变压器的第2象限运行

专题综述变压器的第2象限运行蒋光祖（上海电压调整器制造有限公司，上海２０００６５）1前言把变压器二次空载电压U２０的相量置于水平的x轴，磁通Φ相量置于垂直的y轴（见图１中相量OO及Φ），此x与y轴划分了４个象限。一般情况下变压器带R－L负载，二次电流出现在第４象限；带R－C负载，二次电流出现在第１象限。笔者拟对变压器第２象限的运行情况做一粗浅的分析。24个象限的能量流向从象限划分可见，电流相量在x轴上部的y轴分量属于容性无功电流，该电流向电网馈送无功，而电流相量在x轴下部的y轴分量属于感性无功电流，该电流向电网索取无功。进一步可见，电流相量在y轴右侧的x轴分量属于阻性电流，该电流向电网索取有功，而电流相量在y轴左侧的x轴分量也属于阻性电流，但向电网馈送有功。４象限能量流向如图１所示，１～４象限中标注说明如下：（１）第１象限向电网索取有功，并馈送无功。（２）第２象限向电网馈送有功，并馈送无功。（３）第３象限向电网馈送有功，并索取无功。（４）第４象限向电网索取有功，并索取无功。3设定条件为绘制图１相量图作出以下设定。设定U２０＝UOO′＝１；为充分表达出电流运行于４个象限的差别，因此有意夸大了通常变压器的短路阻抗百分数，设定Uk＝５０％；并设短路阻抗的功率因数角为８０°（接近常态）；再设图１中第１和第４象限的二次电流为I２１和I２４，并与x轴（U２０）的夹角分别为＋７５°和－７５°；而第２象限的电流I２２刚好是第４象限I２４的反向电流，第３象限的电流I２３又刚好是I２１的反向电流。44象限相量图当变压器常态带R－L负载时，二次电流工作于第４象限，此时短路阻抗三角形的电阻分量UR与I２４同向，见图１中U４４′相量，而短路阻抗的电抗分量UX相对UR逆时针转９０°，见图１中U４０′相量，进而合成短路阻抗UR＝U４０′＝５０％，见图１中U４０′相量。因此二次负载电压U２４＝U０４＝０．５，见图１中U２４相量。I２１属于变压器带R－C负载，处于第１象限。此时的UR与I２１同向，见图１中U０′１′，而UX相对于UR即U０′１′，顺时针转９０°，见图１中U１′１相量，进而合成短路阻抗UK＝U０′１＝５０％，见图１中U０′１相量。因此二次负载电压U２１＝U０１≈１．５，见图１中U２１相量。I２２属于变压器带反R－L负载，是工作于第４象限电流I２４的O点对称电流，处于第２象限工作状态，其短路阻抗仍然存在，其中短路阻抗的电阻分量UR＝U０′２′与I２２同向；但它的电抗分量，与第１象限性质一致，将顺时针转９０°，UX＝U２′２合成UK＝U０′２＝５０％，大小不变。因此二次负载电压U２＝U０２≈１．４８，见图１中U２２相量。对工作于第３象限的I２３电流可视作第１象限I２１的O点对称电流。变压器存在阻抗，流过I２３电流同样存在短路阻抗三角形，其中UR＝U３３′与I２３同向，而UX与第４象限同一性质，呈逆时针转９０°，UX＝U３′０′，合成UK＝U３０′＝５０％，大小不变，因此第３象限的二次负载电压U２３＝U０３≈０．５８，见图１中U２３相量。以上４象限的二次电压大小均由作图而得，其精确度与公式计算结果近似。从４个象限的负载电压U２１～U２４可见，当变压器流过x轴上部的容性电流时实际负载电压U２１与U２２均大于空载电压U２０；而当变压器流过x轴下部的感性电流时实际负载电压U２３与U２４均小于空载电压U２０。5第2象限的运行第２象限的反电感电流已应用于变压器的对接互馈负载试验之中。当变压器互馈试验时，作为负载的变压器就处于第２象限的工作状态。它承受的就是反向感性电流。它的一次虽然也接于电网，但它没有直接从一次侧电网索取能量，反而从它的二次侧第45卷第12期2008年12月TRANSFORMERVol．４５DecemberNo．１２２００８第45卷吸取能量（包括有功和无功），然而把有功耗于自身的空载损耗与负载损耗，再把无功馈送还给一次电网，这里没有接上任何电容，但这种变压器恰恰是流过了一个反电感电流，即容性无功电流，其特征正如图１相量图中第２象限I２２引出的所有电压、电流相量所示。对变压器第２象限反感性电流的运行，笔者设想还可应用于电网的输配电系统。在两台或两台以上变压器并联运行时（如图２所示），当遇到夜间变压器处于低载且输配线路存在各种对地及线间电容而造成大量容性电流，使输配电压剧烈升高时，可通过变换某一个或一部分闲置的变压器，如图２中B２的抽头换接开关K２的位置，使这一个或这一些变压器处于反感性电流，即处于第２象限运行状态。这对主输配电变压器B１而言，恰是一个人为的感性电流，如图２中IL。此IL用以补偿线路电容造成的IC。这样B１的负载会出现如图１中I２１与I２４的合成现象。如果匹配恰当，这二者的合成仅是一个较小的阻性电流，这样就可使图２中１０kV级的输配网上不再出现因在第１象限运行而造成的电压剧烈升高现象。图２中有载调节开关K实现的仅是有级调节。如果用窄调程感应调压器或用柱式调压器加串联补偿变压器方案替代有载开关，则能实现图２中IL的带载无级连续平滑的调节。当然这是对IL调节手段的探讨，不在此进一步详述。如上述方案可行，则完全有必要对调节手段进一步改进，以求调节更能达到理想的状态。6结束语以上是笔者对变压器第２象限运行的初步分析，希望从事变压器、电网工作及所有对其感兴趣的各方面专家及工程技术人员提出建议，并共同参与变压器第２甚至第３象限运行的探讨。I２２I２１ΦI２３I２４U２３U２４U２０U２２U２１２１４O２′３′４′１′３O′图１４象限运行相量图３５kVA１２３K１a１０kVICCCB１ILA１２３K２B２图２第２象限运行变压器在输配电网中的应用示意图２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２２《变压器》杂志征稿启事《变压器》杂志是由沈阳变压器研究所主办的国内外公开发行的变压器专业技术期刊，主要刊载变压器、互感器、电抗器、调压器等类产品的技术文章。欢迎国内外专家、学者和广大科技人员踊跃投稿。本刊对来稿要求如下：（１）来稿务必论点明确，文字精练流畅，层次分明，用字规范，应用成果实事求是，数据可靠。（２）来稿需分别以中、英文给出标题、摘要、关键词及图和表的名称。（３）来稿应提供作者简介，包括作者姓名、出生年、性别、籍贯、单位名称、职务、职称、从事的主要工作。论文如为基金项目，请在文章首页底脚处注明基金项目来源及编号。（４）文中物理量和单位符号应符合国家标准。（５）文中插图线条应均匀，主、辅线粗细比例为２∶１。照片要清晰。（６）参考文献应选最主要的列入，其著录格式应符合国家标准。投稿方式要求如下：（１）通过电子邮件投稿，本编辑部收到稿件后，即刻回复告知稿件已收到。（２）为便于联系，请作者注明详细通讯地址、邮编、联系电话、手机、传真。联系地址：沈阳市和平区三好街３５号南科大厦《变压器》杂志编辑部邮编：１１０００４电话：（０２４）２３９２９３７５２３９２９３７６传真：[phone]电子邮件：[e-mail][e-mail]26