变压器动态优秀PPT.ppt

《变压器动态优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器动态优秀PPT.ppt（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、变压器动态第1页，本讲稿共18页第一节第一节变压器的过电流变压器的过电流一、空载投入电网时一次绕组的冲击电流一、空载投入电网时一次绕组的冲击电流二、二次侧突然短路时变压器的短路电流二、二次侧突然短路时变压器的短路电流三、突然短路时绕组上的电磁力三、突然短路时绕组上的电磁力第2页，本讲稿共18页一、空载投入电网时一、空载投入电网时一次绕组的冲击电流一次绕组的冲击电流 当变压器二次侧开路、一次侧投入电网时，一次侧的当变压器二次侧开路、一次侧投入电网时，一次侧的电压方程为电压方程为一次绕组的电阻链过一次绕组的总磁通 投入瞬间的初相角 一次绕组的匝数 电源电压的幅值空空载载时时，i1与与 之之间间为为

2、非非线线性性关关系系，所所以以是是一一个个非非线线性性微微分分方方程程。考考虑虑到到电电阻阻压压降降i1R1相相对对来来说说很很小小，以以磁磁通通量量 作作为为求求解解变变量量，将将i1用用 来来表表示示，i1=N1 /L1，L1为为一一次次绕绕组组的的自自感感，则则可可以改写成以改写成第3页，本讲稿共18页若若近近似似认认为为L1常常数数，则则是是一一个个常常系系数数线线性性微微分分方方程程，具具有有解解析析解解。其其解解由由两两部部分分组组成成：一一部部分分是是稳稳态态分分量量，另另一一部部分分是自由分量是自由分量，即，即式中，磁通稳态分量的幅值为式中，磁通稳态分量的幅值为第4页，本讲稿共

3、18页磁通与电源电压的相位差为磁通与电源电压的相位差为 A为自由分量的幅值，由初始条件确定。为自由分量的幅值，由初始条件确定。设投入电源（即设投入电源（即t=0）时，铁心内有剩磁）时，铁心内有剩磁r，代入解可得，代入解可得将将A代回到解中，最后可得代回到解中，最后可得 可见，如果投入瞬间初相角可见，如果投入瞬间初相角=-90，则投入时磁通的稳态分量，则投入时磁通的稳态分量为为-m,自由分量的幅值为（自由分量的幅值为（r+m）。此时如不计自由分量）。此时如不计自由分量的衰减，铁心中可能达到的最大磁通值将为（的衰减，铁心中可能达到的最大磁通值将为（r+2m），这），这将使铁心高度饱和，并使瞬时激磁

4、电流达到正常值的将使铁心高度饱和，并使瞬时激磁电流达到正常值的80100倍（或额定电流的倍（或额定电流的46倍），如图倍），如图32-32-1所示，这是一种最所示，这是一种最不利的情况。不利的情况。第5页，本讲稿共18页 事实上，随着时间的推移，自由分量将事实上，随着时间的推移，自由分量将逐步衰减，衰减的速度取决于时间常数逐步衰减，衰减的速度取决于时间常数T1=L1/R1。一般小变压器的电阻较大，。一般小变压器的电阻较大，T1较小，较小，故合闸的冲击电流经过几个周波就达到稳态值；故合闸的冲击电流经过几个周波就达到稳态值；大型变压器衰减得较慢，有的衰减过程可达几大型变压器衰减得较慢，有的衰减过程

5、可达几秒以上，使一次线路过电流保护装置动作，引秒以上，使一次线路过电流保护装置动作，引起跳闸。为此大型变压器在投入电源时，常在起跳闸。为此大型变压器在投入电源时，常在一次绕组中串入一个电阻，以减少冲击电流的一次绕组中串入一个电阻，以减少冲击电流的幅值并加快其衰减投入后再将该电阻切除。幅值并加快其衰减投入后再将该电阻切除。第6页，本讲稿共18页二、二次侧突然短路时二、二次侧突然短路时变压器的短路电流变压器的短路电流 设变压器的一次侧接到具设变压器的一次侧接到具有额定电压的电源，二次侧发有额定电压的电源，二次侧发生突然短路，此时，与短路电生突然短路，此时，与短路电流相比较，激磁电流的数值很流相比较

6、，激磁电流的数值很小，可以略去不计，因此可用小，可以略去不计，因此可用如图所示简化等效电路来研究。如图所示简化等效电路来研究。ik+&X+R+u1可列出突然短路时变压器的电压方程为可列出突然短路时变压器的电压方程为短路电阻 短路电感 解为解为 第7页，本讲稿共18页短路阻抗 稳态分量自由分量短路阻抗的阻抗角为短路阻抗的阻抗角为B为自由分量的幅值，由初始条件确定。为自由分量的幅值，由初始条件确定。设突然短路前变压器为空载，即设突然短路前变压器为空载，即t=0时，时，i0，则由解可得，则由解可得代入解，可得短路电流为代入解，可得短路电流为 第8页，本讲稿共18页 可见，在最不利的情况（可见，在最不

7、利的情况（=90）下短路）下短路时，如果不计自由分量时，如果不计自由分量i的衰减，突然短路电的衰减，突然短路电流的峰值可达到稳态短路电流流的峰值可达到稳态短路电流i的峰值的两倍，的峰值的两倍，考虑自由分量的衰减时，可达考虑自由分量的衰减时，可达1.21.8倍。一倍。一般变压器的稳态短路电流约为额定电流的般变压器的稳态短路电流约为额定电流的1220倍，故突然短路电流的峰值可达额定倍，故突然短路电流的峰值可达额定电流的电流的2030倍。倍。第9页，本讲稿共18页三、突然短路时绕组上的电磁力三、突然短路时绕组上的电磁力 绕组中的电流与漏磁场相作用，将产生电磁力，作绕组中的电流与漏磁场相作用，将产生电

8、磁力，作用在绕组上的电磁力与电流的平方成正比。突然短路时，用在绕组上的电磁力与电流的平方成正比。突然短路时，一次和二次绕组中的电流很大，所产生的强大的电磁力一次和二次绕组中的电流很大，所产生的强大的电磁力可使绕组损坏。可使绕组损坏。绕组所受电磁力的方向，可由左手定则确定。图绕组所受电磁力的方向，可由左手定则确定。图32-3a表表示漏磁场分布的示意图，把漏磁场分解为轴向分量示漏磁场分布的示意图，把漏磁场分解为轴向分量ba和径向分和径向分量量br，则绕组内的电流与轴向磁场作用后将产生径向电磁力，则绕组内的电流与轴向磁场作用后将产生径向电磁力fr；电流与径向磁场作用后将产生轴向电磁力；电流与径向磁场

9、作用后将产生轴向电磁力fa。如图。如图3b所示。所示。从图从图3b可见，就径向力可见，就径向力fr而言，高压绕组所受到的是张力，低而言，高压绕组所受到的是张力，低压绕组所受到的则是压力；就轴向力压绕组所受到的则是压力；就轴向力fa而言，高、低压绕组所而言，高、低压绕组所受到的都是压力。受到的都是压力。第10页，本讲稿共18页 通常漏磁场的轴向分量远大于径向分量，即通常漏磁场的轴向分量远大于径向分量，即frfa。但是从对绕组的破坏作用来看，因为圆筒。但是从对绕组的破坏作用来看，因为圆筒形绕组能承受较大的径向力而不变形，故轴向电磁形绕组能承受较大的径向力而不变形，故轴向电磁力的危害性更大，它使绕组

10、变形而坍塌。为使绕组力的危害性更大，它使绕组变形而坍塌。为使绕组能经受突然短路时电磁力的冲击，变压器各绕组之能经受突然短路时电磁力的冲击，变压器各绕组之间、绕组与铁轭之间、各线饼之间都要配置牢固的间、绕组与铁轭之间、各线饼之间都要配置牢固的支撑，保证有足够的机械强度。支撑，保证有足够的机械强度。第11页，本讲稿共18页第二节第二节 变压器的过电压变压器的过电压 一、过电压现象和分析一、过电压现象和分析 二、变压器的过电压保护二、变压器的过电压保护第12页，本讲稿共18页一、过电压现象和分析一、过电压现象和分析 操作过电压操作过电压 由电站、变电所的合闸、由电站、变电所的合闸、拉闸或系统短路所引

11、起的过电压拉闸或系统短路所引起的过电压 大气过电压大气过电压 输电线路遭受雷击、带电输电线路遭受雷击、带电云层在输电线上产生的静电感应和放电云层在输电线上产生的静电感应和放电所引起的过电压所引起的过电压 由于大气过电压的过电压倍数较高（可大额定电由于大气过电压的过电压倍数较高（可大额定电压的压的812倍），对变压器的危害较大，同时它的性质也倍），对变压器的危害较大，同时它的性质也较特殊，所以这里只介绍大气过电压现象和防护措施。较特殊，所以这里只介绍大气过电压现象和防护措施。第13页，本讲稿共18页 当输电线遭受直接雷击时，雷云所带的大量电荷通过放电路径落到输当输电线遭受直接雷击时，雷云所带的大

12、量电荷通过放电路径落到输电线上，这些自由电荷向输电线两断传播，形成高压雷电冲击波。雷电波电线上，这些自由电荷向输电线两断传播，形成高压雷电冲击波。雷电波（行波）的传播速度接近于光速，其持续时间只有几十微秒，波头（即电（行波）的传播速度接近于光速，其持续时间只有几十微秒，波头（即电压由零上升到最大值的时间）只有几微秒，如图压由零上升到最大值的时间）只有几微秒，如图32-4所示。如果把雷电波所示。如果把雷电波的波头部分看作为一个高频正弦波的起始四分之一段，则上述冲击波达到的波头部分看作为一个高频正弦波的起始四分之一段，则上述冲击波达到变压器出线端时，相当于在变压器的端点上加一个高频电压。变压器出线

13、端时，相当于在变压器的端点上加一个高频电压。由于雷电波的波头相当于一个高频电压，所以在分析变压器的过电由于雷电波的波头相当于一个高频电压，所以在分析变压器的过电压现象时，必须考虑匝间、线饼之间、高低压绕组之间以及绕组和铁心压现象时，必须考虑匝间、线饼之间、高低压绕组之间以及绕组和铁心（对地）之间的电容，此时变压器将成为一个具有电阻、电感和电容的（对地）之间的电容，此时变压器将成为一个具有电阻、电感和电容的分布参数电路，如图分布参数电路，如图32-5所示。当冲击波到达变压器时，开始时由于所示。当冲击波到达变压器时，开始时由于频率很高，频率很高，L很大，很大，1/C很小，所以绝大部分电流将从高压绕

14、组的匝间很小，所以绝大部分电流将从高压绕组的匝间电容电容Ct和对地电容和对地电容CFe中流过，流过绕组中的电流接近于中流过，流过绕组中的电流接近于0；此外，由于低；此外，由于低压绕组靠近铁心，它的对地电容压绕组靠近铁心，它的对地电容CFe较大，容抗很小，故可近似认为低压绕组较大，容抗很小，故可近似认为低压绕组接地。于是在雷电冲击波的初始阶段，也用图接地。于是在雷电冲击波的初始阶段，也用图32-6所示仅含电容的链形电路所示仅含电容的链形电路作为高压绕组的等效电路，图中作为高压绕组的等效电路，图中CFe为等效对地电容；为等效对地电容；Ct为匝间电容。为匝间电容。第14页，本讲稿共18页 从图从图3

15、2-6可见，由于存在对地电容可见，由于存在对地电容CFe，当冲击波袭击时，每个匝间电容，当冲击波袭击时，每个匝间电容Ct中流过的电流都不相等；因此沿绕组高度方向的电压分布也是不中流过的电流都不相等；因此沿绕组高度方向的电压分布也是不均匀的。图均匀的。图32-7和图和图32-8中的曲线中的曲线1分别表示绕组中点孤立和绕组中点接分别表示绕组中点孤立和绕组中点接地两种情况下，沿绕组的初始电压分布；图中地两种情况下，沿绕组的初始电压分布；图中U是变压器出线端处冲击波是变压器出线端处冲击波电压的幅值。从图电压的幅值。从图7和图和图8可见，无论是中点孤立还是中点接地，靠可见，无论是中点孤立还是中点接地，靠

16、近绕组首端近绕组首端A的头几匝间出现很大的电位梯度，最高的匝间电压可的头几匝间出现很大的电位梯度，最高的匝间电压可达正常工况下的达正常工况下的50200倍，使头几匝的匝间绝缘受到很大的威胁。倍，使头几匝的匝间绝缘受到很大的威胁。当当冲冲击击波波的的高高频频效效应应逐逐步步减减退退时时，绕绕组组电电感感的的作作用用将将逐逐步步显显示示出出来来；此此时时等等效效电电路路中中的的LC回回路路将将引引发发电电磁磁振振荡荡。图图32-7和和图图32-8中中的的曲曲线线3表表示示振振荡荡过过程程中中绕绕组组上上受受到到的的最最高高电电压压，从从图图可可见见，在在绕绕组组的的某某些些部部位位（中中点点孤孤立

17、立时时绕绕组组的的末末端端处处，中中点点接接地地时时绕绕组组的的首首端端附附近近），其对地绝缘（主绝缘）可受到比雷电波峰值，其对地绝缘（主绝缘）可受到比雷电波峰值U还要高的电压。还要高的电压。最最后后，电电磁磁振振荡荡衰衰减减完完毕毕，绕绕组组沿沿高高度度方方向向的的电电压压将将按按绕绕组组的的电电阻阻重重新新分分布布，如如图图32-7和和图图32-8中中的的曲曲线线2所所示示，此此时时，电电压压的的分分布布是是一一条条直线。直线。第15页，本讲稿共18页二、变压器的过电压保护二、变压器的过电压保护 为了防止绕组绝缘在过电压时被击穿，就外部而为了防止绕组绝缘在过电压时被击穿，就外部而言，可用装

18、设避雷器的办法来加以保护；从变压器内言，可用装设避雷器的办法来加以保护；从变压器内部来讲，可采用以下两种办法：部来讲，可采用以下两种办法：第16页，本讲稿共18页加强绝缘加强绝缘 除加强高压绕组的对地绝缘外，还应加强首除加强高压绕组的对地绝缘外，还应加强首端和末端附近部分线匝的绝缘（图端和末端附近部分线匝的绝缘（图32-9），以承受），以承受初始电压分布不均匀所引起的较高的匝间电压初始电压分布不均匀所引起的较高的匝间电压。第17页，本讲稿共18页增大匝间电容增大匝间电容 分析表明，匝间电容分析表明，匝间电容Ct比对地电容比对地电容CFe愈大，愈大，初始电压分布就愈均匀，电位梯度也小。过去是用初始电压分布就愈均匀，电位梯度也小。过去是用加装静电环或静电屏的电容补偿法来增大匝间电容，加装静电环或静电屏的电容补偿法来增大匝间电容，如图如图32-9所示；由于制造工艺复杂，效果有限，目所示；由于制造工艺复杂，效果有限，目前以用得不多。在前以用得不多。在110kV级以上的大型变压器中，目级以上的大型变压器中，目前广泛采用纠结式或部分纠结式线圈；此法能显著前广泛采用纠结式或部分纠结式线圈；此法能显著增大线饼之间的电容，相对来说是一种较好的方法增大线饼之间的电容，相对来说是一种较好的方法。第18页，本讲稿共18页