电机chap三相变压器的不对称运行及瞬变过程.pptx

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1、第一节 三相变压器不对称运行不对称不对称各相电流各相电流(或电压，电势或电压，电势)大小大小有可能不同，相位也不依次差有可能不同，相位也不依次差120对称分量法对称分量法对称分量法对称分量法各序等效电路，叠加原理各序等效电路，叠加原理三相三相中点浮动问题中点浮动问题三相三相ABC第1页/共57页基本概念基本概念不对称运行状态的主要原因：外施电压不对称、外施电压不对称、三相电流也不对称。各相负载阻抗不对称各相负载阻抗不对称。当初级外施电压对称，三相电流不对称。不对称的三相电流流经变压器，导致各相阻抗压降不相等，从而次级电压也不对称。外施电压和负载阻抗均不对称外施电压和负载阻抗均不对称。第2页/共

2、57页着重分析 不对称运行的分析方法。 正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法。 危害性三相变压器在Yyn连接时相电压中点浮动的原因及其危害。第3页/共57页 1 1、对称的三相系统：三相中的电压 对称，只有一个独立变量(即三个相量的大小相等，有固定的相位关系)。如三相相序为a a、b b、c c，由 得出其余两相电压： (4 (41)1) 复数算子ej120e-j240 = cos120+j sin120 2ej240e-j1203ej360ej01cbaUUU.、ABCaU.acabUaUUaU.2.，第4页/共57页 2、三相不对称系统：三相中的电压互不相关 大小不一定相等，相

3、位关系不固定。 为三个独立变量cbaUUU.、cbaUUU.、第5页/共57页3、对称分量法 把不对称的三相系统分把不对称的三相系统分解为三个独立的对称系解为三个独立的对称系统，即统，即正序系统正序系统、负序、负序系统和零序系统。系统和零序系统。第6页/共57页例： 为不对称三相电压 下标“+”、“-”、“0”分别表示正序、负序和零序。000cbccbbbbaaaaUUUUUUUUUUUU零序负序正序不对称电压cbaUUU，第7页/共57页 000cbccbbbbaaaaUUUUUUUUUUUU零序负序正序不对称电压第8页/共57页(1) 正序电压 组成正序系统约束条件 性质：每相大小相等，性

4、质：每相大小相等，彼此相位差彼此相位差120120 ，相相序为序为a-b-ca-b-c。acabUaUUaU，2A+B+C+cbaUUU，第9页/共57页(2)各相负序电压 组成负序系统 约束条件 性质：每相大小相等，性质：每相大小相等，彼此相位差彼此相位差120120，相序，相序为为a-c-ba-c-b。cbaUUU，A-C-B-逆时针acabUaUUaU2，第10页/共57页(3)各相零序电压 组成零序系统 约束条件 性质：每相大小相等性质：每相大小相等且同相位且同相位。0000acabUUUU，A0B0C0000cbaUUU，第11页/共57页cbaacbaacbaaUUUUUUUUUU

5、UU310231231000cbccbbbbaaaaUUUUUUUUUUUU零序负序正序不对称电压第12页/共57页例 题1.设有一不对称三相电压设有一不对称三相电压将其分解为对称分量。将其分解为对称分量。90cos50260cos80230cos1002tututucba显然，各相大小不等，相位差也不相同，为不对称电压。显然，各相大小不等，相位差也不相同，为不对称电压。表示为复数形式：表示为复数形式：VjjUVjjUVjjUcaa50090sin90cos5090503 .694060sin60cos806080506 .8630sin30cos10030100VjjjjjjUUUUcbaa

6、43.316 .56)500 () 3 .6940)(506 .863131232123212分解为对称分量：分解为对称分量：VjjjjjjUUUUcbaa33. 82 .12)500 () 3 .6940)(506 .863131232123212VjjjjUUUUcbaa23.102 .42)500()3 .6940(506 .8631310第13页/共57页（1 1）正序、负序和零序系统都是对称系统。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量叠加便得到不对称运行情形。（2 2）不同相序具有不同阻抗参数，电流流经电机和变压器具有不同物理性质。（3 3）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数

7、的电路中。结论结论第14页/共57页第二节 三相变压器的各序阻抗及其等效电路一、正序阻抗Z+和正序等效电路 正序电流所遇到的阻抗正序电流所遇到的阻抗kkkkkZjxrjxrZrk+Xk+UA+-Ua+.IA+=-Ia+. .第15页/共57页二、负序阻抗Z -负序等效电路 负序电流所遇到的阻抗负序电流所遇到的阻抗rk-xk-UA-Ua-.IA-=-Ia-. .kkkkkZjxrjxrZ具有与正序一样的性质具有与正序一样的性质 第16页/共57页三、零序阻抗Z0零序等效电路零序电流所遇到的阻抗零序电流所遇到的阻抗1. 零序电流在变压器绕组中的流通情况2.零序等效电路3.3.零序磁通在变压器铁芯中

8、流通路径4.零序激磁阻抗测量方法第17页/共57页1.零序电流在变压器绕组中的流通 零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关。Y Y接法中无法流通YNYN接法可以流通D D接法线电流不能流通零序电流，但其闭合回路能为零序电流提供通路，如果另一方有零序电流，通过感应也会在D D接法绕组中产生零序电流。Yy；Yd；Dy；Dd无零序电流YNd和Dyn接法如YN、yn中有零序电流，d、D中也感应零序电流。YNy和Yyn接法当YN、yn中有零序电流，y、Y中也不会有零序电流。第18页/共57页2.零序等效电路（1）首先分析零序电流的来源；）首先分析零序电流的来源；（2）确定初、次级侧相、线中的零序电流情

9、况；）确定初、次级侧相、线中的零序电流情况；（3）零序电流的等效电路；）零序电流的等效电路；（4）对运行的影响。）对运行的影响。第19页/共57页(1)YNd接法的零序等效电路接法的零序等效电路零序电流由电源中零序电压引起初级、次级侧均能流通零序电流，初级、次级侧均能流通零序电流，但是不能流向次级侧负载电路但是不能流向次级侧负载电路d连接是闭合绕组，等效电路连接是闭合绕组，等效电路的次级侧为短路的次级侧为短路YNd接法的零序阻抗是一很小的阻抗。接法的零序阻抗是一很小的阻抗。即使电源有较小的即使电源有较小的UA0，会引起较大的零序电流，导致会引起较大的零序电流，导致变压器过热。变压器过热。应有保

10、护措施监视中线电流。应有保护措施监视中线电流。210000ZZUZUIAAA第20页/共57页 零序电流由于次级侧有中线电流引起的零序电流由于次级侧有中线电流引起的，不流入电源 零序阻抗不大，如中线电流不大，不会造成相电压严重不对称 D，yn连接的变压器具有较好的负担单相负载能力。kaaZIU00（2）Dyn接法的零序等效电路接法的零序等效电路第21页/共57页零序电流零序电流由电源零序电压产生（3）YNy接法零序等效电路接法零序等效电路次级侧无零序电流，感应有零序次级侧无零序电流，感应有零序电势，表现为较大零序阻抗电势，表现为较大零序阻抗0010000mmAAAIZZUZUI对运行的影响对运

11、行的影响零序电流小，不会引起过热零序电流小，不会引起过热会引起次级侧相电压不对称会引起次级侧相电压不对称次级侧线电压不受零序影响，次级侧线电压不受零序影响，常在高压输电线路中采用。常在高压输电线路中采用。等效电路等效电路第22页/共57页（4）Yyn接法的零序等效电路 零序电流由次级侧有中线电流引起。由次级侧有中线电流引起。 初级侧无零序电流，但感应零序（相）电势，有较大零序阻抗。 如果Z0较大，较小的中线电流会造成相电压较大的不对称。其不对称的程度还与变压器的磁路有关。020000maaaZZIZIU图图4-5第23页/共57页3.零序磁通在铁芯中流通路径 由于三相的零序电流在时间上同相位，

12、所产生的三相零序磁通及其感应的三相零序电势各相均同相位。 零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有关。第24页/共57页(1) 三相磁路独立 零序磁通路径与正序、负序磁路相同，磁阻较小，励磁阻抗较大。Zm0=Zm=rm+jxm 第25页/共57页(2) 三相磁路相关 零序磁通只匝链各自绕组，以变压器油及油箱壁为回路，磁阻较大，零序励磁阻抗较小 Z Zm0m0 Z Zm m Zm0*大约为大约为0.31Zm*大约是大约是20以上以上第26页/共57页4.零序励磁阻抗测量方法 YNd或Dyn接法：zk0zk 不计零序激磁阻抗 YynYyn或YNyYNy接法：模拟施加三相零序电压Yyn：把次级三个相绕

13、组按首尾次序串联，接到单相电源，初级方开路。测量电压U U、电流I I和输入功率P P，计算出零序励磁阻抗 Z Z0 0=U/3I=U/3I；r r0 0=P/3I=P/3I2 2；x x0 0= =2020rZ 第27页/共57页第三节第三节 三相变压器三相变压器YynYyn连接单相运行连接单相运行 假设：外施电压为对称三相电压 目的：分析目的：分析YynYyn接法中的零序电流的影响接法中的零序电流的影响初级侧无零序电流，但感应零序（相）电势，有较大零序阻抗。初级侧无零序电流，但感应零序（相）电势，有较大零序阻抗。零序电流零序电流由次级侧有中线电流引起如果如果Z0较大，较小的中线电流会造成相

14、电压较大的不对称。其较大，较小的中线电流会造成相电压较大的不对称。其不对不对称的程度还与变压器的磁路有关称的程度还与变压器的磁路有关。020000maaaZZIZIU第28页/共57页外施对称三相电压外施对称三相电压在在a相接单相负载相接单相负载ZL求：负载电流求：负载电流I I，初级侧电流，初级侧电流I IA A、I IB B、I IC C初级、次级侧相电压初级、次级侧相电压U UA A、U UB B、U UC C和和UaUa、U Ub b、UcUc。第29页/共57页电流分析： 步骤1. 列出端点方程LacbaZIUIIII0第30页/共57页 步骤步骤2. 2. 分解为不对称分量分解为不

15、对称分量IIIIIIIIIIIIIIIcbaacbaacbaa3131031231312310cbaIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIaaCCCaaBBBaaAAA31231232初级侧星形连接，无零序电流通路，相电流只有正序与负序分量第31页/共57页电压分析：电压分析： 正序，负序，零序正序，负序，零序 条件条件: :外施线电压为对称外施线电压为对称，没有负序分量电压和，没有负序分量电压和零序分量电压，各绕组上的正序电压零序分量电压，各绕组上的正序电压U UA+A+、U UB+B+、U UC+C+即为电源相电压即为电源相电压。 次级侧产生负序分量电流和零序分量电流，产生相应的负序

16、磁通和零序磁通，在初级、次级绕组中感应负序分量电压和零序分量电压。 初级侧中感应的负序电压产生初级侧负序电流IA-、IB-、IC-，以电源为回路，对负序电流初级、次级磁势平衡，不建立负序主磁通，负序压降即为负序阻抗压降（漏阻抗压降），其值不大。0AU第32页/共57页 在Yyn接法中，零序电流只能在次级侧流通，在初级侧电路中虽感应有零序电势，但无零序电流流通。 Ia0、Ibo、Ic0为励磁性质电流，建立起同时和原、副线圈交链的零序主磁通，在原、副线圈中感应零序电势E0。 初级侧的零序电压即等于零序电势。002000EUZIEUZIUZIUUAaakaakaAa步骤步骤3. 3. 相序方程式（各

17、分量电压平衡式）相序方程式（各分量电压平衡式）第33页/共57页原方外施电压是三相原方外施电压是三相对称的，负序压降即对称的，负序压降即为负序阻抗压降，其为负序阻抗压降，其值很小，即值很小，即UA-=0。但原方的负序电流以但原方的负序电流以电源为路径，等效电电源为路径，等效电路中原方是短路的。路中原方是短路的。234002000列电压表达式见EUZIEUZIUZIUUAaakaakaAa第34页/共57页a相电流为：负载电流为：如略去Zk和Z2LmkAaaaZZZZUIII32020LmkAaaaZZZZUIIII323020LmAZZUI330步骤步骤4. 4. 求解求解零序励磁阻抗相当于在

18、负载零序励磁阻抗相当于在负载中增加了一个阻抗中增加了一个阻抗Zm0/3第35页/共57页中点浮动中点浮动外施电压对称，当次级侧接有单相负载后，在每相绕组上都叠加有零序电势，造成相电压不对称，在相量图中表现为相电压中点O偏离了线电压三角形的几何中心O。 中点浮动的程度主要取决于零序电势E0，E0的大小取决于零序电流的大小和磁路结构。CCcBBbAAaUEUUUEUUUEUU.0.0.0.第36页/共57页第37页/共57页 三芯柱结构，零序磁通的磁阻较大(即zm0较小)。适当地限制中线电流，则E0不会太大。运行规程规定三芯柱变压器如按Yyn接法运行应限制中线电流不超过0.25 IN。 中线电流

19、则：Ia0应小于0.0833IN设zm0*=0.6，Ia0=0.0833IN则E0*Ia0*zm0*0.05，相电压偏移不大。 影响：零序磁通途经变压器油箱，引起油箱壁局部发热。0.0.3acbaIIIII第38页/共57页 三相变压器组三相变压器组，各相磁路独立，零序磁阻较小，Zm0Zm。很小的零序电流也会感应很大的零序电势，中点有较大的浮动，造成相电压严重不对称。 极端情况：如一相发生短路，即ZL0 短路电流仅为正常励磁电流的3倍 ， 零序电势大，中点浮动到A顶点叠加于B、C相，B、C相电压均等于原额定线电压。 结论：三相变压器组不能接成Yyn运行。03mAZUI.0.E0AaUU，则第3

20、9页/共57页小结（1） 不对称运行的分析常采用对称分量法把不对称的三相电压或电流用对称分量法分解为对称的正序分量系统、负序分量系统和零序分量系统。分别对各对称分量系统作用下的运行情况进行分析，然后把各分量系统的分析结果叠加起来，便得到不对称运行时总的分析结果。第40页/共57页小结（2） 零序分量电流三相同相，其流经变压器的情况与变压器的连接方法有关：Yy；Yd；Dy；Dd连接无零序电流。YNd；Dyn连接零序电流在双侧绕组内均可流通。YNy；Yyn连接零序电流只能在YN、yn侧流通。 在零序电流可以流通的连接组中，其零序阻抗的大小还与变压器的磁路结构有关。第41页/共57页小结（3）不对称

21、运行的分析步骤 列出端点方程式 把不对称的三相电压和电流分解为对称分量 列出相序方程式，画出等效电路图 求解电流和电压，或作出相量图用于定性分析第42页/共57页例题2. 三个相同的单相变压器接成三相变压器组三个相同的单相变压器接成三相变压器组Dyn11，有：有：uk=5%，uka=2%，pFe=1%PN，I0=5%IN，副方接单相电阻负载副方接单相电阻负载r*=1。求：负载电流，零序电压求：负载电流，零序电压解：等效电路参数计算：解：等效电路参数计算：6 .19405. 001. 02010458. 002. 005. 0*22*0*0*0*mmmkkakkkxIprIZxuruZ建立端点方

22、程式：建立端点方程式：r IUIIIIabca0分解为对称分量：rIIIUUUUIIIIIIIaaaaaaaaacbaa00031231第43页/共57页各相序等效电路：各相序等效电路：相序方程式：相序方程式： （标幺值表示标幺值表示）*0*0*1*0*1*2*0*0*)(00ammaAakaAakaAAUZZZZZIUUZIUUZIUU联立求解：联立求解：57. 2979. 0233*0*1*0*1*2*mmkAZZZZZZrUI零序电压：零序电压：11.1160163. 0)(*0*1*0*1*2*0*0mmaaZZZZZIU由于初级对零序电势相当由于初级对零序电势相当于有短路作用，削弱了

23、零于有短路作用，削弱了零序磁通，零序电压很小。序磁通，零序电压很小。第44页/共57页思考题4-2 4-2 决定零序阻抗的因素有哪些？4-4 4-4 Y,yn0Y,yn0不可以用于三相变压器组的原因4-5 4-5 如何测量零序激磁电抗？零序电流三相同相，它在绕组中的流通情况及其产生的零序磁通在铁芯中的流通情况与正序及负序不一致，因此遇到的零序阻抗也不同于正序阻抗。其大小决定于变压器绕组的连接方式和铁心结构。Y Y，y y；Y Y，d d；D D，y y；D D，d d连接无零序电流。YNYN，d d；D D，ynyn连接零序电流在双侧绕组内均可流通。YNYN，y y；Y Y，ynyn连接零序电

24、流只能在YNYN、ynyn侧流通。A A 对三相组式，各相磁路独立，零序磁通在铁心中闭合，磁阻小，激磁阻抗大。B B 对三相芯式变压器，各相磁路关联，零序磁通不能在铁心中闭合，磁阻大，激磁阻抗大。副方副方(yn)接单相或不对称负载时，将产生零序电流，产生零序磁通，接单相或不对称负载时，将产生零序电流，产生零序磁通，在各绕组中感应有零序电势，叠加于各绕组正序电压上，使各绕组在各绕组中感应有零序电势，叠加于各绕组正序电压上，使各绕组的电压不对称的电压不对称“中点浮动中点浮动”。中点浮动的程度取决于零序电势，又取决于零序电流的大小和磁路中点浮动的程度取决于零序电势，又取决于零序电流的大小和磁路结构。

25、结构。三相组式变压器，零序磁阻小，零序阻抗等同正序阻抗，较小的零三相组式变压器，零序磁阻小，零序阻抗等同正序阻抗，较小的零序电流产生较大的零序电势，中点浮动大，相电压严重不对称。序电流产生较大的零序电势，中点浮动大，相电压严重不对称。单相短路时，短路电流小（仅为励磁电流的三倍），但中点浮动大单相短路时，短路电流小（仅为励磁电流的三倍），但中点浮动大（达相电压），使另两相电压达到线电压。（达相电压），使另两相电压达到线电压。模拟零序电流和零序磁通的流通情况。模拟零序电流和零序磁通的流通情况。第45页/共57页作业（选做）4-1：先根据试验求电路参数，三台单相变压器相连即三相变压器组。4-3：先求

26、出负载侧各序电流，然后根据变比转变到原边。注意：零序电流的流通情况第46页/共57页第四节 变压器二次侧突然短路时的瞬态过程 突然短路电流（瞬态过程分析） 过电流的影响发热现象电磁力作用第47页/共57页一、 突然短路电流21iiik忽略励磁电流，相角短路瞬间外施电压的初变压器的漏感，等效电路的电压方程kkkkkkkxxxLLLLatUirdtdiL1sin221211瞬态电流衰减时间常数短路阻抗角kkkkkktLrkkktkskrLTrxtgCetzUiiikk11sin2稳态短路电流分量稳态短路电流分量-决定于电压和短路阻抗的大小决定于电压和短路阻抗的大小瞬态短路电流分量瞬态短路电流分量还

27、与短路时电压初相角有关还与短路时电压初相角有关kkICsin2第48页/共57页突然短路电流的最大值与衰减时间tLrkkkkkketIisinsin21.当当K时，瞬态电流分量为时，瞬态电流分量为0，短路后立刻进入，短路后立刻进入稳态。稳态。2. 当当K90时，瞬态分量有最大值，在短路后的时，瞬态分量有最大值，在短路后的半周期电流达到最大值。半周期电流达到最大值。skxrktkkIeIikk212max81. 175. 135. 12 . 1，大型变压器在中小型变压器在比对稳态短路电流幅值之突然短路电流最大幅值sk第49页/共57页ksNkksNkNkkkkNNNkkzkIzkIIzIzzIU

28、III2i2i11maxmax或则或稳态短路电流的标幺值设外施电压为额定值，过电流情况分析过电流情况分析：设外施电压为额定值，设外施电压为额定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，则则短路瞬间的冲击电流很大。短路瞬间的冲击电流很大。5 .24055. 035. 12*maxksNkzkIi35. 1sk第50页/共57页二、 过电流的影响1、发热现象、发热现象：设外施电压为额定值，设外施电压为额定值，zk*=0.055，则则短路电流产生的铜损耗是正常铜损耗的短路电流产生的铜损耗是正常铜损耗的182倍。倍。影响：影响：。NNNkkNkIIIzzUI18055. 011*第51页/共57页二

29、、 过电流的影响2、电磁力作用、电磁力作用：设外施电压为额定值，设外施电压为额定值，zk*=0.055，则则电磁力（电磁力（由漏磁场和电流作用产生由漏磁场和电流作用产生）也与电流的平方）也与电流的平方成正比，绕组上产生很大的机械应力，径向有外张力成正比，绕组上产生很大的机械应力，径向有外张力和内压力，轴向里从绕组两端挤压绕组。和内压力，轴向里从绕组两端挤压绕组。措施：措施：。NNNkkNkIIIzzUI18055. 011*第52页/共57页第五节 变压器空载合闸时的瞬态过程 合闸瞬间的励磁电流 过电流的影响 继电保护的误动第53页/共57页一、瞬态过程（合闸瞬间的励磁电流）励磁电流瞬时值励磁

30、电流瞬时值im：磁化曲线回路电压方程)(sin211111mmiftUi rdtdN ，将电感视为常数，将电感视为常数Lav，则则avmmavLNiiNL1111)sin(21111111tULNrdtdNav的线性方程dtdNirrm1111很小，考虑第54页/共57页1. 合闸瞬间的励磁电流磁通的解，包括稳态分量磁通的解，包括稳态分量 1 和瞬态分量和瞬态分量 1 ：tLrmtLravavetCetNU11cos90sin90sin211 111电流。立即进入稳态，无冲击）接通电源瞬间（tmsin90210）励磁电流很大。磁路高度饱和（半周期后磁通最大）接通电源瞬间（mtLrmmavet2,cos0111第55页/共57页二、 空载合闸过电流的影响在最不利的的实况合闸，其中冲击电流只不过是几在最不利的的实况合闸，其中冲击电流只不过是几倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器本身无倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器本身无直接危害。直接危害。合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器的保合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器的保护装置误动作。护装置误动作。措施：合闸时串联限流电阻，（措施：合闸时串联限流电阻，（1）限制冲击电流；）限制冲击电流；（2）使其快速衰减。）使其快速衰减。第56页/共57页广东工业大学电力工程系 刘艺感谢您的观看！第57页/共57页