4-3 電 流 互 感 器 和 電 壓 互 感 器互 感 器 的 作 用 原 理互 感 器 是 一 種 測 量 用 的 設(shè) 備 ， 分 電 流 互 感 器 和 電 壓 互 感 器 兩 種 。它 們 的 作 用 原 理 和 變 壓 器 相 同 。 使 用 互 感 器 的 目 的一 是 為 了 工 作 人 員 的 安 全 ， 使 測 量 回 路 與 高 壓 電 網(wǎng) 隔 離 ； 二 是 可以 使 用 小 量 程 的 電 流 表 測 量 大 電 流 ， 用 低 量 程 電 壓 表 測 量 高 電 壓 。通 常 ， 電 流 互 感 器 的 副 邊 電 流 為 5安 或 1安 。 電 壓 互 感 器 的 副 方 電壓 為 100伏 。 互 感 器 的 用 途互 感 器 除 了 用 于 測 量 電 流 外 ， 還 用 于 各 種 繼 電 保 護 裝 置 的 測 量 系 統(tǒng) ， 因 此 它 的 應(yīng) 用 十 分 廣 泛 。 電 流 互 感 器工 作 原 理 ： 圖 4-15是 電 流 互 感 器 的 原 理 圖 ， 它 的 原 繞 組 由 一 匝 或幾 匝 截 面 較 大 的 導(dǎo) 線 構(gòu) 成 ， 并 串 入 需 要 測 量 電 流 的 電 路 。 副 邊 的匝 數(shù) 較 多 ， 可 將 線 路 上 的 大 電 流 變 為 小 電 流 來 測 量 。測 量 精 度 ： 按 照 誤 差 的 大 小 ，分 為 0.2， 0.5， 1.0， 3.0和10等 五 個 標 準 等 級 。 例 如 ，0.5級 準 確 度 就 表 示 在 額 定電 流 時 ， 原 、 副 邊 電 流 變 比的 誤 差 不 超 過 0.5 。 電 流 互 感 器使 用 注 意 事 項 ：1） 為 了 使 用 安 全 ， 電 流 互 感 器 的 副 邊 必 須 可 靠 的 接 地 ， 以 防 止由 于 絕 緣 損 壞 后 ， 原 邊 的 高 壓 傳 到 副 邊 ， 發(fā) 生 人 身 事 故 。2） 電 流 互 感 器 的 副 邊 絕 對 不 容 許 開 路 。 因 為 副 邊 開 路 時 ， 互 感器 成 為 空 載 運 行 ， 此 時 ， 原 邊 被 測 線 路 電 流 成 了 激 磁 電 流 ， 使 鐵心 內(nèi) 的 磁 密 比 額 定 情 況 增 加 許 多 倍 。 它 一 方 面 將 使 副 邊 感 應(yīng) 出 很高 的 電 壓 ， 可 能 使 絕 緣 擊 穿 。 同 時 對 測 量 人 員 也 很 危 險 ； 另 一 方面 ， 鐵 心 內(nèi) 磁 密 增 大 以 后 ， 鐵 耗 會 大 大 增 加 ， 使 鐵 心 過 熱 ， 影 響電 流 互 感 器 的 性 能 ， 甚 至 把 它 燒 壞 。 4-3 電 流 互 感 器 和 電 壓 互 感 器電 壓 互 感 器工 作 原 理 ： 圖 4-16是 電 壓 互 感 器 的 原 理 圖 。 原 邊 直 接 接 到 被 測 高壓 電 路 ， 副 邊 接 電 壓 表 或 功 率 表 的 電 壓 線 圈 。 利 用 原 、 副 邊 不 同的 匝 數(shù) 比 可 將 線 路 上 的 高 電 壓 變 為 低 電 壓 來 測 量 。 測 量 精 度 ： 我 國 目 前 生 產(chǎn) 的 電 力 系 統(tǒng) 用 電 壓互 感 器 ， 按 準 確 度 分 為 0.5， 1.0和 3.0等 三級 。 電 壓 互 感 器 有 一 定 的 額 定 容 量 。 使 用 時副 邊 不 宜 接 過 多 的 儀 表 ， 以 免 電 流 過 大 引 起較 大 的 漏 抗 壓 降 。 而 影 響 互 感 器 的 準 確 度 。 圖 4-16 電 壓 互 感 器 原 理 圖V 1w2w 1U2U 4-3 電 流 互 感 器 和 電 壓 互 感 器電 流 互 感 器使 用 注 意 事 項 ：1） 電 壓 互 感 器 副 邊 不 能 短 路 ， 否 則 會 產(chǎn) 生 很 大 的 短 路 電 流 。 2） 為 安 全 起 見 ， 電 壓 互 感 器 的 副 邊 必 須 可 靠 的 接 地 。 本 章 小 結(jié)三 繞 組 變 壓 器 的 工 作 原 理 與 雙 繞 組 變 壓 器 一 樣 ， 同 樣 可 以 利 用 基本 方 程 式 、 相 量 圖 、 等 效 電 路 分 析 變 壓 器 內(nèi) 部 電 磁 過 程 。自 耦 變 壓 器 的 特 點 在 于 原 、 副 繞 組 之 間 不 僅 有 磁 的 聯(lián) 系 ， 而 且 還有 電 路 上 的 直 接 聯(lián) 系 ， 故 從 原 邊 傳 遞 給 副 邊 的 功 率 中 ， 是 通 過 電 磁 感 應(yīng) 關(guān) 系 傳 遞 的 ， 而 是 通 過 電 路 直 接 傳 遞 的 。由 于 通 過 電 磁 感 應(yīng) 關(guān) 系 傳 遞 的功 率 小 于 變 壓 器 的 額 定 容 量 ， 故 與 同 容 量 的 雙 繞 組 變 壓 器 相 比 ， 計算 容 量 小 了 ， 從 而 可 節(jié) 省 材 料 、 降 低 損 耗 ， 提 高 效 率 和 縮 小 尺 寸 。但 自 耦 變 壓 器 的 短 路 阻 抗 標 么 值 較 小 ， 短 路 電 流 較 大 。電 流 互 感 器 和 電 壓 互 感 器 的 工 作 原 理 與 變 壓 器 相 同 ， 使 用 時 應(yīng) 注 意 將 它 們 接 地 ， 并 注 意 電 流 互 感 器 在 原 邊 接 電 源 時 ， 副 邊 絕 對 不 能開 路 ； 電 壓 互 感 器 在 原 邊 接 電 源 時 ， 副 邊 絕 對 不 能 短 路 。aNSaNa Sk 11 aNa Sk1 變 壓 器 的 并 聯(lián) 運 行 5-1 概 述變 壓 器 的 并 聯(lián) 運 行把 變 壓 器 的 原 、 副 繞 組 相 同 標號 的 出 線 端 連 在 一 起 ， 直 接 或者 經(jīng) 過 一 段 線 路 接 到 母 線 上 ，這 種 運 行 方 式 就 叫 做 變 壓 器 的并 聯(lián) 運 行 。 圖 5-1 兩 臺 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 的 接 線 圖 ABC abc A B Ca b c A B Ca b cI II1K 2K 3K 4K 電 源 負 載 高壓母線 低壓母線變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 的 意 義由 于 現(xiàn) 代 的 發(fā) 電 廠 和 變 電 所 的容 量 很 大 ， 一 臺 變 壓 器 往 往 不能 擔 負 起 全 部 容 量 的 升 壓 或 降壓 任 務(wù) ， 于 是 要 采 用 多 臺 變 壓器 并 聯(lián) 運 行 。 5-1 概 述變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 的 優(yōu) 點1） 提 高 供 電 的 可 靠 性 。 并 聯(lián) 運 行 的 變 壓 器 如 有 某 臺 變 壓 器 發(fā) 生故 障 ， 可 以 把 它 從 電 網(wǎng) 切 除 進 行 檢 修 ， 而 電 網(wǎng) 仍 能 繼 續(xù) 供 電 ； 2） 可 根 據(jù) 負 荷 大 小 調(diào) 整 投 入 并 聯(lián) 變 壓 器 的 臺 數(shù) ， 以 提 高 運 行 效率 ；3） 可 以 減 少 總 的 備 用 容 量 ； 4） 可 以 隨 著 用 電 量 的 增 加 ， 分 批 安 裝 新 的 變 壓 器 ， 以 減 少 第 一次 投 資 。 5-2 變 壓 器 的 理 想 并 聯(lián) 條 件變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 的 最 理 想 情 況1） 空 載 時 并 聯(lián) 的 各 變 壓 器 副 邊 之 間 沒 有 循 環(huán) 電 流 ， 這 樣 ， 空 載時 各 變 壓 器 副 原 邊 的 銅 耗 也 較 小 。 2） 負 載 后 ， 各 變 壓 器 所 承 擔 的 負 載 電 流 按 它 們 的 額 定 容 量 成 比例 分 配 ， 這 樣 ， 并 聯(lián) 變 壓 器 的 裝 機 容 量 能 得 到 充 分 利 用 。3） 負 載 后 各 變 壓 器 副 邊 電 流 同 相 位 。 這 樣 在 總 的 負 載 電 流 一 定時 各 變 壓 器 所 分 擔 的 電 流 最 小 ； 如 果 各 變 壓 器 副 邊 電 流 一 定 時 ，則 共 同 承 擔 的 總 電 流 最 大 。 為 了 達 到 上 述 理 想 并 聯(lián) 情 況 ， 并 聯(lián) 運 行 的 各 變 壓 器 必 須 具 備 下 列 三 個 條 件 ： 1） 各 變 壓 器 的 額 定 電 壓 應(yīng) 相 等 ， 若 為 單 相 變 壓 器 則 各 變 壓 器 的變 比 應(yīng) 相 等 ； 2） 各 變 壓 器 的 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 ； 3） 各 變 壓 器 的 短 路 阻 抗 標 么 值 (或 短 路 電 壓 )應(yīng) 相 等 ， 而 且 短 路電 抗 和 短 路 電 阻 之 比 也 應(yīng) 相 等 。 以 上 三 個 條 件 中 ， 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 的 條 件 必 須 嚴 格 保 證 。因 為 如 果 聯(lián) 結(jié) 組 不 同 ， 當 各 變 壓 器 的 原 邊 接 到 同 一 電 網(wǎng) 時 ， 它 們副 邊 線 電 壓 的 相 位 不 同 ， 而 且 至 少 是 30度 (Y,y0和 Y,d11并 聯(lián) 時 ，副 邊 線 電 動 勢 的 相 位 差 就 是 30度 )。 在 此 情 況 下 ， 如 果 兩 變 壓 器的 變 比 相 等 ， 圖 中 Eab1= Eab2= Eab是 兩 變 壓 器 副 邊 的 線 電 動 勢 ， 從圖 可 見 ， 副 邊 有 電 動 勢 差 abababab EEEEE 518.015sin221 作 用 在 兩 變 壓 器 副 繞 組 構(gòu) 成 的 閉 合 回 路中 ， 由 于 變 壓 器 本 身 的 漏 阻 抗 很 小 ， 這樣 大 的 電 動 勢 差 將 在 兩 變 壓 器 的 副 繞 組中 產(chǎn) 生 很 大 的 循 環(huán) 電 流 ， 可 能 使 變 壓 器的 線 圈 燒 壞 ， 故 聯(lián) 結(jié) 組 不 同 的 變 壓 器 絕對 禁 止 并 聯(lián) 運 行 。 圖 5-2 Y,y0與 Y,d11兩 臺 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 ，副 邊 線 電 動 勢 相 量 圖30 E 1abE2abE 5-3變 比 相 同 而 短 路 阻 抗 標 么 值 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負 載 分 配 變 比 相 同 而 短 路 阻 抗 標 么 值 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負 載 分配 1kZ 2kZ 2I1I IkU1 2U圖 5-3 變 比 和 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 時 兩 臺變 壓 器 并 聯(lián) 時 的 簡 化 等 效 電 路2211 kk ZIZI 1221 2211 kk kk ZZII ZIZI 上 式 等 號 右 邊 分 子 、 分 母 除 以 額 定 電 壓 1kZ 2kZ 2I1I IkU1 2U圖 5-3 變 比 和 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 時 兩 臺變 壓 器 并 聯(lián) 時 的 簡 化 等 效 電 路 11 2221 1222 11 / Nk NkNk NkNN IZ IZIZ IZII II NNN UUU 21222111 , NN IIII *1*2111 22221 / kkNNk NNk ZZUIZ UIZ *2*1*2*121 SSII 5-3變 比 相 同 而 短 路 阻 抗 標 么 值 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負 載 分 配 由 此 可 知 ： 負 載 系 數(shù) 和 短 路 阻 抗 標 幺 值 (或 短 路 電 壓 ） 成 反 比 。 1kZ 2kZ 2I1I IkU1 2U圖 5-3 變 比 和 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 時 兩 臺變 壓 器 并 聯(lián) 時 的 簡 化 等 效 電 路 若 為 多 臺 變 壓 器 并 聯(lián) ， 則 12*1*2*2*1*2*121 kkkk uuZZSSII :1:1:1: *2*2*1321 kkk ZZZ 5-3變 比 相 同 而 短 路 阻 抗 標 么 值 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負載 分 配 結(jié) 論 ：1） 當 短 路 阻 抗 標 么 值 相 等 時 ， 即 2） 若 短 路 阻 抗 標 幺 值 不 相 等 ， 則 短 路 阻 抗 標 幺 值 小 者 先 達 到 滿載 。 從 運 行 的 經(jīng) 濟 性 來 看 ， 希 望 大 容 量 變 壓 器 盡 量 能 滿 載 運 行 ，因 此 ， 若 有 短 路 阻 抗 標 幺 值 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 ， 則 希 望容 量 大 者 其 短 路 阻 抗 標 么 值 小 為 宜 。 實 際 運 行 時 ， 為 了 使 并 聯(lián) 運行 時 不 浪 費 設(shè) 備 容 量 ， 要 求 各 變 壓 器 的 短 路 阻 抗 標 么 值 不 超 過 平均 值 的 10 。3） 為 了 使 各 并 聯(lián) 運 行 的 變 壓 器 副 邊 電 流 同 相 位 ， 各 變 壓 器 的 短路 電 抗 和 短 路 電 阻 之 比 應(yīng) 相 等 ， 此 時 總 負 載 電 流 是 各 變 壓 器 副 邊 電 流 的 算 術(shù) 和 。 *3*2*1 321 *3*2*1 SSS ZZZ kkk 1*1 S 1*3*2 SS 5-4變 比 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負 載 分 配 變 比 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 ， 空 載 時 就 有 環(huán) 流 。 故 各 臺 變 壓 器 的 電 流 分 配 不 僅 取 決 于 短 路 阻 抗 ， 而 且 還 受 到 環(huán) 流 的 影 響 。 圖 5-4 聯(lián) 結(jié) 組 相 但 變 比 不 相 等 的兩 臺 變 壓 器 并 聯(lián) 時 運 行 1kZ 2kZ 2I 1I I 2U LZIIkU1IkU1 cI21 1 2212 1 2111 /III Z UkUI Z UkUI kk 2 1 1 1 21 11 2 1 21 1 1 1 22 21 2 1 2/ / /k L ck k k kk L ck k k kZ U k U kI I I IZ Z Z ZZ U k U kI I I IZ Z Z Z 5-4變 比 不 相 等 的 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 時 的 負 載 分 配 1） 負 載 運 行 時 ， 每 一 變 壓 器 的 電 流 都 由 負 載 分 量 和 環(huán) 流 組 成 ，其 中 環(huán) 流 等 于 空 載 時 環(huán) 流 ， 它 是 由 于 變 比 不 等 而 引 起 的 。 對 第 一臺 變 壓 器 為 ， 對 第 二 臺 變 壓 器 為 ， 二 者 大 小 相 等 而 符 號 相反 。 說 明 兩 變 壓 器 副 邊 環(huán) 流 由 一 臺 變 壓 器 流 到 另 一 臺 變 壓 器 ， 至于 兩 變 壓 器 的 負 載 分 量 和 則 按 變 壓 器 的 短 路 阻 抗 成 反 比 分配 ， 它 們 都 與 總 負 載 電 流 成 正 比 變 化 。2） 由 于 各 負 載 分 量 相 位 基 本 相 同 ， 再 迭 加 上 環(huán) 流 后 ， 勢 必 造 成一 臺 變 壓 器 電 流 大 于 負 載 分 量 ， 另 一 臺 變 壓 器 電 流 小 于 負 載 分 量 ，這 是 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 所 不 希 望 的 ， 因 此 對 環(huán) 流 有 上 述 的 限 制 。 cI cILI1 LI2I 2 1 1 1 21 11 2 1 21 1 1 1 22 21 2 1 2/ / /k L ck k k kk L ck k k kZ U k U kI I I IZ Z Z ZZ U k U kI I I IZ Z Z Z 變 壓 器 的 并 聯(lián) 運 行本 章 小 結(jié)為 了 提 高 供 電 的 可 靠 性 以 及 使 裝 置 設(shè) 備 得 到 充 分 利 用 ， 近 代 發(fā)電 廠 和 變 電 所 都 采 用 多 臺 變 壓 器 并 聯(lián) 運 行 ， 為 了 得 到 理 想 的 并聯(lián) 運 行 情 況 ， 要 求 各 變 壓 器 滿 足 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 、 變 比 相 等 ， 以 及短 路 阻 抗 標 么 值 相 等 。 變 比 相 等 和 聯(lián) 結(jié) 組 相 同 保 證 空 載 時 不 產(chǎn)生 環(huán) 流 ， 是 變 壓 器 能 否 并 聯(lián) 的 前 提 。 短 路 阻 抗 標 么 值 相 等 則 保證 了 負 載 按 變 壓 器 容 量 成 比 例 分 配 ， 若 短 路 阻 抗 標 么 值 不 相 等 ，則 負 荷 系 數(shù) 與 短 路 阻 抗 標 么 值 成 反 比 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-1概 述 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程變 壓 器 在 穩(wěn) 態(tài) 運 行 時 ， 電 壓 、 電 流 、 電 動 勢 和 磁 通 的 幅 值 基 本 保 持 不 變 。 但 在變 壓 器 的 運 行 情 況 遭 到 較 大 的 擾 動 時 ， 如 合 閘 、 負 載 突 然 變 化 ， 副 邊 突 然 短 路 、遭 受 雷 擊 等 ， 這 些 情 況 叫 瞬 態(tài) 情 況 。 在 瞬 態(tài) 情 況 中 ， 變 壓 器 從 一 種 穩(wěn) 定 運 行 狀態(tài) 過 渡 到 另 一 種 穩(wěn) 定 運 行 狀 態(tài) ， 這 一 過 程 稱 為 瞬 態(tài) 過 程 或 過 渡 過 程 。 研 究 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 的 必 要 性在 瞬 態(tài) 過 程 中 ， 由 于 電 場 和 磁 場 的 能 量 發(fā) 生 較 大 的 變 化 ， 可 能 會 使 繞 組 中 的 電壓 和 電 流 超 過 額 定 值 許 多 倍 ， 即 出 現(xiàn) 所 謂 過 電 壓 和 過 電 流 現(xiàn) 象 ， 雖 然 瞬 態(tài) 過 程持 續(xù) 的 時 間 很 短 ， 但 卻 可 能 使 變 壓 器 遭 到 破 壞 ， 因 此 ， 對 這 些 問 題 應(yīng) 進 行 分 析 研 究 ， 找 出 它 的 變 化 規(guī) 律 ， 對 變 壓 器 的 設(shè) 計 、 制 造 、 保 護 和 運 行 都 是 十 分 必 要的 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程變 壓 器 在 穩(wěn) 態(tài) 運 行 時 空 載 激 磁 電 流 是 額 定 電 流 的 (1 10) 。 但 在 空 載 接 通電 源 的 瞬 間 ， 由 于 變 壓 器 鐵 心 存 在 飽 和 現(xiàn) 象 ， 可 能 出 現(xiàn) 很 大 的 沖 擊 電 流 ， 如 不采 取 適 當 的 措 施 ， 則 可 能 使 開 關(guān) 跳 閘 ， 以 致 變 壓 器 不 能 順 利 投 入 電 網(wǎng) 。 1u 0i 1r1w 2w圖 6-1 變 壓 器 空 載 接 通 電 源 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因設(shè) 電 網(wǎng) 電 壓 隨 時 間 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 ， 則 合 閘 時 變 壓 器 原 邊 回 路 的 電 動 勢 方 程 式為 dtdwritUu t 11011 )sin(2 式 中 ： 為 合 閘 時 電 壓 U 1的 初 相 角 ； t為 和 原 繞 組 匝 數(shù) w1交 鏈 的 總 磁 通 ， 包 括 主 磁 通 和 漏 磁 通 ； i0 、 r1分 別 是 原 繞 組 的 空 載 合 閘 電 流 和 電 阻 。由 于 變 壓 器 鐵 心 存 在 飽 和 現(xiàn) 象 ， 上 式 是 一 個 非 線 性 微 分 方 程 。 為 了 求 解 ， 作 線性 化 的 處 理 。 即 認 為 整 個 瞬 態(tài) 過 程 中 ， 鐵 心 飽 和 程 度 不 變 ， 并 以 運 行 點 的 飽 和程 度 作 為 瞬 態(tài) 過 程 中 的 飽 和 程 度 ， 于 是 電 流 i0可 用 下 式 表 示 ： av tLwi 10式 中 Lav是 對 應(yīng) 于 運 行 點 原 繞 組 的 平 均 電 感 ， 如 圖 6-2所 示 。 tw1 0iavL圖 6-2 原 繞 組 平 均 電 感（ 6 1） 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因由 此 ， 式 (6-1)便 可 改 寫 為 )sin(2 1111 tULrwdtdw t avt式 (6-3)是 一 個 常 系 數(shù) 微 分 方 程 ， 它 的 解 由 兩 部 分 組 成 ， 一 部 分 是 穩(wěn) 態(tài) 分 量 ，另 一 部 分 是 自 由 分 量 ， 即 （ 6 3） tLrmtLravt avav CetCetLrw U 11 )sin()sin()(2 2121 1 式 中 ： 為 磁 通 穩(wěn) 態(tài) 分 量 的 幅 值 ， 其 值 為m 111 12121 1 44.422)(2 fwUfw ULrw U avm 為 磁 通 穩(wěn) 態(tài) 分 量 的 幅 值 ， 其 值 為 )(90 111 avav LrrLtg 因 為 C為 磁 通 的 自 由 分 量 的 幅 值 ， 其 值 由合 閘 時 的 初 始 條 件 確 定 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因設(shè) 投 入 電 網(wǎng) （ t=0） 時 ， 鐵 心 里 沒 有 剩 磁 ， 即 (t=0)=0， 則 所 以 因 此討 論 ： 由 上 式 可 知1） 當 =90 時 合 閘 ， 則 合 閘 時 的 磁 通 為 即 合 閘 以 后 就 進 入 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ， 不 會 發(fā)生 瞬 態(tài) 過 程 。 圖 6-3是 這 種 情 況 的 磁 通變 化 曲 線 。 0)90sin( Cmt cos)90sin( mmC tLrmmt avet 1cos)cos( tt mmt sin)90cos( t0 1u 1u圖 6-3 當 時 ， 變 壓 器 空載 接 通 電 源 磁 通 的 變 化 曲 線 圖90 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因討 論 ： 由 上 式 可 知2） 當 =0 時 合 閘 ， 則 合 閘 時 的 磁 通 為 圖 6-4是 這 種 情 況 的 磁 通 變 化 曲 線 。 tLr mmt avet 1cos 圖 6-4 當 時 ， 變 壓 器 空 載接 通 電 源 磁 通 的 變 化 曲 線 圖0 t0 當 時 ， 磁 通 達 到 最 大 值 ， 若 不考 慮 自 由 分 量 的 衰 減 ， 變 壓 器 的 總 磁 通 差不 多 達 2m ， 考 慮 到 變 壓 器 在 空 載 合 閘 之前 鐵 心 里 尚 有 剩 磁 ， 當 剩 磁 方 向 與 自 由 分量 磁 通 的 方 向 一 致 時 ， 總 磁 通 最 大 值 可 達穩(wěn) 定 值 的 (2.2 2.3)倍 。 知 道 了 變 壓 器 空載 合 閘 時 磁 通 隨 時 間 變 化 的 關(guān) 系 后 ， 根 據(jù)磁 化 曲 線 ， 就 能 找 出 相 應(yīng) 的 激 磁 電 流 。 如圖 6-5所 示 。 180t t 圖 6-5 磁 化 曲 線t mm0 0i mi0 0iA B 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因討 論 ： 由 上 式 可 知2） 變 壓 器 在 正 常 運 行 時 ， 磁 路 已 開 始 飽 和 ， 例 如 工 作 在 A點 ， 在 最 不 利 的 空 載 合 閘 情 況 下 ， 磁 通 可 能 超 過 m 的 兩 倍 。 這 時 鐵 心 非 常 飽 和 ， 工 作 在 B 點 ， 因 此 激 磁 電 流 很 大 ， 超 過 穩(wěn) 態(tài) 激 磁 電 流 i 0值 的 80 100倍 ， 可 達 額 定 電 流 的 4 6倍 。 這 種 情 況 稱 為 激 磁 涌 流 。 這 是 一 種 最 不 利 的 情 況 ， 圖 6-6是 空 載 合 閘 電 流 示 波 圖 。 圖 6-5 磁 化 曲 線t mm0 0i mi0 0iA B t圖 6-6 空 載 合 閘 電 流 示 波 圖事 實 上 ， 隨 著 時 間 的 推 移 ， 自 由 分 量 將 逐 漸 衰 減 ，衰 減 的 快 慢 取 決 于 時 間 常 數(shù) ， 一 般 小 變 壓 器 的 電 阻較 大 ， 時 間 常 數(shù) 較 小 ， 故 合 閘 的 沖 擊 電 流 只 要 經(jīng) 過幾 個 周 波 (零 點 幾 秒 以 下 )就 達 到 穩(wěn) 態(tài) 值 ， 巨 型 變 壓器 裒 減 得 較 慢 ， 有 的 衰 減 過 程 可 以 達 到 20秒 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 空 載 合 閘 時 產(chǎn) 生 過 電 流 的 原 因討 論 ： 由 上 式 可 知3） 空 載 合 閘 電 流 對 變 壓 器 本 身 沒 有 多 大 的 危 害 ， 但 當 它 衰 減 較 慢 時 ， 可 能 引 起 變 壓 器 本 身 過 電 流 保 護 裝 置 動 作 而 跳 閘 ， 為 了 避 免 這 種 現(xiàn) 象 ， 需 要 設(shè) 法 使 合 閘 電 流 加 速 衰 減 ， 為 此 ， 可 在 變 壓 器 原 邊 串 聯(lián) 一 個 附 加 電 阻 ， 這 樣 一 則 減 少 沖 擊 量 ， 二 來 還 可 以 使 沖 擊 迅 速 衰 減 。 合 閘 完 畢 后 ， 再 將 該 電 阻 切 除 。 4） 在 三 相 變 壓 器 中 ， 由 于 三 相 電 壓 彼 此 相 差 120度 ， 因 此 合 閘 時 總 有 一 相 電 壓 初 相 角 接 近 于 零 ， 故 總 有 一 相 的 合 閘 電 流 較 大 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程突 然 短 路 電 流 ： 變 壓 器 副 邊 穩(wěn) 態(tài) 短 路 的 情 況 ， 由 于 變 壓 器 短 路 阻 抗 很 小 ， 穩(wěn)態(tài) 短 路 電 流 可 達 額 定 電 流 的 10 20倍 。 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 時 ， 短 路 電 流 比穩(wěn) 態(tài) 短 路 電 流 更 大 ， 如 不 采 取 有 效 措 施 ， 可 能 把 變 壓 器 損 壞 。 分 析 ： 忽 略 空 載 電 流 ， 采 用 圖 6-7簡 化 等 效 電 路 。 圖 中 短 路 電 阻 r k和 短 路 電 感 Lk= xk/(其 中 xk是 短 路 電 抗 )都 是 常 數(shù) ， 因 此 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 時 的 情 況 就 與 R、 L串 聯(lián) 電 路 突 然 接 到 正 弦 電 壓 上 去 的 情 況 相 似 ， 可 用 “ 電 路 原 理 ” 中 分 析 R、 L串 聯(lián) 電 路 瞬 態(tài) 過程 的 方 法 來 進 行 分 析 。 1u kr kLki圖 6-7 變 壓 器 突 然 短 路設(shè) 電 網(wǎng) 容 量 很 大 ， 短 路 電 流 不 致 引 起 電 網(wǎng) 電 壓 下 降 。 則 得 突 然 短 路 時 原 邊 電路 微 分 方 程 式 為 ： dtdiLritUu kkkk )sin(2 11 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程解 此 常 系 數(shù) 微 分 方 程 式 可 得 ： kk TtkkTtkkkkkk CetICetxr Uiii )sin(2)sin(2 22 1 式 中 ： 為 突 然 短 路 電 流 穩(wěn) 態(tài) 分 量 的 瞬 時 值 ；)sin(2 kkk tIi 為 突 然 短 路 電 流 穩(wěn) 態(tài) 分 量 的 幅 值 ；22 122 kkk xr UI 為 與 的 相 位 差 。為 暫 態(tài) 電 流 衰 減 的 時 間 常 數(shù) ； 為 突 然 短 路 電 流 暫 態(tài) 分 量 (自 由 分 量 )的 瞬 時 值 ； 9011 k kkkk rLtgrxtg ki 1u kTtk Cei kkk rLT / 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程式 中 ： C為 待 定 積 分 常 數(shù) ， 由 初 始 條 件 決 定 。 通 常 ， 變 壓 器 發(fā) 生 突 然 短 路 之 前 ， 可 能 已 經(jīng) 處 于 負 載 運 行 ， 但 由 于 負 載 電 流比 短 路 電 流 小 很 多 ， 故 可 略 去 不 計 ， 而 認 為 突 然 短 路 是 在 空 載 情 況 下 發(fā) 生 的 ，即 認 為 t=0時 ， ik =0， 代 入 ik表 達 式 可 得 因 此上 式 表 明 ， 突 然 短 路 電 流 的 大 小 與 電 壓 u1的 初 相 角 有 關(guān) 。 cos2 )90sin(20 kkIC CI kTtkkk eItIi cos2)cos(2 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程討 論 ：1） 當 =90度 時 ， 發(fā) 生 突 然 短 路 ， 這 時 暫 態(tài) 分 量 為 零 ， 突 然 短 路 一 發(fā) 生 就 進 入 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ， 短 路 電 流 最 小 ， 其 值 為 2） 當 =0度 時 發(fā) 生 突 然 短 路 ，與 上 式 對 應(yīng) 的 電 流 變 化 曲 線 如 圖 6-8所 示 ，從 圖 可 見 ， 當 瞬 間 ， 短 路 電 流 達 最大 值 tIi kk sin2)cos(2 kTtkk etIi t kyTkk IkeIi k 2)1(2max 式 中 kTy ek 1 是 突 然 短 路 電 流 最 大 值 與 穩(wěn) 態(tài) 短 路 電 流 最 大 值 的 比 值 。 ky的 大 小 與 時 間 常 數(shù) Tk有 關(guān) ， 變 壓 器 的 容 量 愈 大 ， Tk愈 大 ， ky也 增 大 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程討 論 ：2） 當 用 標 么 值 表 示 時 即 ： 與 成 反 比 ， 即 短 路 阻 抗 愈 小 ， 突 然 短 路 電 流 愈 大 。若 ， 則這 是 一 個 很 大 的 沖 擊 電 流 ， 產(chǎn) 生 很 大 的 電 磁 力 ， 對 變 壓 器 有 嚴 重 影 響 。 為 了 限 制 ， 不 宜 太 小 ， 但 從 減 小 變 壓 器 的 電 壓 調(diào) 整 率 U來 看 ， 又不 宜 過 大 ， 因 此 在 設(shè) 計 變 壓 器 時 ， 必 須 全 面 考 慮 數(shù) 值 的 選 擇 。 *1max*max 2 kykN NyNkyNkk ZkZIUkIIkIii *maxki *kZ06.0* kZ 302006.01)8.12.1(*max ki*maxki *kZ *kZ*kZ 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程突 然 短 路 電 流 對 變 壓 器 的 影 響 :1） 突 然 短 路 時 變 壓 器 繞 組 受 到 很 大 的 機 械 力 的 影 響 。 變 壓 器 繞 組 中 的 電 流 與漏 磁 場 相 互 作 用 ， 在 繞 組 的 各 導(dǎo) 線 上 產(chǎn) 生 電 磁 力 ， 其 大 小 由 漏 磁 場 的 磁 通 密度 與 電 流 的 乘 積 所 決 定 。 由 于 電 流 增 大 時 漏 磁 場 也 正 比 增 強 ， 因 此 電 磁 力 與電 流 的 平 方 成 正 比 ， 當 變 壓 器 在 額 定 負 載 下 運 行 時 ， 作 用 在 繞 組 上 的 電 磁 力很 小 。 但 突 然 短 路 時 ， 如 前 所 述 ， 最 大 短 路 電 流 可 達 額 定 電 流 的 20 30倍 ，由 于 短 路 時 產(chǎn) 生 的 電 磁 力 與 電 流 平 方 成 正 比 。 所 以 短 路 時 繞 組 所 受 到 電 磁 力將 為 額 定 時 的 400 900倍 ， 它 可 能 使 變 壓 器 的 繞 組 變 形 和 絕 緣 損 壞 。 為 了 防止 這 種 不 良 情 況 應(yīng) 加 強 繞 組 的 支 撐 ， 圖 6-9為 當 原 、 副 繞 組 高 度 相 等 、 磁 動 勢 沿 繞 組 高 度 分 布 均 勻 時 ， 同 心 式 繞 組 所 受 的 電 磁 力 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程突 然 短 路 電 流 對 變 壓 器 的 影 響 : 1qF 2qF 1dF 1dF 2dF 2dF 2qF 1qF dB h11wi 22wi qB1a 2a12a (a) (b)圖 6 9 同 心 式 繞 組 所 受 的 電 磁 力 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程 6-2變 壓 器 空 載 合 閘 時 的 瞬 態(tài) 過 程 變 壓 器 副 邊 突 然 短 路 的 瞬 態(tài) 過 程突 然 短 路 電 流 對 變 壓 器 的 影 響 :2） 變 壓 器 發(fā) 生 突 然 短 路 時 ， 短 路 電 流 達 到 額 定 電 流 的 (20 30)倍 ， 因 而 銅 耗將 達 額 定 電 流 時 的 幾 百 倍 。 由 于 銅 耗 的 極 大 增 長 ， 繞 組 溫 度 上 升 非 常 迅 速 。如 果 不 設(shè) 法 在 最 短 時 間 內(nèi) 排 除 故 障 或 使 斷 路 器 跳 閘 ， 則 變 壓 器 有 燒 毀 的 可 能 。到 目 前 為 止 ， 對 繞 組 短 路 時 過 熱 尚 沒 有 一 個 限 制 的 標 準 。 一 般 認 為 溫 度 達 200至 250度 是 允 許 的 。 但 最 好 不 超 過 200度 ， 根 據(jù) 計 算 ， 斷 路 器 的 跳 閘 時 間 遠 遠小 于 達 到 短 時 允 許 溫 度 所 需 的 時 間 ， 因 此 ， 在 有 適 當 的 保 護 下 ， 發(fā) 生 突 然 短路 后 燒 毀 變 壓 器 的 事 件 是 罕 見 的 。 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 程本 章 小 結(jié) 變 壓 器 的 瞬 態(tài) 過 電 流 現(xiàn) 象 包 括 兩 種 情 況 ， 一 種 是 變 壓 器 空 載 合 閘 ， 另 一 種 是變 壓 器 發(fā) 生 突 然 短 路 。變 壓 器 空 載 投 入 電 網(wǎng) 時 有 可 能 產(chǎn) 生 激 磁 涌 流 ， 激 磁 涌 流 產(chǎn) 生 的 原 因 主 要 是 在變 壓 器 投 入 電 網(wǎng) 的 瞬 態(tài) 過 程 中 ， 鐵 心 中 磁 通 增 加 很 多 ， 使 鐵 心 過 度 飽 和 所 致 。激 磁 涌 流 對 變 壓 器 本 身 沒 什 么 危 害 ， 但 使 變 壓 器 的 繼 電 保 護 裝 置 變 得 復(fù) 雜 。變 壓 器 發(fā) 生 突 然 短 路 會 產(chǎn) 生 極 大 的 短 路 電 流 ， 使 電 流 與 漏 磁 場 作 用 ， 產(chǎn) 生 很大 的 機 械 力 ， 繞 組 各 部 分 可 能 因 此 損 壞 ， 因 此 突 然 短 路 是 一 個 嚴 重 的 故 障 。