10三相变压器的连接组与并联运行剖析

电机学

ElectricalMachinery自动化系温志明20231三相变压器的连接组6.0三相变压器的磁路〔了解〕6.1三相变压器的连接组〔重点〕6.2时钟表示法〔难点〕6.3互感器〔重点〕2三相变压器的磁路三相变压器的磁路系统可分为各相磁路彼此独立和各相磁路彼此相关两类各相主磁通以各自铁芯作为磁路。——铁芯独立，磁路不关联；各相磁路的磁阻一样，当三相绕组接对称的三相电压时，各相的激磁电流和磁通对称。一、彼此独立的磁路3三相变压器的磁路4三相变压器的磁路通过中间三个芯柱的磁通等于三相磁通的总和。当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和ΦA+ΦB+Φc=0，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。在构造上省去中间的芯柱二、彼此相关的磁路5三相变压器的磁路6三相变压器的磁路三、三相铁芯式变压器三相铁心互不独立三相磁路相互关联中间相的磁路较短，令外施电压为对称三相电压，三相励磁电流也不完全对称，中间相激磁电流较其余两相为小。与负载电流相比激磁电流很小，如负载对称，三相电流根本对称7三相变压器的磁路8三相变压器的连接组一、三相变压器绕组的接法每个绕组有两个出线端，称为绕组首端和末端，符号标记规定如下9三相变压器的连接组星形连接①绕组联结：首端向外引出，将末端联接在一起成为中性点。②代表符号：高压绕组—Y或YN(有中性点引出)低压绕组—y或yn(有中性点引出)③相量图：电动势参考正向：由首端指向末端。10三相变压器的连接组三角形连接①绕组联结：A→X→C→Z→B→Y挨次联结成三角形。②代表符号：高压绕组——D低压绕组——d③相量图：电动势参考正向：由首端指向末端。11三相变压器的连接组三相变压器的接线方式

1、Y，y或YN，y或Y，yn

2、Y，d或YN，d：

3、D，y或D，yn，

4、D，d。二、连接组别表示初级、次级〔线〕电势相位关系12三相变压器的连接组同极性端两个正极性一样的对应端点变压器的初级、次级绕组由同一磁通交链，在某一瞬间高压绕组的某一端为正电位，低压绕组上也必定有一个端点的电位也为正。在绕组旁边用符号•表示13三相变压器的连接组14三相变压器的连接组同极性端一样首端标志标有同极性端符号“•”的一端作为首端次级电势Eax与初级电势EAX同相位15三相变压器的连接组连接组的时钟表示高压电势看作时钟的长针——固定指向时钟12点(或0点)；低压电势看作时钟的短针——代表低压电势的短针所指的时数作为绕组的组号。同极性端一样首端标志：初级、次级电势相位差为零度，用时钟表示法为Ii0。16三相变压器的连接组连接组的时钟表示同极性端相异首端标志：初级、次级电势相位差为180°，用时钟表示法为Ii6。I，1表示初级、次级都是单相绕组，0和6表示组号。单相变压器的标准连接组Ii0。17三相变压器的连接组三相变压器的组别用初级、次级绕组的线电势相位差来表示与绕组的接法和绕组的标志方法有关Yy连接18三相变压器的连接组19三相变压器的连接组Yd连接20三相变压器的连接组21三相变压器的连接组五种标准连接组：①Y，yn0；②Y，d11，③YN，d11；④YN，y0，⑤Y、y0。YN--高压侧的中点可以直接接地或通过阻抗接地对不同的应用场合，使用不同的标准组别22三相变压器的连接组由连接组画接线图1、画出原方绕组的连接图2、画出原方电势相量三角形，标出AX,BY,CZ3、画出副方电势相量三角形，据连接组别，标出ax,by,cz4、在相量图中，同向绕组在同一铁芯柱上，留意同名端5、连接副方绕组23三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响单相变压器空载运行:主磁通

m正弦波(使E2为正弦波)外施电压U1正弦波空载电流i0尖顶波i0存在：i1(正弦〕 i3及各次高次谐波24三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响25三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响在三相变压器系统三相三次谐波电流重量同相位、等幅值,即：26三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响①假设iμ3可以流通，Φm为正弦波，E为正弦波②假设iμ3不能流通，Φm为平顶波，E为尖顶波单相、三相YN、三相Δ三相Y接法27三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响三相变压器组Yy连接激磁电流中所必需的三次谐波电流重量不能流通——磁化电流正弦形当励磁电流为正弦波时，从磁化曲线可知，此时磁通为非正弦，主磁通为平顶波，其中除了基波，还含有较强的3次谐波(以下无视更高次谐波)，参见作图说明。28三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响29三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响磁通波近似于平顶波在各次谐波磁通中以三次谐波磁通幅度最大三次谐波磁通与基波磁通有一样磁路，其磁阻较小，三次谐波电势相当大。其振幅可达基波振幅的50％一60％。导致电势波形严峻畸变。所产生的过电压有可能危害线圈绝缘。规定：三相变压器组不能接成Y，y运行。30三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响31三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响三相铁芯式变压器Yy连接这种变压器的磁路是各相相互关联的，对于三次谐波磁通，三一样相位，它们不能沿铁心闭合，只有从铁轭处散射出去，穿过一段间隙，借道油箱壁而闭合，如以以下图。这样三次谐波磁通就遇到很大的磁阻，使得它们大为减弱，使主磁通接近正弦波，因此相电势中三次谐波很小，电势波形接近正弦波。32三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响33三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响三相变压器Yd连接次级侧三角形接法：对三次谐波电势短路，在三角形电路中产生的三次谐波电流〔环流〕。该环流〔供给励磁电流中所需的3次谐波电流重量〕对原有的三次谐波磁通起去磁作用，三次谐波电势被减弱，量值是很小的。相电势波形接近正弦波形。由初级侧供给了磁化电流的基波重量，由次级侧供给了磁化电流的三次谐波重量。在高压线路中的大容量变压器需接成Y，d34互感器一、电压互感器高压绕组接到被测量系统的电压线路上，低压绕组接到测量仪表的电压线圈。如仪表的个数不止一个、则各仪表的电压线圈都应并联35互感器36互感器电压互感器的误差来源变比误差：指U’2与U1的代数差值。负载的大小与所接仪表的数量有关，电压互感器本身有激磁电流和漏阻抗压降存在。这时，U’2≠U1，消逝变比误差。相角误差：U2与U1不同相，相角误差表示为-U2与U1的相位差。37互感器电压互感器的误差来源变比误差：指U’2与U1的代数差值。负载的大小与所接仪表的数量有关，电压互感器本身有激磁电流和漏阻抗压降存在。这时，U’2≠U1，消逝变比误差。相角误差：U2与U1不同相，相角误差表示为-U2与U1的相位差。38互感器减小误差的措施使用——要求测试仪表有高阻抗，次级侧电流较小，接近于空载状态。电压互感器所能连接的仪表数量要受额定容量的限制。制造——减小互感器的激磁电流和漏阻抗。铁芯通常承受铁耗小的高级硅钢片；磁路应处于不饱和状态，工作磁密一般为0.6—0.8T；使磁路有较小的间隙；承受较粗导线以减小电阻，使有较小的漏阻抗。39互感器特殊留意①次级侧确定不允许短路，因短路电流将引起绕组发热，有可能破坏绕组绝缘电阻，导致高电压侵入低压回路，危及人身和设备安全。②互感器铁芯和次级绕组的一端必需牢靠接地40互感器二、电流互感器•初级绕组匝数较少，一般只有一匝或几匝，而次级绕组的匝数较多。•初级绕组串联在被测线路中，次级绕组接至电流表，或功率表的电流线圈，或电度表的电流线圈。•各测量仪表的电流线圈应串联连接。由于电流线圈的电阻值很小，电流互感器可视为处于短路运行状态的变压器。41互感器42互感器特殊留意①不允许电流互感器的次级侧开路次级侧开路，初级侧电流将全部为激磁电流，使铁芯过饱和，铁耗将急剧增大，引起互感器严峻发热。次级绕组匝数较多，次级绕组突然开路，将感应较高的电压，对操作人员有极大危急。②电流互感器次级绕组的一端以及铁芯均应牢靠接地。43变压器的并联运行8.0变压器并联运行的定义8.1变压器并联运行条件分析〔难点〕8.2变压器并联运行有用公式〔重点〕8.3举例44变压器并联运行的定义变压器的并联运行，是指变压器的原绕组都接在某一电压等级的公共母线上，而各变压器的副绕组也都接在另一电压等级的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。图例：一、变压器并联运行的定义45变压器并联运行的定义46变压器并联运行的定义47变压器并联运行的定义1、多台变压器并联运行时，假设其中一台变压器发生故障或需要检修，另外几台变压器可分担它的负载连续供电，从而提高了供电的牢靠性。2、依据电力系统中负荷的变化，调整投入并联的变压器台数，以削减电能损耗，提高运行效率。3、可依据用电量的增加，分期分批安装新变压器，以削减初期投资。二、变压器并联运行的优点：48变压器并联运行条件分析一、抱负的并联运行状况是：1、空载时各台变压器中只有原边的空载电流，由各变压器副边绕组通过母线组成的回路中，以及原边回路中没有环流。2、负载时各变压器所分担的负载量，应当按各自额定容量的大小成比例安排，防止其中某台过载或欠载。〔多人抬一个重物〕对投入并联运行的变压器有确定的要求49变压器并联运行条件分析3、负载时各变压器所分担的电流，应当与总的负载电流同相位。这样当总的负载电流确定时，各变压器所分担的电流最小；假设各变压器所分担的电流确定时，则总的负载电流最大。50变压器并联运行条件分析二、并联运行的变压器必需具备以下三个条件1、各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等；2、各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要一样；3、各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应相等。上述三个条件中，条件2必需严格保证。51变压器并联运行条件分析三、不满足抱负并联条件时的后果分析1、变比不等时假设两变压器连接组别一样，但变比不等，则副边电压不等，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。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%，则变比相对差值不应大于1%。52变压器并联运行条件分析由等效电路可以列出方程式：53变压器并联运行条件分析则二次侧电流为：54变压器并联运行条件分析2.连接组别不同时

假设两变压器变比一样，但连接组别不同时，副边电压的大小虽然一样，但相位不同，至少相差30°，则二次线电压差为线电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，将烧坏变压器的绕组。因此，连接组别不同的变压器确定不能并联运行。55变压器并联运行条件分析56变压器并联运行条件分析3、短路阻抗标么值不等时两台变压器变比和连接组别都一样时，并联运行时的等效电路。57变压器并联运行条件分析依据电路图，会有如下方程式：

在并联变压器之间负载电流按其与阻抗成反比安排。58变压器并联运行条件分析

将上式两断同乘并认为两台变压器具有一样的额定电压则：并联变压器所分担的负载电流的标幺值，与其漏阻抗的标幺值成反比。抱负的并联运行希望两台同时到达满载，即59变压器并联运行条件分析变压器的负载系数与其短路阻抗标么值成反比；假设两台变压器短路阻抗标么值相等，两台变压器负载系数相等，一台变压器到达额定负载时，另一台变压器也到达额定负载。假设两台变压器短路阻抗标么值不相等，两台变压器负载系数不相等，当短路阻抗标么值小的变压器到达额定负载时，短路阻抗标么值大的变压器欠载运行，设备容量不能得到充分利用。

60变压器并联运行有用公式一、并联运行时的负载安排的有用计算公式实际的变压器在运行时，可以做到各变压器具有一样的变比，也可以做到各变压器的连接组标号一样，但是短路阻抗标幺值和阻抗电压降完全相等未必能完全满足。因此有必要推导负载安排的有用公式。61变压器并联运行有用公式依据方程式可得：将上述三个方程式相加可得：62变压器并联运行有用公式将上述三个方程式与之相比可得：63变压器并联运行有用公式在上述三个方程式两端同乘以可得：S：为并联系统的总功率SΙ、SII、Sn为各变压器担当的功率64变压器并联运行有用公式假设各变压器的电流同相，就可以把上面的复数运算简化成确定值〔模〕的运算，对上述公式简化处理为:65变压器并联运行有用公式两边作比可得：各变压器的负载安排与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比。假设各变压器的短路电压都一样，则变压器的负载安排只与额定容量成正比。66变压器并联运行有用公式事实上，各变压器的短路电压很难做到一样。一般电力变压器的短路电压标幺值大约在0.05~0.105范围内，容量大的变压器短路电压标幺值也大，假设短路电压标幺值不相等，则较小的变压器先到达满载。为了不使其过载，其余的变压器均达不到满载，导致整个装置容量得不到充分利用，而短路电压标幺值较小的变压器容量也小，造成大容量的变压器达不到满载。有用上，为了使变压器的总装置容量能够得到较好利用，要求投入并联运行的各变压器的容量尽可能相近，容量之比不要超出3：1；短路电压的差值不应超过10%。67变压器并联运行例：两台三相变压器并联运行，其连接组别和变比均一样,SNI=1000kVA，UkI=5