電機(jī)chap三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行及瞬變過程

1、第四章 變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行 及瞬態(tài)過程 主要討論不對(duì)稱運(yùn)行及其分析瞬態(tài)過程(只要了解其概念)第一節(jié) 三相變壓器不對(duì)稱運(yùn)行第二節(jié) 三相變壓器的各序阻抗及其等效電路第三節(jié) 三相變壓器Y，yn連接單相運(yùn)行第四節(jié) 次級(jí)側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過程第五節(jié) 變壓器空載合閘時(shí)的瞬態(tài)過程1第一節(jié) 三相變壓器不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱各相電流(或電壓，電勢)大小有可能不同，相位也不依次差120對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法各序等效電路，疊加原理三相中點(diǎn)浮動(dòng)問題三相ABC2基本概念不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)的主要原因：外施電壓不對(duì)稱、三相電流也不對(duì)稱。各相負(fù)載阻抗不對(duì)稱。當(dāng)初級(jí)外施電壓對(duì)稱，三相電流不對(duì)稱。不對(duì)稱的三相電流流經(jīng)變壓器，導(dǎo)致各相阻抗壓降

2、不相等，從而次級(jí)電壓也不對(duì)稱。外施電壓和負(fù)載阻抗均不對(duì)稱。3著重分析不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法。正序阻抗、負(fù)序阻抗及零序阻抗的物理概念及測量方法。危害性三相變壓器在Yyn連接時(shí)相電壓中點(diǎn)浮動(dòng)的原因及其危害。41、對(duì)稱的三相系統(tǒng)：三相中的電壓 對(duì)稱，只有一個(gè)獨(dú)立變量(即三個(gè)相量的大小相等，有固定的相位關(guān)系)。如三相相序?yàn)閍、b、c，由 得出其余兩相電壓： (41)復(fù)數(shù)算子ej120e-j240 = cos120+j sin120 2ej240e-j1203ej360ej01ABC52、三相不對(duì)稱系統(tǒng)：三相中的電壓互不相關(guān) 大小不一定相等，相位關(guān)系不固定。 為三個(gè)獨(dú)立變量63、對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相系

3、統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。7例： 為不對(duì)稱三相電壓下標(biāo)“+”、“-”、“0”分別表示正序、負(fù)序和零序。89(1) 正序電壓 組成正序系統(tǒng)約束條件性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序?yàn)閍-b-c。A+B+C+10(2)各相負(fù)序電壓 組成負(fù)序系統(tǒng)約束條件性質(zhì)：每相大小相等，彼此相位差120，相序?yàn)閍-c-b。A-C-B-逆時(shí)針11(3)各相零序電壓 組成零序系統(tǒng)約束條件性質(zhì)：每相大小相等且同相位。A0B0C01213例 題設(shè)有一不對(duì)稱三相電壓將其分解為對(duì)稱分量。顯然，各相大小不等，相位差也不相同，為不對(duì)稱電壓。表示為復(fù)數(shù)形式：分解為對(duì)稱分量：14（1）正序、

4、負(fù)序和零序系統(tǒng)都是對(duì)稱系統(tǒng)。當(dāng)求得各個(gè)對(duì)稱分量后，再把各相的三個(gè)分量疊加便得到不對(duì)稱運(yùn)行情形。（2）不同相序具有不同阻抗參數(shù)，電流流經(jīng)電機(jī)和變壓器具有不同物理性質(zhì)。（3）對(duì)稱分量法根據(jù)疊加原理，只適用于線性參數(shù)的電路中。結(jié)論15第二節(jié) 三相變壓器的各序阻抗及其等效電路一、正序阻抗Z+和正序等效電路正序電流所遇到的阻抗rk+Xk+UA+-Ua+.IA+=-Ia+. .16二、負(fù)序阻抗Z -負(fù)序等效電路負(fù)序電流所遇到的阻抗rk-xk-UA-Ua-.IA-=-Ia-. .具有與正序一樣的性質(zhì) 17三、零序阻抗Z0零序等效電路零序電流所遇到的阻抗1. 零序電流在變壓器繞組中的流通情況2.零序等效電路3

5、.零序磁通在變壓器鐵芯中流通路徑4.零序激磁阻抗測量方法181.零序電流在變壓器繞組中的流通零序電流能否流通與三相繞組的連接方式有關(guān)。Y接法中無法流通YN接法可以流通D接法線電流不能流通零序電流，但其閉合回路能為零序電流提供通路，如果另一方有零序電流，通過感應(yīng)也會(huì)在D接法繞組中產(chǎn)生零序電流。Yy；Yd；Dy；Dd無零序電流YNd和Dyn接法如YN、yn中有零序電流，d、D中也感應(yīng)零序電流。YNy和Yyn接法當(dāng)YN、yn中有零序電流，y、Y中也不會(huì)有零序電流。192.零序等效電路（1）首先分析零序電流的來源；（2）確定初、次級(jí)側(cè)相、線中的零序電流情況；（3）零序電流的等效電路；（4）對(duì)運(yùn)行的影響

6、。20(1)YNd接法的零序等效電路零序電流由電源中零序電壓引起初級(jí)、次級(jí)側(cè)均能流通零序電流，但是不能流向次級(jí)側(cè)負(fù)載電路d連接是閉合繞組，等效電路的次級(jí)側(cè)為短路YNd接法的零序阻抗是一很小的阻抗。即使電源有較小的UA0，會(huì)引起較大的零序電流，導(dǎo)致變壓器過熱。應(yīng)有保護(hù)措施監(jiān)視中線電流。21零序電流由于次級(jí)側(cè)有中線電流引起的，不流入電源零序阻抗不大，如中線電流不大，不會(huì)造成相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱D，yn連接的變壓器具有較好的負(fù)擔(dān)單相負(fù)載能力。（2）Dyn接法的零序等效電路22零序電流由電源零序電壓產(chǎn)生（3）YNy接法零序等效電路次級(jí)側(cè)無零序電流，感應(yīng)有零序電勢，表現(xiàn)為較大零序阻抗對(duì)運(yùn)行的影響零序電流小，

7、不會(huì)引起過熱會(huì)引起次級(jí)側(cè)相電壓不對(duì)稱次級(jí)側(cè)線電壓不受零序影響，常在高壓輸電線路中采用。等效電路23（4）Yyn接法的零序等效電路零序電流由次級(jí)側(cè)有中線電流引起。初級(jí)側(cè)無零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢，有較大零序阻抗。如果Z0較大，較小的中線電流會(huì)造成相電壓較大的不對(duì)稱。其不對(duì)稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。圖4-5243.零序磁通在鐵芯中流通路徑由于三相的零序電流在時(shí)間上同相位，所產(chǎn)生的三相零序磁通及其感應(yīng)的三相零序電勢各相均同相位。零序磁通及其感應(yīng)電勢的大小與磁路系統(tǒng)有關(guān)。25(1) 三相磁路獨(dú)立零序磁通路徑與正序、負(fù)序磁路相同，磁阻較小，勵(lì)磁阻抗較大。Zm0=Zm=rm+jxm 26(2)

8、三相磁路相關(guān)零序磁通只匝鏈各自繞組，以變壓器油及油箱壁為回路，磁阻較大，零序勵(lì)磁阻抗較小 Zm0 Zm Zm0*大約為0.31Zm*大約是20以上274.零序勵(lì)磁阻抗測量方法YNd或Dyn接法：zk0zk 不計(jì)零序激磁阻抗Yyn或YNy接法：模擬施加三相零序電壓Yyn：把次級(jí)三個(gè)相繞組按首尾次序串聯(lián)，接到單相電源，初級(jí)方開路。測量電壓U、電流I和輸入功率P，計(jì)算出零序勵(lì)磁阻抗 Z0=U/3I；r0=P/3I2；x0=28第三節(jié) 三相變壓器Yyn連接單相運(yùn)行假設(shè)：外施電壓為對(duì)稱三相電壓目的：分析Yyn接法中的零序電流的影響初級(jí)側(cè)無零序電流，但感應(yīng)零序（相）電勢，有較大零序阻抗。零序電流由次級(jí)側(cè)有

9、中線電流引起如果Z0較大，較小的中線電流會(huì)造成相電壓較大的不對(duì)稱。其不對(duì)稱的程度還與變壓器的磁路有關(guān)。29外施對(duì)稱三相電壓在a相接單相負(fù)載ZL求：負(fù)載電流I，初級(jí)側(cè)電流IA、IB、IC初級(jí)、次級(jí)側(cè)相電壓UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。30電流分析： 步驟1. 列出端點(diǎn)方程31 步驟2. 分解為不對(duì)稱分量初級(jí)側(cè)星形連接，無零序電流通路，相電流只有正序與負(fù)序分量32電壓分析： 正序，負(fù)序，零序條件:外施線電壓為對(duì)稱，沒有負(fù)序分量電壓和零序分量電壓，各繞組上的正序電壓UA+、UB+、UC+即為電源相電壓。次級(jí)側(cè)產(chǎn)生負(fù)序分量電流和零序分量電流，產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)序磁通和零序磁通，在初級(jí)、次級(jí)繞組中感應(yīng)負(fù)

10、序分量電壓和零序分量電壓。初級(jí)側(cè)中感應(yīng)的負(fù)序電壓產(chǎn)生初級(jí)側(cè)負(fù)序電流IA-、IB-、IC-，以電源為回路，對(duì)負(fù)序電流初級(jí)、次級(jí)磁勢平衡，不建立負(fù)序主磁通，負(fù)序壓降即為負(fù)序阻抗壓降（漏阻抗壓降），其值不大。33在Yyn接法中，零序電流只能在次級(jí)側(cè)流通，在初級(jí)側(cè)電路中雖感應(yīng)有零序電勢，但無零序電流流通。Ia0、Ibo、Ic0為勵(lì)磁性質(zhì)電流，建立起同時(shí)和原、副線圈交鏈的零序主磁通，在原、副線圈中感應(yīng)零序電勢E0。初級(jí)側(cè)的零序電壓即等于零序電勢。步驟3. 相序方程式（各分量電壓平衡式）34原方外施電壓是三相對(duì)稱的，負(fù)序壓降即為負(fù)序阻抗壓降，其值很小，即UA-=0。但原方的負(fù)序電流以電源為路徑，等效電路中

11、原方是短路的。35a相電流為：負(fù)載電流為：如略去Zk和Z2步驟4. 求解零序勵(lì)磁阻抗相當(dāng)于在負(fù)載中增加了一個(gè)阻抗Zm0/336中點(diǎn)浮動(dòng)外施電壓對(duì)稱，當(dāng)次級(jí)側(cè)接有單相負(fù)載后，在每相繞組上都疊加有零序電勢，造成相電壓不對(duì)稱，在相量圖中表現(xiàn)為相電壓中點(diǎn)O偏離了線電壓三角形的幾何中心O。中點(diǎn)浮動(dòng)的程度主要取決于零序電勢E0，E0的大小取決于零序電流的大小和磁路結(jié)構(gòu)。3738三芯柱結(jié)構(gòu)，零序磁通的磁阻較大(即zm0較小)。適當(dāng)?shù)叵拗浦芯€電流，則E0不會(huì)太大。運(yùn)行規(guī)程規(guī)定三芯柱變壓器如按Yyn接法運(yùn)行應(yīng)限制中線電流不超過0.25 IN。中線電流 則：Ia0應(yīng)小于0.0833IN設(shè)zm0*=0.6，Ia0=

12、0.0833IN則E0*Ia0*zm0*0.05，相電壓偏移不大。影響：零序磁通途經(jīng)變壓器油箱，引起油箱壁局部發(fā)熱。39三相變壓器組，各相磁路獨(dú)立，零序磁阻較小，Zm0Zm。很小的零序電流也會(huì)感應(yīng)很大的零序電勢，中點(diǎn)有較大的浮動(dòng)，造成相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱。極端情況：如一相發(fā)生短路，即ZL0 短路電流僅為正常勵(lì)磁電流的3倍 ， 零序電勢大，中點(diǎn)浮動(dòng)到A頂點(diǎn)疊加于B、C相，B、C相電壓均等于原額定線電壓。結(jié)論：三相變壓器組不能接成Yyn運(yùn)行。40小結(jié)（1）不對(duì)稱運(yùn)行的分析常采用對(duì)稱分量法把不對(duì)稱的三相電壓或電流用對(duì)稱分量法分解為對(duì)稱的正序分量系統(tǒng)、負(fù)序分量系統(tǒng)和零序分量系統(tǒng)。分別對(duì)各對(duì)稱分量系統(tǒng)作用下

13、的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，然后把各分量系統(tǒng)的分析結(jié)果疊加起來，便得到不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)總的分析結(jié)果。41小結(jié)（2）零序分量電流三相同相，其流經(jīng)變壓器的情況與變壓器的連接方法有關(guān)：Yy；Yd；Dy；Dd連接無零序電流。YNd；Dyn連接零序電流在雙側(cè)繞組內(nèi)均可流通。YNy；Yyn連接零序電流只能在YN、yn側(cè)流通。在零序電流可以流通的連接組中，其零序阻抗的大小還與變壓器的磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)。42小結(jié)（3）不對(duì)稱運(yùn)行的分析步驟列出端點(diǎn)方程式把不對(duì)稱的三相電壓和電流分解為對(duì)稱分量列出相序方程式，畫出等效電路圖求解電流和電壓，或作出相量圖用于定性分析43例題2. 三個(gè)相同的單相變壓器接成三相變壓器組Dyn11，有：uk

14、=5%，uka=2%，pFe=1%PN，I0=5%IN，副方接單相電阻負(fù)載r*=1。求：負(fù)載電流，零序電壓解：等效電路參數(shù)計(jì)算：建立端點(diǎn)方程式：分解為對(duì)稱分量：44各相序等效電路：相序方程式： （標(biāo)幺值表示）聯(lián)立求解：零序電壓：由于初級(jí)對(duì)零序電勢相當(dāng)于有短路作用，削弱了零序磁通，零序電壓很小。45思考題4-2 決定零序阻抗的因素有哪些？4-4 Y,yn0不可以用于三相變壓器組的原因4-5 如何測量零序激磁電抗？零序電流三相同相，它在繞組中的流通情況及其產(chǎn)生的零序磁通在鐵芯中的流通情況與正序及負(fù)序不一致，因此遇到的零序阻抗也不同于正序阻抗。其大小決定于變壓器繞組的連接方式和鐵心結(jié)構(gòu)。Y，y；Y，

15、d；D，y；D，d連接無零序電流。YN，d；D，yn連接零序電流在雙側(cè)繞組內(nèi)均可流通。YN，y；Y，yn連接零序電流只能在YN、yn側(cè)流通。A 對(duì)三相組式，各相磁路獨(dú)立，零序磁通在鐵心中閉合，磁阻小，激磁阻抗大。B 對(duì)三相芯式變壓器，各相磁路關(guān)聯(lián)，零序磁通不能在鐵心中閉合，磁阻大，激磁阻抗大。副方(yn)接單相或不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，將產(chǎn)生零序電流，產(chǎn)生零序磁通，在各繞組中感應(yīng)有零序電勢，疊加于各繞組正序電壓上，使各繞組的電壓不對(duì)稱“中點(diǎn)浮動(dòng)”。中點(diǎn)浮動(dòng)的程度取決于零序電勢，又取決于零序電流的大小和磁路結(jié)構(gòu)。三相組式變壓器，零序磁阻小，零序阻抗等同正序阻抗，較小的零序電流產(chǎn)生較大的零序電勢，中點(diǎn)浮動(dòng)大

16、，相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱。單相短路時(shí)，短路電流小（僅為勵(lì)磁電流的三倍），但中點(diǎn)浮動(dòng)大（達(dá)相電壓），使另兩相電壓達(dá)到線電壓。模擬零序電流和零序磁通的流通情況。46作業(yè)（選做）4-1：先根據(jù)試驗(yàn)求電路參數(shù)，三臺(tái)單相變壓器相連即三相變壓器組。4-3：先求出負(fù)載側(cè)各序電流，然后根據(jù)變比轉(zhuǎn)變到原邊。注意：零序電流的流通情況47第四節(jié) 變壓器二次側(cè)突然短路時(shí)的瞬態(tài)過程突然短路電流（瞬態(tài)過程分析）過電流的影響發(fā)熱現(xiàn)象電磁力作用48一、 突然短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流分量-決定于電壓和短路阻抗的大小瞬態(tài)短路電流分量還與短路時(shí)電壓初相角有關(guān)49突然短路電流的最大值與衰減時(shí)間當(dāng)K時(shí)，瞬態(tài)電流分量為0，短路后立刻進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)K90時(shí)，瞬態(tài)分量有最大值，在短路后的半周期電流達(dá)到最大值。50過電流情況分析：設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，則短路瞬間的沖擊電流很大。51二、 過電流的影響1、發(fā)熱現(xiàn)象：設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，則短路電流產(chǎn)生的銅損耗是正常銅損耗的182倍。影響：使繞組溫度急劇上升，產(chǎn)生過熱，需進(jìn)行過熱保護(hù)。52二、 過電流的影響2、電磁力作用：設(shè)外施電壓為額定值，zk*=0.055，則電磁力（由漏磁場和電流作用產(chǎn)生）也與電流的平方成正比，繞組上產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，徑向有外張力和內(nèi)壓力，軸向里從繞組兩端擠壓繞組。措施：加強(qiáng)繞