《变压器的并联运行》PPT课件.ppt

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1、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，直接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很大，一台变压器往往不能担负起全部容量的升压或降压任务，于是要采用多台变压器并联运行。,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，可以把它从电网切除进行检修，而电网仍能继续供电；2）可根据负荷大小调整投入并联变压器的台数，以提高运行效率；3）可以减少总的备用容量；4）可以随着用电量的增加，分批安装新的变压器，以减少第一次投资。,5-2 变

2、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，这样，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，这样，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。这样在总的负载电流一定时各变压器所分担的电流最小；如果各变压器副边电流一定时，则共同承担的总电流最大。,为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备下列三个条件：,5-2 变压器的理想并联条件,为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备下列 三个条件：,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

3、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。,以上三个条件中，联结组相同的条件必须严格保证。因为如果联结组不同，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，如果两变压器的变比相等，图中Eab1=Eab2=Eab是两变压器副边的线电动势，从图可见，副边有电动势差,联结组不同的变压器绝对禁止并联运行。,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

4、时的负载分配,上式等号右边分子、分母除以额定电压,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,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,结论：1）当短路阻抗标么值相等时，即,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。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。,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

5、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。,5-4变比不相等的变压器并联运行时的负载分配,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。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,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用多台变压器并联运行，为了得到理想的并联运行

6、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

7、过程中，由于电场和磁场的能量发生较大的变化，可能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，虽然瞬态过程持续的时间很短，但却可能使变压器遭到破坏，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(110)。但在空载接通电源的瞬间，由于变压器铁心存在饱和现象，可能出现很大的冲击电流，如不采取适当的措施，则可能使开关跳闸，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

8、,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U1的初相角；t为和原绕组匝数w1交链的总磁通，包括主磁通和漏磁通；i0、r1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，于是电流i0可用下式表示：,式中Lav是对应于运行点原绕组的平均电感，如图6-2所示。,（61）,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

9、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,（63）,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，铁心里没有剩磁，即(t=0)=0，则,所以,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，不会发生瞬态过程。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

10、,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2m，考虑到变压器在空载合闸之前铁心里尚有剩磁，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(2.22.3)倍。知道了变压器空载合闸时磁通随时间变化的关系后，根据磁化曲线，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，磁通可能 超过m 的两倍。

11、这时铁心非常饱和，工作在B 点，因此激磁电流很大，超过稳态激磁电流i0值 的80100倍，可达额定电流的46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，有的衰减过程可以达到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，可能引 起变压器本身过电流保

12、护装置动作而跳闸，为了避免这种现象，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，这样一 则减少冲击量，二来还可以使冲击迅速衰减。合闸完毕后，再将该电阻切 除。4）在三相变压器中，由于三相电压彼此相差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很小，稳态短路电流可达额定电流的1020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，可能把变压器损坏。,分析：忽略空载电流，采用图6

13、-7简化等效电路。图中短路电阻rk和短路电感Lk=xk/(其 中xk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。,设电网容量很大，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；,

14、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，可能已经处于负载运行，但由于负载电流比短路电流小很多，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，ik=0，代入ik表达式可得,因此,上式表明，突然短路电流的大小与电压u1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

15、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。,ky的大小与时间常数Tk有关，变压器的容量愈大，Tk愈大，ky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,这是一个很大的冲击电流，产生很大的电磁力，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

16、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很大的机械力的影响。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很小。但突然短路时，如前所述，最大短路电流可达额定电流的2030倍，由于短路时产生的电磁力与电流平方成正比。所以短路时绕组所受到电磁力将为额定时的400900倍，它可能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

17、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:,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:,2）变压器发生突然短路时，短路电流达到额定电流的(2030)倍，因而铜耗将达额定电流时的几百倍。由于铜耗的极大增长，绕组温度上升非常迅速。如果不设法在最短时间内排除故障或使断路器跳闸，则变压器有烧毁的可能。到目前为止，对绕组短路时过热尚没有一个限制的标准。一般认为温度达200至250度是允许的。但最好不超过200度，根据计算，断路器的跳闸时间远远小于达到短时允许温度所需的时间，因此，在有适当的保护下，发生突然短路后烧毁变压器的事件是罕见的。,变压器的瞬态过程,本章小结,变压器的瞬态过电流现象包括两种情况，一种是变压器空载合闸，另一种是变压器发生突然短路。变压器空载投入电网时有可能产生激磁涌流，激磁涌流产生的原因主要是在变压器投入电网的瞬态过程中，铁心中磁通增加很多，使铁心过度饱和所致。激磁涌流对变压器本身没什么危害，但使变压器的继电保护装置变得复杂。变压器发生突然短路会产生极大的短路电流，使电流与漏磁场作用，产生很大的机械力，绕组各部分可能因此损坏，因此突然短路是一个严重的故障。,