第五章 电力系统中的特种变压器

电气工程与自动化专业第五章电力系统中的特种变压器电气工程与自动化专业本章内容三绕组变压器1自耦变压器2互感器3电气工程与自动化专业第一节三绕组变压器电气工程与自动化专业三绕组变压器•结构特点三绕组变压器的结构和双绕组变压器相似，在每个铁芯柱上同心排列着三个绕组，即高压绕组l、中压绕组2、低压绕组3相互间传递功率较多的绕组应当靠得近些132231C123321CYY升压变压器降压变压器电气工程与自动化专业三绕组变压器•电压方程式以降压变压器为例，从高压电网传送来的功率分别传送到中压电网和低压电网。U1、U2、U3分别表示高压、中压和低压电压。用每—绕组的自感系数和各绕组间的互感系数作为基本参数。令L1、L2、L3为各绕组自感系数，M12＝M21为1与2绕组间互感系数；M13=M31为1与3绕组间互感系数；M23=M32为绕组2与3间互感系数。123321U1.I1.U2.U3.I3.I2.电气工程与自动化专业三绕组变压器•当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式：L1、L2、L3为各绕组自感系数M12＝M21为1与2绕组间互感系数M13=M31为1与3绕组间互感系数M23=M32为绕组2与3间互感系数232131333333231212222231321211111IMjIMjILjIrUIMjIMjILjIrUIMjIMjILjIrU1213322331132112kkNNkNNkNNk电气工程与自动化专业三绕组变压器归算至初级侧的电压方程：232131333333231212222231321211111''''''''''''''''''''IMjIMjILjIrUIMjIMjILjIrUIMjIMjILjIrU磁势平衡式：032101332211''IIIIININININ电气工程与自动化专业三绕组变压器忽略励磁电流，做简化处理，定义：122313331323122223131211'''''''''''MMMLxMMMLxMMMLx组合电抗x1、x2、x3，是各绕组的自感电抗以及各绕组间的互感电抗的组合，具有漏电抗的性质。电气工程与自动化专业三绕组变压器电气工程与自动化专业三绕组变压器组合参数的实验测定:•进行三次不同的短路试验测定每两绕组间的短路阻抗zk12、zk13、zk23，再分离出r1、r2、r3和x1、x2、x3•x1、x2、x3的数值与各绕组在铁芯上的相对位置有关。降压变压器按图5—1(b)排列，中压绕组放在中间，高、低压绕组距离为最大，xk13最大，约为xk12、xk23之和。标准连接组：•三相三绕组变压器的标准连接组为YN，yn0，d11和YN，yn0，y0•单相三绕组变压器的标准连接组为I，I0，10电气工程与自动化专业三绕组变压器容量配合•容量——绕组通过功率的能力•三绕组变压器有一个初级侧和二个次级侧。两个次级侧的负载分配无固定关系•只要两个次级侧电流各自不超过额定值，两个次级侧电流归算至初级侧的相量和的值不超过初级侧额定电流，各种运行的配合都是允许的•通常采用变压器高压绕组的额定容量作为各绕组的容量基值电气工程与自动化专业第二节自耦变压器电气工程与自动化专业自耦变压器双绕组变压器的高压绕组和低压绕组串联连接便成为自耦变压器AaXxF.AXaxE1.E2.U1.I1.I2.I.U2.电气工程与自动化专业自耦变压器•自耦变压器的结构特点双绕组变压器的一侧绕组作为自耦变压器的公共绕组，为初、次级侧所共有另一侧绕组作为自耦变压器的串联绕组，串联绕组与公共绕组共同组成自耦变压器的高压绕组。自耦变压器可作为升压变压器运行，也可作为降压变压器运行。F.AXaxE1.E2.U1.I1.I2.I.U2.电气工程与自动化专业自耦变压器•基本方程式：•自耦变压器的变比：axaxAaANNNEEEK221电气工程与自动化专业自耦变压器•磁势平衡关系axAaNNI0axAaNINI1axaxAaNINNI211221210'1IIKIINNNIIIAaxAaaxF.AXaxE1.E2.U1.I1.I2.I.U2.电气工程与自动化专业自耦变压器•电压分析21'IIaxAaxAAAZKIEEZKIEKUKU21222'axZIEU22axAaZIZIEEU1211axAAaxAAaaxAAaZKKIZKZIZKIZIUU1']1[1'21121略去激磁电流，则KAaxAAaZIZKZIUU12121]1['电气工程与自动化专业自耦变压器•简化等效电路KAaxAAaZIZKZIUU12121]1['电气工程与自动化专业自耦变压器令串联绕组与公共绕组之比为k则：令短路试验测得双绕组变压器短路阻抗为Zk则：1AaxaxaxAaaxAakNNNNNNkkaxAaaxAAakAZZkZZkZZ22)1(Uk.AXa=Uk.AXa=.AXaa串联绕组并联绕组UkZkZkA电气工程与自动化专业标称容量和电磁容量•自耦变压器初级、次级绕组间有电和磁的双重联系。从初级侧到次级侧，一部分通过绕组间电磁感应传递功率，一部分直接传导功率。铭牌额定容量是二者之和串联绕组的额定容量为公共绕组的额定容量为结论：传导容量占标称额定容量的1/kA，绕组额定容量是铭牌标称额定容量的(1-1/kA)倍。串联绕组和公共绕组可看做是双绕组变压器的两侧绕组，对双绕组变压器有两侧绕组容量相同，显然串联和公共绕组的容量也相同自耦变压器电气工程与自动化专业自耦变压器自耦变压器的优缺点(一)节省材料变压器的重量和尺寸是由绕组容量决定的。与普通双绕组变压器相比，在相同的标称容量情况下，自耦变压器有较小的绕组容量。(二)效率较高(三)有较小的电压变化率和较大的短路电流(四)需有可靠的保护措施电气工程与自动化专业第三节互感器电气工程与自动化专业互感器•目的①扩大常规仪表的量程；②使测量回路与被测系统隔离，以保障工作人员和测试设备安全；③由互感器直接带动继电器线圈，为各类继电保护提供控制信号，也可以经过整流变换成直流电压，为控制系统或微机控制系统提供控制信号。•规格和指标测量系统使用的电压互感器，其次级侧额定电压都统一设计成100V；电流互感器次级侧额定电流都统一设计成5A或1A。互感器主要性能指标是测量精度，要求转换值与被测量值之间有良好的线性关系。电压互感器规定了0.2、0.5、l、3等四个标准等级电流互感器分为0.2、0.5、l.0、3.0和10.0五个标准等级电气工程与自动化专业互感器•电压互感器高压绕组接到被测量系统的电压线路上，低压绕组接到测量仪表的电压线圈。如仪表的个数不止一个、则各仪表的电压线圈都应并联U1.F.U2.V主线路电气工程与自动化专业互感器电压互感器的误差来源•变比误差：指U’2与U1的代数差值。负载的大小与所接仪表的数量有关，电压互感器本身有激磁电流和漏阻抗压降存在。这时，U’2≠U1，出现变比误差。•相角误差：U2与U1不同相，相角误差表示为-U2与U1的相位差。减小误差的措施•使用——要求测试仪表有高阻抗，次级侧电流较小，接近于空载状态。电压互感器所能连接的仪表数量要受额定容量的限制。•制造——减小互感器的激磁电流和漏阻抗。铁芯通常采用铁耗小的高级硅钢片；磁路应处于不饱和状态，工作磁密一般为0.6—0.8T；使磁路有较小的间隙；采用较粗导线以减小电阻，使有较小的漏阻抗。电气工程与自动化专业互感器特别注意①次级侧绝对不允许短路，因短路电流将引起绕组发热，有可能破坏绕组绝缘电阻，导致高电压侵入低压回路，危及人身和设备安全。②互感器铁芯和次级绕组的一端必须可靠接地电气工程与自动化专业互感器电流互感器•初级绕组匝数较少，一般只有一匝或几匝，而次级绕组的匝数较多。•初级绕组串联在被测线路中，次级绕组接至电流表，或功率表的电流线圈，或电度表的电流线圈。•各测量仪表的电流线圈应串联连接。由于电流线圈的电阻值很小，电流互感器可视为处于短路运行状态的变压器。I1.F.I2.A主线路电气工程与自动化专业互感器特别注意①不允许电流互感器的次级侧开路次级侧开路，初级侧电流将全部为激磁电流，使铁芯过饱和，铁耗将急剧增大，引起互感器严重发热。次级绕组匝数较多，次级绕组突然开路，将感应较高的电压，对操作人员有极大危险。②电流互感器次级绕组的一端以及铁芯均应可靠接地。