发电厂电气部分电力变压器的运行资料.pptx

发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统1发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第十章第十章 电力变压器的运行电力变压器的运行发电厂电气部分发电厂电气部分课题组课题组电力工程学院电气工程系电力工程学院电气工程系发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统2第一第一节节 概概 述述u 电力变压器是发电厂和变电站中重要元件之一。随着电力系统的扩大和电压等级的提高，在电能输送过程中，电压转换（升压和降压）层次有增多的趋势，要求系统中变压器的总容量已由过去的57倍发电总容量，增加至910倍。电力变压器的效率虽然很高（99.5），但系统中每年变压器总能量损耗仍是一个很大的数目。因此，尽量减少变压层次，经济而合理地利用变压器容量，改善网络结构，提高变压器的可靠性，仍是当前电力变压器运行中的主要课题。第十章第十章 电力变压器的运行电力变压器的运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统3u 电力变压器可制成双绕组和三绕组，少数是四绕组的。目前，在中性点直接接地系统中，广泛使用自耦变压器；由于限制短路电流的需要，分裂绕组变压器也得到应用。u 电力变压器的主要参数有额定容量、额定电压、额定变比、额定频率、阻抗电压百分数等。一、电力变压器负荷超过铭牌额定容量一、电力变压器负荷超过铭牌额定容量运行时的效应运行时的效应u 电力变压器的额定容量含义：在规定的环境温度下，长时间地按这种容量连续运行，就能获得经济合理的效率和正常预期寿命（约2030年）。换句话说，变压器的额定容量是指长时间所能连续输出的最大功率。第一第一节节 概概 述述发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统4u 变压器负荷能力系指在短时间内所能输出的功率，在一定条件下，它可能超过额定容量。u 负荷能力的大小和持续时间决定于：变压器的电流和温度是否超过规定的限值。在整个运行期间，变压器总的绝缘老化是否超过正常值，即在过负荷期间绝缘老化可能多一些，在欠负荷期间绝缘老化要少一些，只要二者互相补偿，总的不超过正常值，能达到正常预期寿命即可。第一第一节节 概概 述述发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统5u 电力变压器的负荷超过额定值运行时，将产生下列效应：（1）绕组、线夹、引线、绝缘部分及油的温度将会升高，且有可能达到不允许的程度。（2）铁心外的漏磁通密度将增加，使耦合的金属部分出现涡流，温度增高。（3）温度增高，使固体绝缘和油中的水分和气体成分发生变化。（4）套管、分接开关、电缆终端头和电流互感器等受到较高的热应力，安全裕度降低。（5）导体绝缘机械特性受高温的影响，热老化的累积过程将加快，使变压器的寿命缩短。第一第一节节 概概 述述发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统6u 为了能对电力变压器在预期运行方式下规定某一合理的危险程度，国际电工标准(IEC-354)考虑以下三种类型的变压器：（1）配电变压器(2500kVA及以下)，只需考虑热点温度和热老化。（2）中型电力变压器(额定容量不超过100MVA)，其漏磁通的影响不是关键性的，但必须考虑冷却方式的不同。（3）大型电力变压器(额定容量超过100MVA)，其漏磁通的影响很大，故障后果很严重。第一第一节节 概概 述述发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统7二、电力变压器负荷超过额定容量运行时的限值二、电力变压器负荷超过额定容量运行时的限值表10-1 电力变压器负荷超过额定容量时的温度和电流的限值负 荷 类 型配电变压器中型电力变压器大型电力变压器通常周期性负荷电流(标幺值)热点温度及与绝缘材料接触的金属部件的温度()顶层油温()1.51401051.51401051.3120105 长期急救周期性负荷电流(标幺值)热点温度及与绝缘材料接触的金属部件的温度()顶层油温()1.81501151.51401151.3130115 短时急救周期性负荷电流(标幺值)热点温度及与绝缘材料接触的金属部件的温度()顶层油温()2.01.81601151.5160115第一第一节节 概概 述述发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统8一、发热和冷却过程一、发热和冷却过程u 电力变压器运行时，其绕组和铁心中的电能损耗都将转变为热量，使变压器各部分的温度升高，这些热量大多以传导和对流方式向外扩散。所以，变压器运行时，各部分的温度分布极不均匀。图10-1表示油浸式变压器各部分的温升分布。图10-l 油浸式变压器各部分的温升分布第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统9u 它的散热过程如下：（1）热量由绕组和铁心内部以传导方式传至导体或铁心表面，如图中曲线1-2部分，通常为几摄氏度。（2）热量由铁心和绕组表面以对流方式传到变压器油中（如曲线2-3），约为绕组对空气温升的（2030）。（3）绕组和铁心附近的热油经对流把热量传到油箱或散热器的内表面，如曲线4-5。这部分所占比重不大。（4）油箱或散热器内表面热量经传导散到外表面，如曲线5-6。这部分不会超过（23）。（5）热量由油箱壁经对流和辐射散到周围空气中，如曲线6-7。这部分所占比重较大，约占总温升的（6070）。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统10u 从上述散热过程中，可以归纳以下几个特点：（1）铁心、高压绕组、低压绕组所产生的热量都传给油，它们的发热互不关联，而只与本身损耗有关。（2）在散热过程中，会引起各部分的温度差别很大。绕组的温度最高，温度的最热点在高度方向的7075处，而沿径向，则温度最热的地方位于线圈厚度（自内径算起）的1/3处。（3）大容量电力变压器的损耗量大，单靠箱壁和散热器已不能满足散热要求，往往需采用强迫油循环风冷或强迫油循环水冷，使热油经过强风（水）冷却器冷却后，再用油泵送回变压器。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统11二、电力变压器的温升计算二、电力变压器的温升计算u 电力变压器长期稳定运行，各部分温升达到稳定值，在额定负荷时的温升为额定温升。由于发热很不均匀，各部分温升通常都用平均温升和最大温升计算。绕组或油的最大温升是指其最热处的温升，而绕组或油的平均温升是指整个绕组或全部油的平均温升。u 表10-2列出我国标准规定的在额定使用条件下变压器各部分的允许温升。额定使用条件为：最高气温+40；最高日平均气温+30；最高年平均气温+20；最低气温30。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统12表10-2 变压器各部分的允许温升（）冷却方式自然油循环强迫油循环风冷导向强迫油循环风冷绕组对空气的平均温升656570绕组对油的平均温升213030顶层油对空气的温升554045油对空气的平均温升443540第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统13u 图10-3示出变压器油和绕组温升沿高度的分布图。图中AB、CD分别表示油温升和绕组导线的温升。如图所示，从底部到顶部，油温升和绕组温升都呈线性增加，AB和CD相互平行，也就是说，在不同高度，绕组对油的温差是一常数，在图上用g表示，因此计算此绕组对空气温升时，可用绕组对油的温升和油对空气温升相加。由于杂散损耗增加，同时为了留有一定裕度，计算绕组最热点温度应比绕组顶部导线的平均温度高一些，计算时用绕组最热点温度与绕组顶部的油温之差 g 表示。图10-3 变压器温升分布图第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统14u 在额定负荷时，对于油浸变压器，顶层油的温升等于55（B点），油平均温度约为最大值的80，即44（N点），绕组平均温升等于65（M点），AB和CD的水平距离，即g值为21，绕组最热点的温升，大约比平均温升高13，则绕组最热点对油的温升g为23（44211355）。如果变压器的负荷与额定负荷不同，温升将需计算和修正。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统15三、稳态温度的计算三、稳态温度的计算（1）自然油循环冷却（ON）。在任何负荷下，绕组热点温度等于环境温度、温升以及热点与顶层油之间温差之和，即 （10-3）h为热点温度(不考虑导线电阻影响)；0为环境温度；其余符号同前。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统16（2）强迫油循环冷却（OF）。顶层油温等于底层油温加上平均油温与底层油温之差的二倍。因此计算时，以底层油温和油平均温度作基础，热点温度等于环境温度，底层油温升，绕组顶部油温与底层油温之差，以及绕组顶部油温与热点温度之差的总合，即 （10-4）bN为额定负荷下底层油温升；avN为额定负荷下油平均温升。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统17（3）强迫油循环导向冷却(OD)。对于这种冷却方式，基本上与OF冷却方式一样，但考虑到导线电阻的温度变化，应加上一个校正系数，即 h0.15（hhN）（10-5）为热点温度(考虑导线电阻影响)；hN为额定负荷下绕组热点温度；h为K负荷率条件下绕组热点温度。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统18四、电力变压器的暂态温度计算四、电力变压器的暂态温度计算u 在电力变压器运行过程中，负荷不断改变，环境温度也有所变化，因此变压器的温升是瞬变的，远远没有达到稳定。在此情形下，任何负荷条件的变化都可看成一个阶跃函数。如果负荷的变化是阶段性的，如图10-4所示的矩形负荷图，它是一个上升阶跃函数和另外一个与其有一定延时的下降阶跃函数组成；如果是连续变化的负荷，阶跃函数是以较小的时间间隔依次施加的。对于前者，可用暂态发热公式依次推算，对于后者必须用计算机程序计算。第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统19图10-4 变压器二阶段负荷和各部分的温升变化曲线第二节第二节 电力变压器的发热和冷却电力变压器的发热和冷却发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统20一、变压器的热老化定律一、变压器的热老化定律u 电力变压器大多使用A级绝缘（油浸电缆纸），在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，使绝缘材料的机械、电气性能衰减，逐渐失去其初期所具有的性质，产生绝缘老化现象。u 变压器的绝缘老化，主要是因为温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响，其中高温是促成老化的直接原因。运行中绝缘的工作温度愈高，引起机械强度和电气强度丧失得愈快，即绝缘的老化速度愈大，变压器的预期寿命也愈短。根据研究结果，在80140范围内，变压器的预期寿命和绕组热点温度的关系为第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统21 （10-9）z 为变压器的预期寿命；为变压器绕组热点的温度；A 为常数，与很多因素有关，如纤维制品的原始质量（原材料的组成和化学添加剂）以及绝缘中的水份和游离氧等；P 为温度系数，在一定范围内，它可能是常数，但和纤维质量等因素无关。第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统22u 现在尚没有一个简单的准则来判断变压器的真正寿命，通常用预期寿命来判断。一般认为：当变压器绝缘的机械强度降低至其额定值1520时，变压器的预期寿命即算终止。因此在工程上通常用相对预期寿命 z*和相对老化率 来表示变压器的老化程度。u 对于标准变压器，在额定负荷和正常环境温度下，热点温度的正常基准值为98，此时变压器能获得正常预期寿命2030年。也就是说，此时变压器的老化率假定为1。根据式（10-9）计算，正常预期寿命为 （10-10）第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统23u 用 Z/Z N 的比例表示任意温度时的相对预期寿命，则 （10-11）其倒数称为相对老化率，即 （10-12）计算时，用基数2代替e较为方便，则 （10-13）式中,（10-14）第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统24u 研究表明：为6左右。这意味着绕组温度每增加6，老化率加倍，此即所谓热老化定律（绝缘老化的6规则）。根据老化率公式可计算在各温度下的老化率，列于表10-4。表10-4 各温度下的老化率温度（）80869298104110116122128134140老化率v0.125 0.250.51.0248163264128第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统25二、等值老化原则二、等值老化原则u 等值老化原则就是使变压器在一定时间间隔T（一年或一昼夜）内绝缘老化或所损耗的寿命等于一常数，这个常数应相当于绕组温度在整个时间间隔T内为恒定温度98时变压器所损耗的寿命，即 （10-15）只要使变压器在温度较高的时间内所多损耗的寿命（或预期寿命），与变压器在温度较低时间内所少损耗的寿命相互补偿，这样变压器的预期寿命可以和恒温98运行时等值。第三节第三节 电力变压器的绝缘老化电力变压器的绝缘老化发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统26 实际上，为了判断变压器在不同负荷下绝缘老化的情况，或在欠负荷期间变压器负荷能力的利用情况，通常将式（10-15）左右两端的比值（即变压器在某一段时间间隔内实际所损耗的寿命对绕组温度维持恒定98时所损耗寿命的比值）称为绝缘老化率，即 =（10-16）显然，如1，则变压器的老化大于正常老化，预期寿命大为缩短；如果1，则不允许正常过负荷。除此之外，绕组热点温度和电流等都不得超过其限值。u 图10-11（a）和（b）分别表示自然油循环和强迫油循环变压器在日等值空气温度为+20时的过负荷曲线。图中K1和K2分别表示两段负荷曲线（如图10-10所示）中低负荷和高负荷的负荷率。T为过负荷的允许持续时间，利用过负荷曲线，很容易求出对应于允许持续时间的允许过负荷，但自然油循环的变压器过负荷不应超过50，强迫油循环的变压器过负荷不应超过30。第四节第四节 电力变压器的正常过负荷和事故过负荷电力变压器的正常过负荷和事故过负荷发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统33图10-11 正常过负荷曲线图（a）自然油循环的变压器；（b）强迫油循环的变压器第四节第四节 电力变压器的正常过负荷和事故过负荷电力变压器的正常过负荷和事故过负荷发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统34四、四、电力变压器的事故过负荷电力变压器的事故过负荷u 当系统发生事故时，保证不间断供电是首要任务，所以事故过负荷和正常过负荷不同，它是以牺牲变压器寿命为代价的，绝缘老化率允许比正常过负荷时高得多。但是确定事故过负荷时，同样要考虑到绕组最热点的温度不要过高，避免引起事故扩大。和正常过负荷一样，变压器事故过负荷时绕组最热点的温度不得超过140，负荷电流不得超过额定值的2倍。u 国际电工技术委员会(IEC)没有严格规定允许事故过负荷的具体数值，而是列出了事故过负荷时变压器寿命相当于正常老化时所牺牲的天数。运行人员可参照变压器过去运行情况、当地的等值空气温度以及系统对事故过负荷的要求等情况灵活掌握。表10-5列出了自然油循环和风冷油循环的变压器事故过负荷时所牺牲的天数。第四节第四节 电力变压器的正常过负荷和事故过负荷电力变压器的正常过负荷和事故过负荷发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统35 表中K1表示事故过负荷前等值负荷率；K2表示事故过负荷倍数；“+”号表明即使在最低气温条件下也不允许运行；数字后面如附有A、B、C、D，则分别表明在最高等值空气温度为+30、+20、+10、0时允许运行。K2K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.40.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.0010.0010.0010.0020.0030.0040.0070.0140.0290.0660.1580.397A1.05B2.88C0.0040.0050.0050.0060.0080.0120.0190.0340.0690.1500.353A0.876B2.29C6.27D0.0260.0270.0290.0320.0390.0490.0690.1120.2050.424A0.958B2.33C6.00D+0.0790.0830.0910.1020.1230.1620.2420.416A0.815B1.78B4.25C10.8D+0.2660.2830.3100.3560.4390.6040.953A1.74B3.63C8.38D+1.01.071.181.381.75A2.52B4.20C8.15C18.0D+1.074.505.03A5.97B7.81B11.7C20.7D+4.1819.3A20.9B23.6B28.6C38.6D+99.0D108C123D+558D+表10-5 自然油循环和风冷油循环的变压器在不同事故过负荷1h所牺牲的天数（天）第四节第四节 电力变压器的正常过负荷和事故过负荷电力变压器的正常过负荷和事故过负荷发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统36u 上表中所列牺牲天数系指等值空气温度为+20时的数值，如等值空气温度不是+20，应乘以有关系数，见表10-6。表10-6 等值空气温度不同于+20时的校正系数等值空气温度（）403020100校正系数103.210.320.1第四节第四节 电力变压器的正常过负荷和事故过负荷电力变压器的正常过负荷和事故过负荷发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统37 在电力系统中，三绕组变压器通常应用在下列场合：（1)在发电厂内，除发电机电压外，有两种升高电压与系统连接或向用户供电。（2)在具有三种电压的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高压和中压向低压供电。（3)在枢纽变电站中，两种不同电压等级的系统需要相互连接。（4)在星形-星形联结的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。第五节第五节 多绕组变压器和第三绕组多绕组变压器和第三绕组发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统38一、三绕组变压器的运行特点一、三绕组变压器的运行特点 三绕组变压器和双绕组变压器的原理相同，但由于多一个绕组，形成以下特点：（1）运行方式和容量匹配。三个绕组可以有多种运行方式：如高压-中压；高压-低压；高压同时向中、低压送电(或反之)等等。根据运行要求，三个绕组的容量可以相等，也可以不相等。按我国标准，三绕组变压器高-中-低压绕组额定容量的百分比有三种类型，即100100100、10010050和10050100。在运行时，一个绕组的负荷等于其他两个绕组负荷的相量和，但不得超过各自的额定容量。第五节第五节 多绕组变压器和第三绕组多绕组变压器和第三绕组发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统39（2）漏抗和等值电路。由于三个绕组在磁路上相互耦合，所以每个绕组都有自感和与其他绕组之间的互感。这样在任一个绕组的电路的电压方程式中就必然包括本身的自感电动势和与其他绕组之间的互感电动势。等值电路图示于图10-13。图中的x1，x2，x3与双绕组变压器中的x意义有所不同，它们并不代表各自绕组的漏电抗，而是代表由各绕组的电抗和各绕组之间的互感电抗组合而成的一个等值电抗。图10-13 三绕组变压器等值电路图第五节第五节 多绕组变压器和第三绕组多绕组变压器和第三绕组发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统40 从等值电路中也可看出：三个绕组的电路是彼此关联的，在运行时，一个绕组负荷电流的变化将会影响另外绕组的电压；同时，一个绕组的迟后电流在某些情况下，还可能引起另一个或几个绕组电压升高。（3）升压型和降压型结构。三绕组变压器通常采用同心式绕组，绕组的排列在制造上有两种组合方式：升压型和降压型。高压绕组总是排列在最外层，升压型的排列为：铁心-中压绕组-低压绕组-高压绕组，高压绕组-中压绕组之间的阻抗最大。降压型的排列为：铁心-低压绕组-中压绕组-高压绕组，高压绕组-低压绕组之间的阻抗最大。降压型变压器中的无功损耗约为升压型的160170。因此升压型通常应用在低压向高压送电(或反之)为主的场合，降压型一般用在高压向中压供电为主、低压供电为辅的场合。第五节第五节 多绕组变压器和第三绕组多绕组变压器和第三绕组发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统41二、第三绕组二、第三绕组 在星形-星形联结的变压器中通常装有三角形第三绕组，它的作用如下：（1）减小3次谐波电压分量。（2）允许对不平衡的三相负荷供电。三相不平衡负荷通常可分解为一个平衡的三相负荷与一个单相负荷或两个单相负荷。不对称的负荷在三角形带三绕组内形成的平衡电流避免了不正常的电压降。（3）除主负荷外，给辅助负荷供电。第三绕组通常制成635kV电压，用来向附近地区供电，及供发电厂的厂用启动/备用电源或用来连接发电机、调相机等。第五节第五节 多绕组变压器和第三绕组多绕组变压器和第三绕组发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统42一、自耦变压器的特点一、自耦变压器的特点u 自耦变压器是一种多绕组变压器，其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系，经济效高。u 自耦变压器的主要缺点是：由于一、二次绕组之间电的联系，致使较高的电压易于传递到低压电路，所以低压电路的绝缘必需按较高电压设计。由于一、二次绕组之间电的联系，每相绕组有一部分又是共有的，所以一、二次绕组之间的漏磁场较小，电抗较小，短路电流和它的效应就比普通双绕组变压器要大。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统43u 图10-18表示单相自耦变压器的原理图。(一）自耦变压器的额定容量和标准容量一）自耦变压器的额定容量和标准容量第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统44u 如略去变压器的损耗和磁化电流，可以认为：一次侧的输入功率 等于二次侧的全部输出功率，这个功率的极限值称为自耦变压器的额定容量或称通过容量，即 （10-25）u 由上式可以看出：通过自耦变压器的传输功率由两部分组成：一部分是上式的前一项，即，表示通过串联绕组由电路直接传输到二次侧的功率；另一部分即上式的第二项，表示通过公共绕组由电磁联系传输到二次侧的功率。在自耦变压器中，由电磁联系传输的最大功率称为自耦变压器的标准容量。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统45u 图10-19表示两台变压器铁心相同，但接线不同。图10-19（a）为普通变压器，图10-19（b）为自耦变压器。比较图10-19（a）和（b）两种情况，可以看出：两者电磁功率相同，即标准容量相同，故铁心和绕组的截面、尺寸、重量都完全相等，但通过容量不等，普通变压器的通过容量等于标准容量，即为，而自耦变压器的通过容量为 （或 ，忽略损耗），两者相比，得 （10-26）Kb为自耦变压器的效益系数，即标准容量对通过容量的比值，其值小于1。(二）自耦变压器的效益系数二）自耦变压器的效益系数第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统46图10-19 2 台电磁功率相等的变压器接线图（a）普通变压器；（b）自耦变压器第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统47u 效益系数Kb是表示自耦变压器特点的重要系数。Kb愈小，说明自耦变压器的通过容量比同样普通变压器的显得愈大，在一定通过容量的条件下，自耦变压器的标准容量可以制造得愈小，损耗和短路阻抗也显得愈小，经济效益就愈大。u Kb和变压比k12有关，k12愈小，即一次电压和二次电压相差不大时，Kb值则愈小，自耦变压器的经济效益也越大；一般自耦变压器都应用在变压比为3:1范围以内。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统48u 第三绕组的容量，根据其用途有所不同。如果仅用来补偿3次谐波电流，则其容量大小或绕组的截面大小，应能满足低压侧短路时的热稳定和电动力稳定的要求，一般为标准容量的1/3左右。如果还用来连接发电机或调相机，第三绕组的容量应该等于其标准容量，但不得大于标准容量，因为自耦变压器的铁心截面和尺寸，是根据其电磁功率，即标准容量设计的。(三）自耦变压器的第三绕组三）自耦变压器的第三绕组图10-20 具有第三绕组的三相自耦变压器第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统4910-21 降压型自耦变压器绕组布置图u 第三绕组在铁心中排列的位置，与自耦变压器是升压型还是降压型有关。降压型自耦变压器，主要功率是从高压侧流向中压侧，所以，第三绕组应与公共绕组并联靠近串联绕组，这样可使高中压侧短路阻抗最小（见图10-21）。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统50图10-22 升压型自耦变压器绕组布置图 升压型自耦变压器，功率是由低压侧流向高压和中压侧，所以，低压绕组（第三绕组）应排列在串联绕组和公共绕组中间，以便得到最小的短路阻抗（见图10-22）。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统51u 自耦变压器的特点之一，就是在高压侧和中压侧之间具有电气连接，这样就具备了过电压从一个电压等级电网向另一个电压等级电网转移的可能性。u 处理过电压的措施：要求自耦变压器的中性点必须直接接地，或者经过小电抗接地，以防当自耦变压器高压侧发生单相接地时，在中压绕组其他两相出现过电压。(四）自耦变压器的过电压问题四）自耦变压器的过电压问题u 如果中性点不接地，当高压侧发生a相接地时，其他两相（b、c相）中压绕组的相电压为 （10-27）第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统52二、自耦变压器的运行方式二、自耦变压器的运行方式u 自耦变压器有两种运行方式，即自耦运行方式（只在高中压侧有交换功率）和联合运行方式（除高中压侧有交换功率外，高低压侧或中低压侧也有交换功率）。自耦运行方式比较简单，联合运行方式则比较复杂。u 联合运行方式时，自耦变压器公共绕组和串联绕组上的电流可认为由两个分量组成：一个电流分量相当于自耦运行时，从高压侧流向中压侧的电流（或者相反）；另一个电流分量相当于第三绕组通过变压方式（即电磁感应）传送的电流。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统53u 三绕组自耦变压器的联合运行方式，最典型的有两种：（1）运行方式一。高压侧同时向中压侧和低压侧送电，或低压侧和中压侧同时向高压侧送电，见图10-24（a）。图10-24(a)第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统54 串联绕组中的负荷为 (10-28)公共绕组的负荷为 (10-29)在此运行方式下，串联绕组的电流较大，所以，最大传输功率受到串联绕组容量的限制。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统55（2）运行方式二。中压侧同时向高压侧和低压侧（或高压侧和低压侧同时向中压侧）送电，见图10-24（b）。图10-24(b)第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统56 串联绕组中的负荷为 (10-30)公共绕组的负荷为 (10-31)在这种运行方式下，最大传输功率受到公共绕组容量的限制。在此情形下，值得注意的是：当低压侧向中压侧的传输功率达到自耦变压器的标准容量时，高压侧不能再向中压侧传输任何功率。换句话说，在这种运行方式下，用变压方式传输功率达到标准容量时，就不允许用自耦方式传输功率，否则，公共绕组就要过负荷。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统57三、自耦变压器的有功功率损耗三、自耦变压器的有功功率损耗 普通三绕组变压器的有功功率损耗可利用星形等值电路图（图10-25）来计算，根据短路试验结果，列出每一支路的额定短路损耗，计算式为 （10-32）普通三绕组变压器总的有功损耗 （10-33）第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统58图10-25 三绕组变压器短路损耗等值电路图 三绕组自耦变压器的有功损耗，在计算P1、P2、P3 时，应将 P1-3、P2-3归算到以自耦变压器的额定容量为基准，即 P1-3、P2-3 值应除以a系数的平方。（a=SN3/SN，即低压绕组额定容量SN3对自耦变压器额定容量SN之比值）。求总的有功损耗时，有时也可分别求出公共绕组（c绕组），串联绕组（s绕组）和第三绕组（t绕组）的有功损耗，然后相加。第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统59u 根据短路试验 如图10-26的（a）、（b）所示，有关绕组间的短路损耗为 （10-34）（10-35）图10-26 自耦变压器短路试验接线图第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统60u 图10-26（c）和（d）分别表示串联绕组第三绕组和高压绕组第三绕组间的短路实验接线图。（10-36）u 每个绕组中的损耗，也可以从每两个绕组间的损耗，即PC-S、Pc-t、Ps-t 中推算出来，即 （10-37）（10-38）第六节第六节 自耦变压器的特点和运行方式自耦变压器的特点和运行方式发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统61u 分裂变压器和普通多绕组变压器不同点在于：在它的低压绕组中，有一个或几个绕组分裂成额定容量相等的几个支路，这几个支路没有电气上的联系，而仅有较弱的磁的联系。心式分裂变压器分裂绕组布置，如图10-27所示。图10-27 分裂绕组变压器的绕组和铁心第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统62u 单相双绕组双分裂变压器接线图，示于图10-28。图中，a1x1和a2x2都是低压侧分裂绕组，AX是高压侧绕组。两个低压侧分裂绕组的容量相同，都是高压绕组容量的一半。图10-28 单相双绕组双分裂变压器接线图第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统63u 分裂绕组变压器有三种运行方式：（1）分裂运行。指两个低压分裂绕组运行，低压绕组间有穿越功率，高压绕组不运行，高低压绕组间无穿越功率。在这种运行方式下，两个低压分裂绕组间的阻抗称为分裂阻抗。（2）并联运行。指两个低压绕组并联，高低压绕组运行，高低压绕组间有穿越功率。在这种运行方式下，高-低压绕组间的阻抗称为穿越阻抗。（3）单独运行。指任一低压绕组开路，另一个低压绕组和高压绕组运行。在此运行方式下，高低压绕组之间的阻抗称为半穿越阻抗。第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统64u 分裂系数：分裂阻抗和穿越阻抗之比。u 分裂变压器的阻抗百分值示于表10-7。表10-7 分裂变压器的阻抗百分值阻抗电压径向式布置图10-27（a）轴向式布置图10-27(b)ZH-L1ZZZH-L2ZZZL1-L22.2Z(1.82.0)Z第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统65u 分裂变压器有以下优缺点：（1）能有效地限制低压侧的短路电流，因而可选用轻型开关设备，节省投资。图10-29（a）和（b）所示分别为应用分裂变压器和应用普通变压器的两种接线方案。图10-29 分裂变压器和普通变压器接线比较图第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统66 （2）在降压变电站，应用分裂变压器对两段母线供电时（如图10-30所示），当一段母线发生短路时，除能有效地限制短路电流外，还能使另一段母线电压保持一定的水平，不致影响电力用户的运行。（3）分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20左右。（4）分裂变压器适用于两段负荷均衡、又需限制短路电流的情况。图10-30 分裂变压器低压供电接线图第七节第七节 分裂绕组变压器分裂绕组变压器发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统67u 在发电厂和变电站中，通常将2台或数台电力变压器并联运行，并联运行比1台大容量变压器单独运行有下列优点：（1）提高供电可靠性，一台退出运行，其他变压器仍可照常供电；（2）在低负荷时，部分变压器可不投入运行，因而能减小能量损耗，保证经济运行；（3）减小备用容量。第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统68u 变压器并联运行时，通常希望它们之间没有平衡电流；负荷分配与额定容量成正比，与短路阻抗成反比；负荷电流的相位相互一致。要做到上述几点，就必须遵守以下条件：（1）并联运行的变压器一次电压相等，二次电压相等，也就是需要变压比相等；（2）额定短路电压相等；（3）绕组联结组号相同。上述三个条件中，第一条和第二条不可能绝对相等，一般规定变压比的偏差不得超过0.5，额定短路电压相差不得大于10。第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统69一、不满足变压器并联运行条件时的运行一、不满足变压器并联运行条件时的运行(一）变压比不同的变压器的并联运行一）变压比不同的变压器的并联运行图10-31 2 台变压比不同的单相变压器并联运行（a）接线图；（b）等值电路图第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统70u 空载时平衡电流 又 故得第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统71 假设，UN1 IUN1 IIU1，则，（10-39a)如，则，(10-39b)第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统72u 由上式可知：平衡电流决定于k*和变压器的内部阻抗，变压器的内部阻抗通常很小，即使k*不大，即2台变压器的变压比相差不大，也可能引起很大的平衡电流。u 例如：在式(10-39b)中，如果2台变压器的容量相同，短路电压相等，其标幺值等于0.05；变压比如果相差1，平衡电流即可达额定值的10。它占据了变压器的一部分容量，一般k*不得超过0.5。(二）短路电压不同的变压器并联运行二）短路电压不同的变压器并联运行u 若有一组变压器并联运行，假定它们的变压比相同，则变压器中的电压降是一样的，即第八节第八节 电力变压器的并联运行电力变压器的并联运行发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统73 如果阻抗角相同，则 故，（10-40a)，第八节第八节 电力变压器的并联运行电力