这样总负载电流等于各变压器负载电流的代数和 1 理想的并联运行状态1 空载运行时 各变压器副边绕组之间没有环流 因为环流会使损耗增加 而且还占用设备容量 2 负载运行时 各变压器的负载系数相等 即各变压器所带负载的大小与各自的容量成正比 使各台变压器的容量都能得到充分利用 3 负载运行时 各变压器对应相的电流相位相同 这样总负载电流等于各变压器负载电流的代数和 2 理想的并联运行条件1 各变压器的原 副边的额定电压分别相等 即变比相等 2 各变压器的连接组别相同 3 各变压器的短路电压 短路阻抗标么值 相等 且短路阻抗角也相等 由式 2 28 可知 并联变压器短路电压相等 也就意谓着短路阻抗的相对值也相等 我们称该相对值为短路阻抗的标幺值 用表示 二 不满足并联条件时的运行分析1 变比不等时的情况 图中 若两变压器连接组别相同 但变比 则并联前副边电压 并联运行后 副边回路电压和不等于零 变压器之间会产生环流 显然 变比差值越大 环流越大 为保证空载运行时环流不超过额定电流的10 则变比差 各台变压器变比的差值与所有变比的几何平均值之比 环流 例题 两台单相变压器并联运行 变压器I的容量为100kVA 电压为6000 230V 变压器II的容量为320kVA 电压为6000 227V 短路阻抗的标幺值均为0 055 且短路阻抗角相等 连接组别相同 求空载时的环流及其占额定电流的百分数 解 设高压侧加额定电压 则低压侧二次空载电压差 二次侧的环流为 例题 两台单相变压器并联运行 变压器I的容量为100kVA电压为6000 230V 变压器II的容量为320kVA 电压为6000 227V 短路阻抗的标幺值均为0 055 且短路阻抗角相等 连接组别相同 求空载时的环流及其占额定电流的百分数 二次侧的额定电流为 环流占额定电流比值 两台变压器的变比 由以上计算可知 当两台并联运行变压器的变比差值较大时 1 3 空载环流可达变比小的变压器额定电流的18 2 这就限制了变压器的输出功率 降低了变压器的效率 2 连接组别不同时的情况连接组别不同的变压器 即使原 副边额定电压相同 如果并联运行 则由连接组别分析可知 副边电压相量差至少 Y y0和Y d11并联 此时副边线电压差为 图3 13Y y0和Y d11并联时副边电压差并联 由于变压器的短路阻抗很小 这么大的电压差所引起的环流 将超过额定电流的许多倍 将烧坏变压器的绕组 因此 连接组别不同的变压器绝对不能并联运行 3 短路电压不等时的情况两台变压器变比和连接组别都相同时 并联运行时的等效电路如下图所示 忽略励磁支路 若两台变压器阻抗角相等 输出容量之和 实际得到的容量 若两台变压器阻抗角不相等 输出容量之和 实际得到的容量 设备容量不能得到充分利用 通常 并联运行的变压器容量相差越大 短路阻抗角的差值也就越大 设备的利用率越低 因此 对于并联的变压器 要求其容量比不得超过3 1 此时 各并联变压器的电流相位基本相同 3 短路电压不等时的情况两台变压器变比和连接组别都相同时 并联运行时的等效电路如下图所示 忽略励磁支路 式中 为变压器 的负载系数为变压器 的负载系数 变压器所分担的负载大小与其短路电压成反比 1 若两台变压器短路电压相等 则两台变压器负载系数相等 当一台变压器达到额定负载时 另一台变压器也达到额定负载 2 若两台变压器短路电压不相等 则它们的负载系数不相等 当短路电压小的变压器达到额定负载时 短路电压大的变压器则欠载运行 设备容量不能得到充分利用 通常要求短路电压相差不超过10 多台变压器并列运行时 在保证都不过载的条件下 可输出的最大总功率与它们的额定容量之和的比值 称为变压器的设备利用率 即 例3 1 两台三相变压器并联行 它们的连接组别和变比均相同 试求 1 当总负载为时 各台变压器分担的负载 2 在不使任何一台变压器过载时 最大的输出功率和设备的最大利用率 解 1 由已知条件可得方程组 解方程组可得 则 可见 第 台变压器已过载 而第 变压器还处于欠载状态 2 因短路电压小的变压器容易过载 所以 令时 则并联运行的两台变压器均不过载 则有 最大输出负载 设备的利用率为 可见 当两台并联运行的变压器短路阻抗相差较大时 如要保证它们都不过载时 则总的设备利用率将会很低 解 1 由短路电压百分值与短路阻抗标幺值的关系可得 变压器1过载19 46 变压器2过载4 52 变压器欠载23 98 某变电站有三台变压器并联运行 每台额定容量均为100kVA 短路电压百分值分别为ukNI 3 5 ukNII 4 ukNIII 5 5 其它条件相同 设总负载功率为300kVA 试求 1 各台变压器分担的负载功率 2 求任一台变压器不过载时的最大输出功率和此时变压器的设备利用率 某变电站有三台变压器并联运行 每台额定容量均为100kVA 短路电压百分值分别为ukNI 3 5 ukNII 4 ukNIII 5 5 其它条件相同 设总负载功率为300kVA 试求 1 各台变压器分担的负载功率 2 求任一台变压器不过载时的最大输出功率和此时变压器的设备利用率 解 2 任一台变压器不过载的前提是 设备的利用率为 第四节变压器的使用 维护及常见故障处理方法 为保证变压器能安全可靠运行 在投运前应进行必要的检查和试验 运行中应进行严格的监视和定期维护 当变压器有异常情况发生时应能及时发现 及时处理 将事故消除在萌芽状态 一 变压器投运前的检查和试验项目新装和经过检修的变压器 在准备投入运行之前 必须认真地进行以下各项检查和试验 1 变压器投运前的检查项目 1 变压器本体及其附件表面应清洁 附近无杂物 2 变压器各部件紧固 表面无破损 不漏油 3 接地装置完好 消防设施齐全 4 储油柜和充油套管内的油位 油色正常 5 吸湿器内的干燥剂无受潮 安全气道的保护膜完整无损 6 气体继电器 散热器 净油器的管路阀门应处于打开位置 7 高 低压套管上的引线紧固 三相交流电相位正确 标志明显 8 分接开关位置正确 定位螺丝紧固 9 冷却装置齐全 控制回路良好 温度计指示正常 10 变压器上无遗留接地线 标示牌和工具 材料等 2 变压器投运前的试验项目 1 绝缘电阻和吸收比的测量 2 测量变压器各绕组的直流电阻 3 测量分接开关各分接头上的变压比 4 测定三相变压器的连接组别 5 测定变压器的空载电流和空载损耗 6 耐压试验 二 变压器的运行监视与维护1 运行监视内容 1 监视并记录变压器控制盘上的仪表指示 功率表 监视变压器的负荷大小及是否过负荷 三相电流表 反映负荷大小 三相负荷是否平衡 电压表 指示变压器的运行电压 若电源电压长期过高或过低 应调整分接开关 使变压器输出电压为正常值 2 观察储油柜 充油套管内的油位 油色及透明度以及变压器上层油温 油位高度应在标度范围内 变压器油应是透明略带黄色 当变压器装有电阻式遥测温度计时 应同时监测上层油温 并做好记录 3 听变压器的运行噪声是否正常 噪声轻且平稳 4 观察吸湿器内的变色硅胶颜色 干燥硅胶 深蓝色硅胶吸潮失效 粉红色 应取出硅胶烘干 5 监视变压器箱壳 充油套管及冷却装置有无渗漏油现象 6 监视冷却系统的运转情况是否正常 油浸风冷及强迫油循环风冷的变压器 有无个别风扇停转 风扇电动机是否过热 声音有无异常 强迫油循环水冷却的变压器 潜油泵的运转是否正常 油压及流量有无变化 冷却水压力是否符合规定 冷却水进出口温度是否符合规定 冷却水是否漏油漏水等 2 运行维护内容 必要性 变压器通常安装在露天或半露天的场合 要受到雨 雪 风 霜 雷电 高温 严寒 雾气 灰尘等多种气候条件的侵袭 因此必须进行定期维护 以恢复变压器的抵御能力 维护周期 一般情况下 每半年进行一次维护 在环境污秽 气候恶劣的地区 可以4个月一次 甚至每季度一次 变压器定期维护的项目如下 清扫变压器箱壳及其附件 擦净高 低压套管外表面 对变压器本体及充油附件 取油样并做油样试验 检查维护绝缘套管的导电接头 导电板帽盖 雷雨季节前 维护好避雷器装置并预先投入系统 趁维护停电机会 对一些零星小缺陷应予以消 三 变压器的常见故障现象 原因及处理方法在变压器发生的故障中 主要包括绕组故障 铁芯故障及套管和分接开关等部分的故障 绕组的故障最多 其次是铁芯故障 其余部分的故障较少 见表3 2 第五节变压器的经济运行 变压器载运行过程中存在着铜耗 铁耗 其运行效率总是小于1 电力系统变压器的总损耗率 变压器的总损耗功率所占输入功率的百分比 可达总发电量的10 左右 合理调整变压器的负载 使其在损耗最低的工况下运行 称为变压器的经济运行 一 变压器经济运行的意义电能从发电机传送到用户 一般需要由变压器进行三到四次变压过程 对于后两级变压器 即二次变电所和配电变压器 由于其单台容量小 负载波动大 损失率很大 据统计 二次变电所变压器的损失率约为1 5 3 配电变压器的损失率约为3 20 因此 合理选择变压器的经济运行方式 降低变压器的用电损耗 在节约电能方面潜力很大 直接关系到供用电系统的运行效率和成本 变压器的经济运行主要有以下主要效果 1 由于经济运行减少了变压器的有功功率损失 因而使变压器的发热量减少 温升降低 有利于设备的安全运行 2 变压器经济运行一般不增加变压器的容量和台数 不增加开关操作次数 3 变压器经济运行能够节约有功电量和无功电量 可减少电量电费支出金额 4