電機(jī)學(xué)

第26章

變壓器

26.9

變壓器的并聯(lián)運(yùn)行

（1）定義：幾臺(tái)變壓器的原、副繞組分別連接到原、副邊的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。

（2）意義：①提高供電的可靠性——可靠性；

②并聯(lián)可以有效的利用變壓器避免大馬拉小車——經(jīng)濟(jì)性

③可以減少備用容量。

（3）并聯(lián)的理想情況：

①空載時(shí)，各變壓器的所對(duì)應(yīng)的副電壓必須相等且同相位。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)變壓器繞組（內(nèi)部）間無環(huán)流；

②在負(fù)載時(shí)，各臺(tái)變壓器的負(fù)載系數(shù)相等；

③負(fù)載后各變壓器的副方電流同相位，此時(shí)總電流為各臺(tái)變壓器電流的算術(shù)和。

（4）理想條件

①各臺(tái)變壓器變比相等；即的原、副邊的額定電壓分別相等（避免環(huán)流）。

②各臺(tái)變壓器的連接組號(hào)相同；即的原、副邊的電壓分別相位相同（避免環(huán)流）。

③各臺(tái)變壓器的短路阻抗（短路電壓）標(biāo)么值相等，且短路阻抗角也相等。

在上述三個(gè)條件中，條件（2）必須嚴(yán)格滿足，條件（1）、（2）允許有一定誤差，允許變比的相對(duì)差值小于0.01，短路阻抗的標(biāo)么值相差不大于10%，短路阻抗角相差在10°～20°之間。

不滿足并聯(lián)條件的分析

以兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行為例來分析。

1.變比不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行

空載時(shí)運(yùn)行時(shí)的環(huán)流

設(shè)（原邊向副邊折算）

由于變比不同，內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)電流，電壓差。

合閘環(huán)流：

式中、分別是變壓器I、II折算到副邊的短路阻抗的實(shí)際值。

忽視阻抗角的影響：

*電力系統(tǒng)中規(guī)定：，（不是絕對(duì)的必須滿足的）。

*絕對(duì)變比相等的變壓器是沒有的。

例題：兩臺(tái)變壓器并聯(lián)，，，求？

2.組別不同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行

Yy0，Yd11并聯(lián)

設(shè)

還用上例求空載環(huán)流：

是額定電流的5.2倍，變壓器不能正常運(yùn)行。

組別不同時(shí)，副邊線電動(dòng)勢(shì)最少差300，由于短路阻抗很小，產(chǎn)生的環(huán)流很大。

**結(jié)論：組別不同，絕對(duì)不允許并聯(lián)。

問題：Yy0，Yy4，可否并聯(lián)？Yy0，Yy6？

答：把a(bǔ)，b，c串一下。不能直接連但采用措施可以接。Yy0，Yy6，反相的不能改。

3.短路阻抗標(biāo)么值不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行（）

*會(huì)造成變壓器負(fù)荷分配不合理。

——總電流

——第一臺(tái)的電流

——第二臺(tái)的電流

并聯(lián)運(yùn)行的等效電路

兩變壓器阻抗壓降相等

故有:

和分別為復(fù)阻抗和的幅角

對(duì)于容量相差不太大的兩臺(tái)變壓器，其幅角差異不大，因此并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)載系數(shù)僅決定于短路阻抗標(biāo)幺值之模

**結(jié)論：

①

短路阻抗不同的變壓器并聯(lián)，導(dǎo)致負(fù)荷分配不合理。

②

各變壓器所帶的負(fù)荷與各自的短路阻抗標(biāo)么值成反比，短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器分擔(dān)的負(fù)載小，短路阻抗標(biāo)么值小的變壓器分擔(dān)的負(fù)載大。

③

系統(tǒng)規(guī)定，短路阻抗差要小于10%，并聯(lián)容量要小于3倍。

變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：電壓變比不等和短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器，在任何一臺(tái)都不會(huì)過載的情況下，可以并聯(lián)運(yùn)行。又規(guī)定：短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)提高短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器的二次電壓（即適當(dāng)?shù)臏p小其電壓變比），以使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器容量能得以充分利用。

26.10

變壓器的空載合閘過程

空載合閘的電磁過程

空載合閘的定義：變壓器副邊開路，將原邊接入電源稱為空載合閘。

（1）建立方程式

設(shè)電源電壓為

式中：α稱合閘初相角。

Φ與原繞組交鏈的總磁通，以下認(rèn)為是主磁通。

由于電阻壓降i1R1很小，在過渡過程的初始階段忽略不計(jì)：

（2）解方程

C——積分常數(shù)，由初始條件決定。

考慮到換路的邊界條件：忽略鐵心剩磁。磁通能突變。

式中

為穩(wěn)態(tài)磁通最大值。

（3）對(duì)解的分析

①研究變壓器空載過程就是研究Φ在鐵心中的建立過程。

②合閘磁通Φ的大小，與合閘的初相角有關(guān)。

（a）時(shí)，合閘

結(jié)論：時(shí)合閘，變壓器無過渡過程。直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，又稱理想合閘。

（b）當(dāng)時(shí)，合閘

式中——為磁通的暫態(tài)分量，或自由分量是一常數(shù)。

為磁通的穩(wěn)態(tài)分量或強(qiáng)制分量。

從開始經(jīng)過半個(gè)周期即時(shí)，磁通Φ達(dá)到最大值：

結(jié)論：時(shí)，合閘變壓器非周期分量最大。

當(dāng)時(shí)，電流最大，該電流被稱為空載合閘電流（空載激磁電流）。由于磁路飽和的結(jié)果，其相應(yīng)的空載合閘電流將增大到正常穩(wěn)態(tài)時(shí)空載電流的數(shù)十至近百倍，或達(dá)額定電流的數(shù)倍，勵(lì)磁涌流，急劇增大到80～100倍。由于合閘時(shí)的初相角無法控制，因此保護(hù)裝置應(yīng)按最不利的情況考慮。

（4）考慮到線圈電阻的影響

實(shí)際空載電流快速衰減，實(shí)際的。

由于電阻存在，合閘電流將逐漸衰減，如圖所示。衰減快慢由時(shí)間常數(shù)決定，是原繞組的全電感。一般小容量變壓器衰減得快，約幾個(gè)周波就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；大型變壓器衰減慢，有的甚至可延續(xù)到20秒時(shí)間才可以衰減完畢進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

對(duì)三相變壓器由于各相電壓在時(shí)間相位上互差120度，故總會(huì)有一相處與空載電流達(dá)到最大或接近最大的情況。

勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器本身無直接危害，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)計(jì)及此因素，但是他會(huì)引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，故須設(shè)有防誤動(dòng)的措施，如大型的變壓器合閘時(shí)長在一次繞組串入一個(gè)附加電阻，以加速其衰減，合閘后在把電阻切除。

26.11

變壓器發(fā)熱與冷卻

26.11.1

變壓器的發(fā)熱與升溫

溫升

溫升是變壓器額定工作條件下，內(nèi)部繞組允許的最高溫度與環(huán)境溫度之差,它取決于所用絕緣材料的等級(jí)。繞組的最高允許溫度為額定環(huán)境溫度加變壓器額定溫升，如40+65=105℃，為A級(jí)絕緣的耐熱溫度。這時(shí)變壓器油面的最高溫度為40+55=95℃，一般上層油溫應(yīng)工作在85℃以下，以控制油的老化不致太快

26.11.2

變壓器的冷卻

冷卻方式

1）三相油浸自冷式

2）三相油浸風(fēng)冷式

3）三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式

4）三相強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式