第4章-三繞組變壓器和自耦變壓器課件

第四章三繞組變壓器和自耦變壓器基本要求：1.了解三繞組變壓器和自耦變壓器的用途及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2.掌握三繞組變壓器的基本電磁關(guān)系、簡化等效電路及其參數(shù)的物理意義和測定方法；3.掌握自耦變壓器的基本電磁關(guān)系、方程式和等效電路，4.掌握自耦變壓器的容量關(guān)系和計算方法。第四章三繞組變壓器和自耦變壓器基本要求：14-1概述變壓器按繞組數(shù)目分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。1.三繞組變壓器定義：每相鐵心柱上有高壓、中壓、低壓三個繞組的變壓器。用途：在電力系統(tǒng)中，當(dāng)需要把三個不同電壓等級的電網(wǎng)聯(lián)系起來時，常采用三繞組變壓器。4-1概述變壓器按繞組數(shù)目分為：雙繞組變壓器、三繞22.自耦變壓器定義：一次繞組和二次繞組具有公共繞組的變壓器。QZB自耦變壓器

220kV三相三繞組無勵磁調(diào)壓自耦降壓變壓器用途：在高壓大容量電力系統(tǒng)中，當(dāng)需要把兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)聯(lián)系起來時，經(jīng)常采用自耦變壓器作為聯(lián)絡(luò)變壓器。2.自耦變壓器QZB自耦變壓器220kV三相三繞組無勵34-2三繞組變壓器三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三繞組變壓器的鐵心一般采用心式結(jié)構(gòu)。每相有高壓、中壓、低壓三個繞組，同心地套在同一鐵心柱上。通常高壓繞組放在最外層，低壓繞組或中壓繞組放在最里層。三繞組變壓器繞組布置示意圖(a)升壓變壓器(b)降壓變壓器低壓繞組高壓繞組中壓繞組中壓繞組低壓繞組高壓繞組4-2三繞組變壓器三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三繞組變壓器41.工作原理1）變比三個繞組之間的變比(4-1)1.工作原理1）變比三個繞組之間的變比(4-1)5三繞組變壓器的磁通分為：主磁通：同時與三個繞組交鏈的磁通稱為主磁通。自漏磁通：只交鏈一個繞組的磁通稱為自漏磁通?；ヂ┐磐ǎ褐唤绘渻蓚€繞組的磁通稱為互漏磁通。三繞組變壓器的磁通示意圖三繞組變壓器的磁通分為：自漏磁通：只交鏈一個繞組的磁通稱為自62）基本方程式當(dāng)外施電壓為正弦波且穩(wěn)定運(yùn)行時，電壓方程式為：式中，R1、R2、R3為各繞組的電阻；L1、L2、L3為各繞組的自感；M12＝M21為繞組1與繞組2之間的互感；M13=M31為繞組1與繞組3之間的互感；M23=M32為繞組2與繞組3之間的互感。(4-2)(4-3)(4-4)2）基本方程式當(dāng)外施電壓為正弦波且穩(wěn)定運(yùn)行時，電壓方程式為：7把二次側(cè)折算到一次側(cè)，即把二次側(cè)折算到一次側(cè)，即8折算到一次側(cè)的電壓方程式為：磁動勢平衡方程式為：把二次側(cè)折算到一次側(cè)，折算到一次側(cè)的電壓方程式為：磁動勢平衡方程式為：把二次側(cè)折算9磁動勢平衡方程式可寫為：忽略勵磁電流，有式中，式(4-2)

+式(4-3)，并將代入，整理得磁動勢平衡方程式可寫為：忽略勵磁電流，有式中，式(4-2)10式(4-2)

+式(4-4)，并將代入，整理得式中，Z1、Z2、Z3分別是繞組1、2、3的等效電抗。

X1、X2、X3分別是繞組1、2、3的等效電抗，并非各繞組本身漏磁通所對應(yīng)的電抗，而是各繞組的自感漏電抗以及該繞組與另兩個繞組之間的互感漏電抗的合成。式(4-2)+式(4-4)，并將113）等效電路由折算到一次側(cè)的基本方程式：可畫出三繞組變壓器的簡化等效電路：3）等效電路由折算到一次側(cè)的基本方程式：可畫出三繞組變壓器的12三繞組變壓器的電壓調(diào)整率為三繞組變壓器的效率為式中，pCu1、pCu2

、pCu3是繞組1、2、3的銅耗；

pFe是鐵耗；

P2、P3是繞組2、3輸出的有功功率。三繞組變壓器的電壓調(diào)整率為三繞組變壓器的效率為式中，pCu1134）相量圖由基本方程式可畫出三繞組變壓器的相量圖。三繞組變壓器帶感性負(fù)載時的相量圖4）相量圖由基本方程式可畫出三繞組變壓器的相量圖。三繞組變壓142.短路試驗測參數(shù)短路試驗1等效阻抗可通過三次短路實驗測定。每次測出兩個繞組間的短路阻抗。短路試驗2(a)123132(b)2.短路試驗測參數(shù)短路試驗1等效阻抗15短路試驗3三繞組變壓器的參數(shù)為：(c)132三繞組變壓器短路實驗短路試驗3三繞組變壓器的參數(shù)163.三繞組變壓器的額定容量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號1）額定容量繞組的額定容量反映繞組傳遞功率的能力。單相三繞組變壓器三相三繞組變壓器3.三繞組變壓器的額定容量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號1）額定容量三相三繞17三繞組變壓器的額定容量SN：指三個繞組中容量最大的繞組容量。2）容量配合高壓繞組中壓繞組低壓繞組1001001001005010010010050三繞組變壓器的額定容量SN：指三個繞組中容量最大的繞組容量。183）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組三相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：YNyn0d11、YNyn0y0單相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：II0I0SFSZ9-240000/220三繞組自然循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓電力變壓器。3）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組SFSZ9-240000/220194-3自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(a)接線圖特點(diǎn)：自耦變壓器的一、二次繞組之間不僅有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系。(b)原理圖自耦變壓器4-3自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(a)接線圖特20公共繞組：一、二次繞組共用的部分繞組。(繞組ax)串聯(lián)繞組：非公共部分的繞組。(繞組Aa)2.基本方程式、等效電路、相量圖和容量關(guān)系1）基本方程式k為雙繞組變壓器的變比自耦變壓器的變比為公共繞組：一、二次繞組共用的部分繞組。(繞組ax)2.基本21低壓側(cè)回路電壓方程式：高壓側(cè)回路電壓方程式：低壓側(cè)回路電壓方程式：高壓側(cè)回路電壓方程式：22磁動勢平衡方程式：又忽略勵磁電流，則有磁動勢平衡方程式：又忽略勵磁電流，則有23自耦變壓器的電流關(guān)系：自耦變壓器的電流關(guān)系：242）簡化等效電路3）相量圖自耦變壓器帶感性負(fù)載時的相量圖自耦變壓器的簡化等效電路2）簡化等效電路3）相量圖自耦變壓器帶感性自耦變壓器的簡化等254）容量關(guān)系普通雙繞組變壓器：4）容量關(guān)系普通雙繞組變壓器：26自耦變壓器的輸出容量自耦變壓器：自耦變壓器的輸出容量自耦變壓器：27自耦變壓器的視在功率由兩部分組成：電磁功率SM，是通過串聯(lián)繞組和公共繞組的電磁感應(yīng)關(guān)系由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率。傳導(dǎo)功率SC

，是由電源通過串聯(lián)繞組直接傳導(dǎo)作用到二次側(cè)的功率。公共繞組的電磁容量為自耦變壓器的視在功率由兩部分組成：傳導(dǎo)功率SC，是由電源28串聯(lián)繞組的電磁容量為結(jié)論：自耦變壓器的傳導(dǎo)容量占額定容量的1/kA，電磁容量占額定容量的(11/kA)。式中，稱為自耦變壓器的效益因數(shù)。串聯(lián)繞組的電磁容量為結(jié)論：自耦變壓器的傳導(dǎo)容量占額定容量的293.短路試驗、短路阻抗、短路電流和電壓調(diào)整率1）短路阻抗自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在高壓側(cè)做短路試驗求得。(a)高壓側(cè)測短路阻抗線路短路阻抗：(b)簡化等效電路由簡化等效電路可知3.短路試驗、短路阻抗、短路電流和電壓調(diào)整率1）短路阻抗(30由于ax繞組短接，電壓Uk實際上加在串聯(lián)繞組Aa上。因此由高壓側(cè)測得的ZkA等于把繞組Aa作為一次繞組、ax作為二次繞組的雙繞組變壓器的短路阻抗。(a)高壓側(cè)測短路阻抗線路(c)雙繞組變壓器在低壓側(cè)短路線路這兩個短路阻抗的阻抗基值之比為由于ax繞組短接，電壓Uk實際上加在串聯(lián)繞組Aa上。因此由高31它們的標(biāo)幺值之比為自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在低壓側(cè)做短路試驗求得。(a)低壓側(cè)測短路阻抗線路(b)簡化等效電路由簡化等效電路可知即它們的標(biāo)幺值之比為自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在低壓側(cè)做32改成雙繞組變壓器進(jìn)行短路試驗，求得的短路阻抗為(c)雙繞組變壓器在高壓側(cè)短路線路這兩個短路阻抗的比值為它們的阻抗基值之比為改成雙繞組變壓器進(jìn)行短路試驗，求得的短路阻抗為(c)雙繞組變33它們的標(biāo)幺值之比為2）短路電流它們的標(biāo)幺值之比為2）短路電流343）電壓調(diào)整率4）效率3）電壓調(diào)整率4）效率35結(jié)論：（1）自耦變壓器短路阻抗的絕對值與同電磁容量的雙繞組變壓器相等，短路阻抗的標(biāo)幺值是同電磁容量雙繞組變壓器的kxy倍。（2）和雙繞組變壓器一樣，自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值從高壓側(cè)或低壓側(cè)看都是一樣的。（4）因為電壓調(diào)整率近似與成正比，所以自耦變壓器負(fù)載時的電壓調(diào)整率約為同電磁容量雙繞組變壓器的kxy倍。（3）因為短路電流與成反比，所以自耦變壓器的短路電流大約為同電磁容量雙繞組變壓器的倍，這點(diǎn)對自耦變壓器安全運(yùn)行是不利的。結(jié)論：（1）自耦變壓器短路阻抗的絕對值與同電磁容量的雙繞組364.自耦變壓器的運(yùn)行問題（1）為了防止由于高壓側(cè)單相接地故障而引起低壓側(cè)過電壓，用在電網(wǎng)中的三相自耦變壓器的中性點(diǎn)必須可靠接地。（2）由于高、低壓側(cè)有電路上的聯(lián)系，高壓側(cè)遭受雷擊過電壓時，也會傳到低壓側(cè)。為了避免發(fā)生危險，高、低壓側(cè)均需要裝設(shè)避雷器。（3）由于自耦變壓器的短路電流較大，為此必須采取限制短路電流的措施。自耦變壓器中性點(diǎn)接地4.自耦變壓器的運(yùn)行問題（1）為了防止由于高壓側(cè)單相接地故37第四章三繞組變壓器和自耦變壓器基本要求：1.了解三繞組變壓器和自耦變壓器的用途及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2.掌握三繞組變壓器的基本電磁關(guān)系、簡化等效電路及其參數(shù)的物理意義和測定方法；3.掌握自耦變壓器的基本電磁關(guān)系、方程式和等效電路，4.掌握自耦變壓器的容量關(guān)系和計算方法。第四章三繞組變壓器和自耦變壓器基本要求：384-1概述變壓器按繞組數(shù)目分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。1.三繞組變壓器定義：每相鐵心柱上有高壓、中壓、低壓三個繞組的變壓器。用途：在電力系統(tǒng)中，當(dāng)需要把三個不同電壓等級的電網(wǎng)聯(lián)系起來時，常采用三繞組變壓器。4-1概述變壓器按繞組數(shù)目分為：雙繞組變壓器、三繞392.自耦變壓器定義：一次繞組和二次繞組具有公共繞組的變壓器。QZB自耦變壓器

220kV三相三繞組無勵磁調(diào)壓自耦降壓變壓器用途：在高壓大容量電力系統(tǒng)中，當(dāng)需要把兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)聯(lián)系起來時，經(jīng)常采用自耦變壓器作為聯(lián)絡(luò)變壓器。2.自耦變壓器QZB自耦變壓器220kV三相三繞組無勵404-2三繞組變壓器三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三繞組變壓器的鐵心一般采用心式結(jié)構(gòu)。每相有高壓、中壓、低壓三個繞組，同心地套在同一鐵心柱上。通常高壓繞組放在最外層，低壓繞組或中壓繞組放在最里層。三繞組變壓器繞組布置示意圖(a)升壓變壓器(b)降壓變壓器低壓繞組高壓繞組中壓繞組中壓繞組低壓繞組高壓繞組4-2三繞組變壓器三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三繞組變壓器411.工作原理1）變比三個繞組之間的變比(4-1)1.工作原理1）變比三個繞組之間的變比(4-1)42三繞組變壓器的磁通分為：主磁通：同時與三個繞組交鏈的磁通稱為主磁通。自漏磁通：只交鏈一個繞組的磁通稱為自漏磁通。互漏磁通：只交鏈兩個繞組的磁通稱為互漏磁通。三繞組變壓器的磁通示意圖三繞組變壓器的磁通分為：自漏磁通：只交鏈一個繞組的磁通稱為自432）基本方程式當(dāng)外施電壓為正弦波且穩(wěn)定運(yùn)行時，電壓方程式為：式中，R1、R2、R3為各繞組的電阻；L1、L2、L3為各繞組的自感；M12＝M21為繞組1與繞組2之間的互感；M13=M31為繞組1與繞組3之間的互感；M23=M32為繞組2與繞組3之間的互感。(4-2)(4-3)(4-4)2）基本方程式當(dāng)外施電壓為正弦波且穩(wěn)定運(yùn)行時，電壓方程式為：44把二次側(cè)折算到一次側(cè)，即把二次側(cè)折算到一次側(cè)，即45折算到一次側(cè)的電壓方程式為：磁動勢平衡方程式為：把二次側(cè)折算到一次側(cè)，折算到一次側(cè)的電壓方程式為：磁動勢平衡方程式為：把二次側(cè)折算46磁動勢平衡方程式可寫為：忽略勵磁電流，有式中，式(4-2)

+式(4-3)，并將代入，整理得磁動勢平衡方程式可寫為：忽略勵磁電流，有式中，式(4-2)47式(4-2)

+式(4-4)，并將代入，整理得式中，Z1、Z2、Z3分別是繞組1、2、3的等效電抗。

X1、X2、X3分別是繞組1、2、3的等效電抗，并非各繞組本身漏磁通所對應(yīng)的電抗，而是各繞組的自感漏電抗以及該繞組與另兩個繞組之間的互感漏電抗的合成。式(4-2)+式(4-4)，并將483）等效電路由折算到一次側(cè)的基本方程式：可畫出三繞組變壓器的簡化等效電路：3）等效電路由折算到一次側(cè)的基本方程式：可畫出三繞組變壓器的49三繞組變壓器的電壓調(diào)整率為三繞組變壓器的效率為式中，pCu1、pCu2

、pCu3是繞組1、2、3的銅耗；

pFe是鐵耗；

P2、P3是繞組2、3輸出的有功功率。三繞組變壓器的電壓調(diào)整率為三繞組變壓器的效率為式中，pCu1504）相量圖由基本方程式可畫出三繞組變壓器的相量圖。三繞組變壓器帶感性負(fù)載時的相量圖4）相量圖由基本方程式可畫出三繞組變壓器的相量圖。三繞組變壓512.短路試驗測參數(shù)短路試驗1等效阻抗可通過三次短路實驗測定。每次測出兩個繞組間的短路阻抗。短路試驗2(a)123132(b)2.短路試驗測參數(shù)短路試驗1等效阻抗52短路試驗3三繞組變壓器的參數(shù)為：(c)132三繞組變壓器短路實驗短路試驗3三繞組變壓器的參數(shù)533.三繞組變壓器的額定容量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號1）額定容量繞組的額定容量反映繞組傳遞功率的能力。單相三繞組變壓器三相三繞組變壓器3.三繞組變壓器的額定容量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號1）額定容量三相三繞54三繞組變壓器的額定容量SN：指三個繞組中容量最大的繞組容量。2）容量配合高壓繞組中壓繞組低壓繞組1001001001005010010010050三繞組變壓器的額定容量SN：指三個繞組中容量最大的繞組容量。553）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組三相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：YNyn0d11、YNyn0y0單相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：II0I0SFSZ9-240000/220三繞組自然循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓電力變壓器。3）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組SFSZ9-240000/220564-3自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(a)接線圖特點(diǎn)：自耦變壓器的一、二次繞組之間不僅有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系。(b)原理圖自耦變壓器4-3自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(a)接線圖特57公共繞組：一、二次繞組共用的部分繞組。(繞組ax)串聯(lián)繞組：非公共部分的繞組。(繞組Aa)2.基本方程式、等效電路、相量圖和容量關(guān)系1）基本方程式k為雙繞組變壓器的變比自耦變壓器的變比為公共繞組：一、二次繞組共用的部分繞組。(繞組ax)2.基本58低壓側(cè)回路電壓方程式：高壓側(cè)回路電壓方程式：低壓側(cè)回路電壓方程式：高壓側(cè)回路電壓方程式：59磁動勢平衡方程式：又忽略勵磁電流，則有磁動勢平衡方程式：又忽略勵磁電流，則有60自耦變壓器的電流關(guān)系：自耦變壓器的電流關(guān)系：612）簡化等效電路3）相量圖自耦變壓器帶感性負(fù)載時的相量圖自耦變壓器的簡化等效電路2）簡化等效電路3）相量圖自耦變壓器帶感性自耦變壓器的簡化等624）容量關(guān)系普通雙繞組變壓器：4）容量關(guān)系普通雙繞組變壓器：63自耦變壓器的輸出容量自耦變壓器：自耦變壓器的輸出容量自耦變壓器：64自耦變壓器的視在功率由兩部分組成：電磁功率SM，是通過串聯(lián)繞組和公共繞組的電磁感應(yīng)關(guān)系由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率。傳導(dǎo)功率SC

，是由電源通過串聯(lián)繞組直接傳導(dǎo)作用到二次側(cè)的功率。公共繞組的電磁容量為自耦變壓器的視在功率由兩部分組成：傳導(dǎo)功率SC，是由電源65串聯(lián)繞組的電磁容量為結(jié)論：自耦變壓器的傳導(dǎo)容量占額定容量的1/kA，電磁容量占額定容量的(11/kA)。式中，稱為自耦變壓器的效益因數(shù)。串聯(lián)繞組的電磁容量為結(jié)論：自耦變壓器的傳導(dǎo)容量占額定容量的663.短路試驗、短路阻抗、短路電流和電壓調(diào)整率1）短路阻抗自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在高壓側(cè)做短路試驗求得。(a)高壓側(cè)測短路阻抗線路短路阻抗：(b)簡化等效電路由簡化等效電路可知3.短路試驗、短路阻抗、短路電流和電壓調(diào)整率1）短路阻抗(67由于ax繞組短接，電壓Uk實際上加在串聯(lián)繞組Aa上。因此由高壓側(cè)測得的ZkA等于把繞組Aa作為一次繞組、ax作為二次繞組的雙繞