Chapter5 变压器的过渡过程.pdf

2012/2/17 1 第五章第五章 变压器的过渡过程变压器的过渡过程 (Transient process of transformer)当变压器突然改变负载、空载合闸到当变压器突然改变负载、空载合闸到电源、二次绕组突发短路或受到过电压冲电源、二次绕组突发短路或受到过电压冲击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变化，其持续过程称为过渡过程。化，其持续过程称为过渡过程。分析变压器的过渡过程，主要是由于此分析变压器的过渡过程，主要是由于此过程会出现过电压或过电流，在极短的时间过程会出现过电压或过电流，在极短的时间内也会对变压器造成破坏。内也会对变压器造成破坏。第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 过电流现象过电流现象 (Over current)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，原边合闸接到电变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸源称为空载合闸 k2N0i1u1N当时间当时间t=0t=0时空载合闸，时空载合闸，电源电压为：电源电压为：1102sinuUta 合闸时电压合闸时电压 的初相角的初相角 01Uk2N0i1u1N10 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()mmLUNRL t 000sin90cosmmtata 110cosrtLtmtaCe 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 00t确定积分常数确定积分常数 C ：0cosmCa得到，空载合闸时磁通随时间的关系式为：得到，空载合闸时磁通随时间的关系式为：1100coscosrtLtmmtaa e 110cosrtLtmtaCe 2012/2/17 2 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自由分量是直流指数衰减量，当当 时时，稳态分量与暂态分量相加可达最大值稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtLtmmte 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间变化关系后，可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。应的励磁电流。变压器正常运行时，磁路设计得已经有变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱和，若在最不利的空载接通电源，磁通点饱和，若在最不利的空载接通电源，磁通可能超过两倍的可能超过两倍的 ，铁心非常饱和，励磁，铁心非常饱和，励磁电流电流 很大，可达额定电流的很大，可达额定电流的3 3-5 5倍。倍。m0mim2m0t0i0mi0i 在变压器空载接通电源的过程中，随着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，自由分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：衰减的时间常数为：11LRt00i2012/2/17 3 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。二、突然短路二、突然短路 变压器稳态短路电流已经是额定电流的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，突然短路电流比稳十几倍到二十几倍左右，突然短路电流比稳态电流还要大，同时产生的冲击电流会使机态电流还要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。械力增大。三相变压器故障短路各种各样：一相接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。地、两相短路、两相接地、三相短路等。为了简单，为了简单，此图仅分析单相此图仅分析单相变压器突然短路变压器突然短路的情况。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 ，二，二次绕组发生突然短路，原次绕组发生突然短路，原 “T T”形等效电形等效电路路 可简化为可简化为 “一一”形等效电路。形等效电路。1UkRkLu1 i 由于由于 使磁路不饱和，使磁路不饱和，电感可为常数，所以可用一次电流表示微分电感可为常数，所以可用一次电流表示微分方程：方程：/11221I ZI ZU1110sin()kkmdiLi RUtdt 虽然突然短路前可能已带上负载，但负载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。电流比起短路电流很小，可忽略不计。设设 时，时，0t 10i 111iii1 sin()miItk =kLR根据根据t=0时的电流，可知时的电流，可知 1tiAe1 sin()KKRtLmiIe 0902kkRL大型变压器大型变压器 mmkUIZ其中：其中：11cos()costmmiItIe 2012/2/17 4-Imcost 1mtIei1 180 360 11costmmiItI e 0 当当 时突然短路：时突然短路：分析出现最大电流的条件分析出现最大电流的条件 11 ,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：