三相变压器的不对称运行及瞬态过程.pptx

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1、会计学1三相变压器的不对称运行及瞬态过程三相变压器的不对称运行及瞬态过程本章内容本章内容对称分量法1三相变压器的各序阻抗及其等效电路2三相变压器Yyn连接单相运行3变压器二次侧突然短路时的瞬态过程4变压器空载合闸时的瞬态过程5第1页/共50页4-1 4-1 对称分量法对称分量法对称分量法对称分量法不对称运行状态的主要原因：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外施电压不对称外施电压不对称。三相电流也不对称。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。当初级外施电压对称，三相电流不对称。不对称的三相电

2、流流经变压器，导致各相阻抗压对称。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。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。着重分析着重分析着重分析着重分析n n不对称运行的分析方法不对称运行的分析方法n n正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法n n危危害害性性三三相相变变压压器器在在Y Y，ynyn连连接接时时相相电电压压中中点点浮浮动动的的原因及其危害原因及其危害第2页/共50页对称分量法对称分量法n n对对对

3、对称称称称的的的的三三三三相相相相系系系系统统统统：三三相相中中的的电电压压UaUa、UbUb、UcUc对对称称，只只有有一一个个独独立立变变量量。如如三三相相相相序序为为a a、b b、c c，由由UaUa得得出其余两相电压出其余两相电压 Ub=Ub=2 2 Ua,Uc=UaUa,Uc=Uan n复数算子复数算子复数算子复数算子e ej120j120e e-j240-j240=cos120+j sin120=cos120+j sin120 2 2e ej240j240e e-j120-j1203 3e ej360j360e ej0j01 1n n三三三三相相相相不不不不对对对对称称称称系系系

4、系统统统统：三三三三相相相相中中中中的的的的电电电电压压压压UaUaUaUa、UbUbUbUb、UcUcUcUc互互互互不不不不相相相相关关关关大小不一定相等，相位关系不固定大小不一定相等，相位关系不固定 UaUa、UbUb、UcUc为三个独立变量为三个独立变量ABC第3页/共50页对称分量法对称分量法n n对称分量法对称分量法是分析三相不对称运行的基本方法。在以后是分析三相不对称运行的基本方法。在以后的章节中还会用到。的章节中还会用到。任意一组三相不对称的物理量（电压、电流等）均可分任意一组三相不对称的物理量（电压、电流等）均可分解成三组同频率的对称的物理量。解成三组同频率的对称的物理量。以

5、电流为例，说明如下：以电流为例，说明如下：第4页/共50页对称分量法对称分量法n n把把把把不对称不对称不对称不对称的三相系统分解为三个独立的对称系统，的三相系统分解为三个独立的对称系统，的三相系统分解为三个独立的对称系统，的三相系统分解为三个独立的对称系统，即正序系统、即正序系统、即正序系统、即正序系统、负序系统负序系统负序系统负序系统和和和和零序系统零序系统零序系统零序系统n n下标下标“+”、“-”、“0 0”分别表示正序、负序和零分别表示正序、负序和零序序第5页/共50页例题例题1.设有一不对称三相电压将其分解为对称分量。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

6、：分解为对称分量：第6页/共50页对称分量法对称分量法n n结论（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叠加便得到不对称运行情形。（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）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数的电路中。第7页/共50页4-2 4-2 三相变压器的各序阻抗及其等效电路三相变压器的各序阻抗及其等效电路三相变压器的各序阻抗及其等效电路三相变压器的各序阻抗及其等效电路n n正序阻抗和正序等效电路正序阻抗和正序等效电路 前几节所讲的等效电路实际上是三相变压器的正前几节所讲的等效电路实际上是三相变压器的正序等

7、效电路，其简化等效电路图如图所示序等效电路，其简化等效电路图如图所示 rk+xk+UA+-Ua+.IA+=-Ia+.第8页/共50页三相变压器的各序阻抗及其等效三相变压器的各序阻抗及其等效电路电路n n负序阻抗和负序等效电路负序阻抗和负序等效电路 对负序分量而言，其等效电路与正序没有什么对负序分量而言，其等效电路与正序没有什么不同，因为各相序电流在相位上也是彼此相差不同，因为各相序电流在相位上也是彼此相差120120，至于是，至于是B B相超前相超前C C相，还是相，还是C C相超前相超前B B相，变压器内部相，变压器内部的电磁过程都是一样的。于是负序等效电路与正序一的电磁过程都是一样的。于是

8、负序等效电路与正序一样样 rk-xk-UA-Ua-.IA-=-Ia-.第9页/共50页三相变压器的各序阻抗及其等效三相变压器的各序阻抗及其等效电路电路n n零序阻抗和零序等效电路零序电流所遇到的阻抗与磁路结构有很大关系零序电流所遇到的阻抗与磁路结构有很大关系零序电流所遇到的阻抗与磁路结构有很大关系零序电流所遇到的阻抗与磁路结构有很大关系 1.1.零序电流在变压器绕组中的流通情况零序电流在变压器绕组中的流通情况2.2.零序等效电路零序等效电路3.3.零序磁通在变压器铁芯中流通路径零序磁通在变压器铁芯中流通路径4.4.零序激磁阻抗测量方法零序激磁阻抗测量方法第10页/共50页三相变压器的零序阻抗和

9、零序等效电路三相变压器的零序阻抗和零序等效电路三相变压器的零序阻抗和零序等效电路三相变压器的零序阻抗和零序等效电路零序阻抗及零序等效电路相对比较复杂一些：零序阻抗及零序等效电路相对比较复杂一些：零序阻抗及零序等效电路相对比较复杂一些：零序阻抗及零序等效电路相对比较复杂一些：1 1 1 1、零序电流能否流通与绕组连接方式有关；、零序电流能否流通与绕组连接方式有关；、零序电流能否流通与绕组连接方式有关；、零序电流能否流通与绕组连接方式有关；2 2 2 2、零序阻抗的大小与磁路系统、零序阻抗的大小与磁路系统、零序阻抗的大小与磁路系统、零序阻抗的大小与磁路系统(独立或相关独立或相关独立或相关独立或相关

10、)有关。有关。有关。有关。零序电流为：同相、交流电第11页/共50页1.1.零序电流在变压器绕组中的流通零序电流在变压器绕组中的流通零序电流在变压器绕组中的流通零序电流在变压器绕组中的流通Y Y Y Y：无法流通无法流通无法流通无法流通YNYNYNYN：可以流通：可以流通：可以流通：可以流通D D D D：线线线线电电电电流流流流不不不不能能能能流流流流通通通通零零零零序序序序电电电电流流流流，但但但但其其其其闭闭闭闭合合合合的的的的相相相相绕绕绕绕组组组组回回回回路路路路能能能能为为为为零零零零序序序序电电电电流流流流提提提提供供供供通通通通路路路路。如如如如果果果果另另另另一一一一方方方方

11、有有有有零零零零序序序序电电电电流流流流，通通通通过过过过感感感感应应应应也也也也会会会会在在在在D(D(D(D(或或或或d)d)d)d)接接接接法法法法绕绕绕绕组组组组中中中中产产产产生生生生零零零零序序序序电流电流电流电流。三相变压器可能的接法(共8种):(1)Yy；YNy；Yyn (2)Yd；YNd (3)Dy；Dyn (4)Dd零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关：第12页/共50页8种接法中，无零序电流的接法：(1)Yy：两侧都无法流通I0，铁心中无F0(2)Yd：若电源侧不对称，Y中无法流通I0，铁心中无F0，故不能在d侧感应产生I0；若负载不对称，则线电流无I0，则相电流中也

12、无I0，铁心中无F0，则Y中不会感应E0(3)Dy：若电源侧不对称，线电压中无零序分量电压，相电流中无I0，铁心中无F0，故不会在y侧感应E0；若负载不对称，则线、相电流无I0，铁心中无F0，则D中不会感应E0(4)Dd：若电源侧不对称，线电压中无零序分量电压，相电流中无I0，铁心中无F0，故不会在d侧感应E0；若负载不对称，则线电流无I0，相电流中也没有I0，铁心中无F0，则D中不会感应E0第13页/共50页8种接法中，可能有零序电流的接法：(3)YNy：若电源侧有零序电压，YN中流通I0，铁心中有F0。y侧感应E0，y侧无I0；若负载不对称，则线、相电流无I0，铁心中无F0，则YN中不会感

13、应E0 电源中有零序电压是YNy产生零序电流的原因(2)Yyn：若电源侧不对称(有零序电压)，Y中无法流通I0，铁心中无F0，故在yn侧不会感应E0，yn侧无I0；若负载不对称，则有中线电流(或者相电流有I0)，则铁心中有F0，则Y侧会感应E0(但Y侧不会有I0)负载不对称是Yyn产生零序电流的原因(1)YNd：若电源侧不对称(有零序电压)，YN中流通I0，铁心中有F0，故在d侧感应产生E0，d侧绕组内流通I0(但不能流向负载)；若负载不对称，则线电流无I0，则相电流中也无I0，铁心中无F0，则YN中不会感应E0 电源中有零序电压是YNd产生零序电流的原因(4)Dyn：若电源侧不对称，线电压中

14、无零序分量电压，相电流中无I0，铁心中无F0，故不会在yn侧感应E0；若负载不对称，则有中线电流(或者相电流有I0)，则铁心中有F0，则D侧会感应E0，产生I0(但I0不会流向电源)负载不对称是Dyn产生零序电流的原因第14页/共50页2.零序等效电路零序等效电路4种可能有零序电流的接法中，只分析对运行影响大的2种接法：YNd、Yyn(1)YNd接法的零序等效电路零序电流由电源中零序电压引起第15页/共50页d连接是闭合绕组，等效电路的次级侧为短路YNd接法的零序阻抗很小。电源有较小的U0，会引起较大的零序电流，导致变压器过热。故应有保护措施，监视中线电流。初级、次级侧均能流通零序电流，但不能

15、流向次级侧负载电路第16页/共50页(2)Yyn(2)Yyn接法零序等效电路接法零序等效电路接法零序等效电路接法零序等效电路零序电流由次级侧有中线电流引起(负载不对称)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。Z0大小与变压器的磁路有关第17页/共50页3.3.零序磁通在铁芯中的流通路径零序磁通在铁芯中的流通路径零序磁通在铁芯中的流通路径零序磁通在铁芯中的流通路径零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有关关关关第18页

16、/共50页(1)三相磁路独立三相磁路独立n n零序磁通路径与正序、负序磁路相同，磁阻较小，激磁阻抗较大Zm0=Zm=rm+jxm 第19页/共50页(2)三相磁路相关三相磁路相关n n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，零序激磁阻抗较小 Z Zm0m0 Z Zm mZm0*大约为0.3 1Zm*大约是20以上第20页/共50页4.4.零序激磁阻抗测量方法零序激磁阻抗测量方法零序激磁阻抗测量方法零序激磁阻抗测量方法n nYynYynYynYyn(YNy)(YNy)(YNy)(YNy)：模拟施加三相零序电压模拟施加三相零序电压模拟施加三相零序电压模拟施加三相零序电压YynY

17、yn：把把把把次次次次级级级级三三三三个个个个相相相相绕绕绕绕组组组组按按按按首首首首尾尾尾尾次次次次序序序序串串串串联联联联，接接接接到到到到单单单单相相相相交交交交流流流流电电电电源源源源。初初初初级级级级方方方方开开开开路路路路。测测测测量量量量电电电电压压压压U U U U、电电电电流流流流I I I I和和和和输输输输入入入入功功功功率率率率P P P P，计计计计算算算算出出出出零零零零序序序序激激激激磁磁磁磁阻阻阻阻抗抗抗抗。(零零零零序序序序原原原原因因因因：次次次次级级级级不对称不对称不对称不对称)YNd (Dyn)：zk0zk 无需另行测量第21页/共50页4-3 三相变压

18、器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行零序电流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，有初级侧无零序电流，但感应零序（相）电势，有较大零序阻抗。较大零序阻抗。如果如果Z Z0 0较大，较小的中线电流会造成相电压较大较大，较小的中线电流会造成相电压较大的不对称。其的不对称。其不对称的程度还与变压器的磁路有关不对称的程度还与变压器的磁路有关不对称的程度还与变压器的磁路有关不对称的程度还与变压器的磁路有关。n n假设：外施电压为对称三相电压假设：外施电压为对称三相电压n n目的：分析目的：分析目的：分

19、析目的：分析Y Y Y Y，ynynynyn接法中的零序电流的影响接法中的零序电流的影响接法中的零序电流的影响接法中的零序电流的影响第22页/共50页三相变压器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行已知变压器参数和一次侧外施电压已知变压器参数和一次侧外施电压n n负载电流负载电流I In n初级侧电流初级侧电流IAIA、I IB B、I IC Cn n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、UbUb、UcUc。第23页/共50页步骤步骤1 电压分析电压分析外施线电压为对称外施线电压为对称外施线电压为对称外施线电压为对称，即，即，即，即U U

20、U UABABABAB、U U U UBCBCBCBC、U U U UCACACACA对称对称对称对称(正序正序正序正序)设由已知条件，线电压是正序对称，故UAB-、UBC-、UCA-为0。或者UA-=UB-=UC-=0，则相电压为第24页/共50页步骤步骤步骤步骤2 2 相序方程式相序方程式相序方程式相序方程式rk+xk+UA+-Ua+.IA+=-Ia+.rk-xk-UA-=0-Ua-.IA-=-Ia-.第25页/共50页步骤步骤步骤步骤3 3 列出端点方程列出端点方程列出端点方程列出端点方程则或第26页/共50页步骤步骤4 求解求解重列上述方程：未知数：Ua+、Ua-、Ua0、Ia+、Ia

21、-、Ia0共六个。方程数6个。可以求解可求得或第27页/共50页则等效电路为负载电流为：第28页/共50页原方电流为：副方a电压为：副方b、c电压类似：第29页/共50页原方A相电压为：（Ua表达式中，略去Zk、Z2项）同理可得B、C相电压：相量图为：中点浮动：相电压中点偏离线电压几何中心第30页/共50页关于中点浮动关于中点浮动关于中点浮动关于中点浮动n n外施线电压对称，当次级侧接外施线电压对称，当次级侧接有单相负载后，在每相电压上有单相负载后，在每相电压上都叠加有零序电势，造成相电都叠加有零序电势，造成相电压不对称，在相量图中表现为压不对称，在相量图中表现为相电压中点偏离了线电压三角相电

22、压中点偏离了线电压三角形的几何中心。形的几何中心。n n中点浮动的程度主要取决于零中点浮动的程度主要取决于零序电势序电势E0，E0的大小取决于零的大小取决于零序电流的大小和磁路结构：序电流的大小和磁路结构：第31页/共50页三相变压器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行n n三芯柱结构三芯柱结构三芯柱结构三芯柱结构，零序磁通的磁阻较大，零序磁通的磁阻较大(即即zm0zm0较小较小)。适。适当地限制中线电流，则当地限制中线电流，则E0E0不会太大。运行规程规定不会太大。运行规程规定三芯柱变压器如按三芯柱变压器如按Y Y，ynyn接法运行应限制中线电流不接法运行应限制中线电流不超过超过0.25

23、 IN0.25 IN。中线电流中线电流I I0 0I Ia a+I+Ib b+I+Ic c3I3Ia0a0 则：则：I Ia0a0应小于应小于0.0833IN0.0833IN设设z zm0*m0*=0.6=0.6，I Ia0a0=0.0833IN=0.0833IN则则E E0*0*I Ia0*a0*z zm0*m0*0.050.05，相电压偏移不大。，相电压偏移不大。影响影响：零序磁通途经变压器油箱，引起油箱壁局部发热。：零序磁通途经变压器油箱，引起油箱壁局部发热。第32页/共50页三相变压器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行n n三相变压器组三相变压器组三相变压器组三相变压器组，各相磁

24、路独立，零序磁阻较小，各相磁路独立，零序磁阻较小，Z Zm0m0Z Zm m。很小的零序电流也会感应很大的零序电势，中点。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。有较大的浮动，造成相电压严重不对称。如一相发生短路，即如一相发生短路，即Z ZL L0 0 -I=3U -I=3UA+A+/Z/Zm m=3I=3I0 0 短路电流仅为正常激磁电流的短路电流仅为正常激磁电流的3 3倍倍U Ua a0 0，则，则E E0 0U UA+A+，零序电势大，中点浮动到零序电势大，中点浮动到A A顶点顶点叠加于叠加于BCBC相，相，B B、C C相电压均等于原额定线电压。相

25、电压均等于原额定线电压。结论结论：三相变压器组不能接成三相变压器组不能接成三相变压器组不能接成三相变压器组不能接成Y Y Y Y，ynynynyn运行运行运行运行。第33页/共50页三相变压器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行小结小结n n不对称运行的分析常采用对称分量法不对称运行的分析常采用对称分量法把不对称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

26、统的分析结果叠加起来，便得到不对称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。运行时总的分析结果。n n零序分量电流三相同相，其流经变压器的情况与变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：压器的连接方法有关：Y Y，y y；Y Y，d d；D D，y y；D D，d d连接无零序电流。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连接零序电流在双侧绕组内均可流通。通。YNYN，y y；Y Y，ynyn连接零序电流只能在连接零序电流只能在YNYN、ynyn侧流通。侧流通。n n在零序电流可以流通的连接组中，其零序阻抗的

27、大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。小还与变压器的磁路结构有关。第34页/共50页三相变压器三相变压器Yyn连接单相运行连接单相运行不对称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35页/共50页例题例题2.三个相同的单相变压器接成三相变压器组Dyn11，有：uk=5%，uka=2%，pFe=1%PN，I0=5%IN，副方接单相电阻负载r*=1。求：负载电流，零序电压等效电路参数计算：建立端点方程式：分解为对称分量：第36页/共50页各相序等效电路：相序方程式：

28、（标幺值表示）联立求解：零序电压：由于初级对零序电势相当于有短路作用，削弱了零序磁通，零序电压很小。第37页/共50页思考题思考题4-2 决定零序阻抗的因素有哪些？4-4 Y,yn0不可以用于三相变压器组的原因4-5 如何测量零序激磁电抗？第38页/共50页作业作业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39页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程第40页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程n n突然短路电流突然短路电

29、流稳态短路电流分量-决定于电压和短路阻抗的大小瞬态短路电流分量还与短路时电压初相较有关第41页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程突然短路电流的最大值与衰减1.当K时，瞬态电流分量为0，短路后立刻进入稳态。2.当K90时，瞬态分量有最大值，在短路后的半周期电流达到最大值。第42页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程第43页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程过电流的影响过电流情况分析：设外施电压为额定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，则短路瞬间的冲击电流很大。第44页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级

30、侧突然短路时的瞬态过程发热现象：设外施电压为额定值，zk*=0.055，则短路电流产生的铜损耗是正常铜损耗的182倍。影响：使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过热保护热保护。第45页/共50页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程电磁力作用：电磁力（由漏磁场和电流作用产生）也与电流的平方成正比，绕组上产生很大的机械应力，径向有外张力和内压力，轴向里从绕组两端挤压绕组。措施：加强绕组的机械强度；加强绕组的机械强度；设计较大的短路阻抗限制电流设计较大的短路阻抗限制电流。第46页/共50页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l合闸瞬间的励磁电流励磁电流瞬时值im：r1im的值很小。假设电感为常数Lav，则:第47页/共50页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磁通的解，包括稳态分量1和瞬态分量1：(1)接通电源瞬间=0(2)接通电源瞬间=90第48页/共50页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空载合闸过电流的影响数倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器本身无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护装置误动作措施：合闸时串入限流电阻，（1）限制冲击电流；（2）使其快速衰减。第49页/共50页