第-9-章-变压器的暂态运行课件.ppt

1、l 不对称运行属于变压器的一种稳态不正常运行不对称运行属于变压器的一种稳态不正常运行 l 暂态运行是由于变压器运行情况的突变引起，属暂态运行是由于变压器运行情况的突变引起，属于另一类不正常运行。于另一类不正常运行。l 引起暂态的例子：负载突变、空载合闸、突然短引起暂态的例子：负载突变、空载合闸、突然短路、雷击、开关的通断等。路、雷击、开关的通断等。l 暂态时间不长，危害甚大。往往引起过电流或过暂态时间不长，危害甚大。往往引起过电流或过电压，严重时会损坏变压器。电压，严重时会损坏变压器。9.1 9.1 变压器空载合闸变压器空载合闸 稳态运行时，变压器空稳态运行时，变压器空载电流载电流I I0 0

2、 很小，大型变很小，大型变压器甚至不到压器甚至不到1%I1%IN N；但；但变压器在空载突然接入变压器在空载突然接入电网时，可能有很大的电网时，可能有很大的瞬时冲击电流，可达瞬时冲击电流，可达I I0 0的几十倍到几百倍，的几十倍到几百倍，I IN N的的6 68 8倍。倍。此现象的存在是由于饱此现象的存在是由于饱和及剩磁引起的。若不和及剩磁引起的。若不采取措施，会导致合闸采取措施，会导致合闸不成功。不成功。变压器空载合闸一、变压器空载合闸到电源一、变压器空载合闸到电源 变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸为空载合闸k2N0i1u1N当时间当时

3、间t=0t=0时空载合闸，电源电压为：时空载合闸，电源电压为：1102sinuUtak2N0i1u 合闸时电压合闸时电压 的初相角的初相角 01U1N10 1102sintdNi rUtadt101tNiL1111012sinttdrNNUtadtL 瞬变过程中励磁电流瞬变过程中励磁电流 与电感与电感 的关系：的关系：1L0i合闸后微分方程式为合闸后微分方程式为：(设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题)解上式常系数非齐次微分方程得：解上式常系数非齐次微分方程得：11rtLCe 1122111()mmLUNRLt 000sin90cosmmtata 110cosr

4、tLtmtaCe 设合闸时（设合闸时（t=0t=0），铁心中没有剩磁），铁心中没有剩磁 ,1100cos0rtLttmtaCe 00t0cosmCa 1100coscosrtLtmmtaa e 110cosrtLtmtaCe 1.1.当电源电压初相位角当电源电压初相位角 时合闸时合闸 00900cos90sintmmtt 合闸后就进入稳定状态，不发生瞬态过程合闸后就进入稳定状态，不发生瞬态过程 t1u0 自由分量是直流指数衰减量，当自由分量是直流指数衰减量，当 时，时，稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtL

5、tmmte 2.2.当电源电压初相位角当电源电压初相位角 时合闸时合闸000t0pht1u 当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后，可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。关系后，可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱和，若在最不利的空载接通电源，磁通可能超过和，若在最不利的空载接通电源，磁通可能超过两倍的两倍的 ，铁心非常饱和，励磁电流，铁心非常饱和，励磁电流 很大，很大，可达额定电流的可达额定电流的6-86-8倍。倍。m0mim2m0t0i0mi0i 在变压器空载接通电

6、源的过程中，随着自由在变压器空载接通电源的过程中，随着自由分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：间常数为：11LRt00i结结 论：论：空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但若衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳若衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。为了避免这种情况，在变压器原边串一个附加闸。为了避免这种情况，在变压器原边串一个附加电阻，这样可减少冲击量，也可使冲击迅速衰减，电阻，这样可减少冲击量，也可使冲击迅速衰减，合闸完毕，再将该电阻切除。合闸完毕，再将该电阻切除。由于三相变压

7、器三相互差由于三相变压器三相互差1201200 0，相位总会在合，相位总会在合闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较大。大。小结：小结：l数倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器数倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器本身无直接危害本身无直接危害l合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器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的保护装置误动作l措施：合闸使串如限流电阻，（措施：合闸使串如限流电阻，（1 1）限制冲击电）限制冲击电流；（流；（2 2）使其快速衰减。）使其快速衰减。9.2 9.2 变压器突然短路变压器突然短路 正常运行的

8、变压器二次侧突然短路时，将在一、正常运行的变压器二次侧突然短路时，将在一、二次绕组中产生很大的短路电流，短路电流产生二次绕组中产生很大的短路电流，短路电流产生的机械应力及发热将危及变压器的可靠运行，甚的机械应力及发热将危及变压器的可靠运行，甚至毁坏变压器。至毁坏变压器。变压器突然短路电流很大，分析时可以忽略激磁变压器突然短路电流很大，分析时可以忽略激磁电流，这时变压器的等效电路可采取简化等效电电流，这时变压器的等效电路可采取简化等效电路。路。变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几倍到二十几倍左右，突然短路电流比稳态电流还倍到二十几倍左右，突然短路电流比稳态

9、电流还要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。三相变压器故障短路各种各样：一相接地、两三相变压器故障短路各种各样：一相接地、两相短路、两相接地、三相短路等。相短路、两相接地、三相短路等。为了简单，此为了简单，此图仅分析单相变压图仅分析单相变压器突然短路的情况。器突然短路的情况。当变压器一次绕组接额定电压当变压器一次绕组接额定电压 ，二次绕组，二次绕组发生突然短路，原发生突然短路，原“T”T”形等效电路形等效电路 可简化可简化为为“一一”形等效电路。形等效电路。1UkRkLu1i 由于由于 使磁路不饱和，电使磁路不饱和，电感可为常数，所以可用一次电流表示微

10、分方程：感可为常数，所以可用一次电流表示微分方程：/11221I ZI ZU1110sin()kkmdiLi RUtdt 虽然突然短路前可能已带上负载，但负载电流虽然突然短路前可能已带上负载，但负载电流比起短路电流很小，可忽略不计。比起短路电流很小，可忽略不计。设设 时，时，0t 10i 111iii1 sin()miItk =kLR根据根据t t=0=0时的电流，可知时的电流，可知1tiAe1 sin()KKRtLmiIe 0902kkRLmmkUIZ11cos()costmmiItIe-Imcost1mtIei118036011costmmiItI e 0 当当 时突然短路：时突然短路：1

11、1 ,1.21.323kkkRKL11 ,1.71.81015kkkRKL1max112kNkiKIZ对于小容量变压器：对于小容量变压器：对于大容量变压器对于大容量变压器：若采用短路阻抗标幺值表示，则为：若采用短路阻抗标幺值表示，则为：1max12kNkiKIZ0.06,1.8kkZK例：若例：若1max11.8300.062NiI则：则：(3)(3)暂态短路时的机械应力暂态短路时的机械应力 电流与漏磁场相互作用，在绕组各匝中将产生作电流与漏磁场相互作用，在绕组各匝中将产生作用力，用力，F=F=B BIlIl。正常运行时，作用力较小。短。正常运行时，作用力较小。短路时，路时，F F 将按电流平

12、方剧增。将按电流平方剧增。高低压绕组电流方向相反，径向力将使得低压绕高低压绕组电流方向相反，径向力将使得低压绕组承受压力，高压绕组承受张力；而轴向力从上组承受压力，高压绕组承受张力；而轴向力从上下挤压绕组。这些应力会使得绕组可能被拉断或下挤压绕组。这些应力会使得绕组可能被拉断或者变形。者变形。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，z zk k*=0.055=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18182 2倍。倍。影响：影响：。NNNkkNkIIIzzUI18055.011*电磁力作用电磁力作用：设外施电压为额定值，设外施电

13、压为额定值，z zk k*=0.055=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）也与电流的平方成正比，绕组上产生很大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，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。轴向里从绕组两端挤压绕组。措施：措施：。NNNkkNkIIIzzUI18055.011*9.3 9.3 过电压现象过电压现象 变压器运行时，若因某种原因使得电压超过额定变压器运行时，若因某种原因使得电压超过额定电压，即称为过电压。电压，即称为过电压。变压器的过电压现象有两种：大气过电压变压器的过电压现象有两种：大气过电压/操作过操作过电压。电压。输电线遭雷击、带电云层与输电线间产生静电感输电线遭雷击、带电云层与输电线间产生静电感应或者放电，均会形成大气过电压。应或者放电，均会形成大气过电压。当变压器或线路的开关合闸或者拉闸时，因系统当变压器或线路的开关合闸或者拉闸时，因系统中产生电磁能量转换而导致的过电压称为操作过中产生电磁能量转换而导致的过电压称为操作过电压。过电压时间较短，为几十微秒。电压。过电压时间较短，为几十微秒。全波过电压波形截断波过电压波形