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1、ch5ch5三相变压器的异常运三相变压器的异常运行解析行解析第一节第一节 变压器的空载合闸变压器的空载合闸 变压器二次侧空载，把一次侧绕组接入电源，变压器二次侧空载，把一次侧绕组接入电源，称为变压器的称为变压器的空载合闸空载合闸。变压器正常运行时，励磁电流很小，一般只有变压器正常运行时，励磁电流很小，一般只有额定电流的额定电流的210。但空载合闸到电网的瞬间，励磁电流可能急剧但空载合闸到电网的瞬间，励磁电流可能急剧增加为正常励磁电流的几十倍，甚至上百倍，空载增加为正常励磁电流的几十倍，甚至上百倍，空载合闸出现的瞬态电流冲击，可能引起系统跳闸。合闸出现的瞬态电流冲击，可能引起系统跳闸。变压器空载
2、合闸变压器空载合闸 在在 t=0 ,的初始条件下，上式的解为：的初始条件下，上式的解为：电网电压按正弦规律变化，则空载时一次侧的电网电压按正弦规律变化，则空载时一次侧的电压平衡方程为：电压平衡方程为：表明：表明：磁通的大小与合闸时电压的初相角有关磁通的大小与合闸时电压的初相角有关。忽略忽略r11.初相角初相角 时合闸时合闸 初相角初相角90900 0合闸变压器原边电压合闸变压器原边电压与主磁通波形与主磁通波形结论：结论：磁通无暂态分量磁通无暂态分量，合闸后立即建立稳态磁通，合闸后立即建立稳态磁通，所以建立此磁通的励磁电所以建立此磁通的励磁电流不经过瞬变过程就达到流不经过瞬变过程就达到了稳态励磁
3、电流，避免了了稳态励磁电流，避免了空载合闸时冲击电流的产空载合闸时冲击电流的产生，也就是说，生，也就是说，变压器在变压器在这种情况下合闸最为有利这种情况下合闸最为有利。在空载合闸后半个周期（在空载合闸后半个周期（）瞬间，磁通达）瞬间，磁通达到最大值，到最大值，为正常励磁磁通的两倍。，为正常励磁磁通的两倍。2.初相角初相角 时合闸时合闸 初相角初相角0 00 0合闸变压器原边电压与主磁通波形合闸变压器原边电压与主磁通波形 在空载合闸后半个周期，磁通达到最大值，在空载合闸后半个周期，磁通达到最大值，为正常励磁磁通的两倍。为正常励磁磁通的两倍。这个两倍的磁通将使铁心处于严重过饱和，这个两倍的磁通将使
4、铁心处于严重过饱和，从而导致励磁电流急剧增加，可达到正常励磁电从而导致励磁电流急剧增加，可达到正常励磁电流的几十甚至上百倍，额定电流的流的几十甚至上百倍，额定电流的58倍。倍。铁心饱和程度越高，合闸电流也越大。铁心饱和程度越高，合闸电流也越大。上面讨论时，忽略了一次绕组的电阻上面讨论时，忽略了一次绕组的电阻 ，由于实，由于实际情况下，电阻际情况下，电阻 ，所以励磁电流会逐渐衰减，所以励磁电流会逐渐衰减到正常值，衰减快慢与绕组电阻和电抗有关。一般小到正常值，衰减快慢与绕组电阻和电抗有关。一般小容量变压器容量变压器 较大，合闸电流衰减快，只需几个周较大，合闸电流衰减快，只需几个周期就可以达到稳态值
5、。大型变压器期就可以达到稳态值。大型变压器 较小，合闸电较小，合闸电流衰减慢，有时可能达到流衰减慢，有时可能达到20s20s。空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害，但空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害，但当它衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳当它衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。为了避免这种现象，需设法加速合闸电流的衰减。闸。为了避免这种现象，需设法加速合闸电流的衰减。大型变压器中，在变压器一次侧串联一个合闸附加电大型变压器中，在变压器一次侧串联一个合闸附加电阻，以减小合闸电流幅值并加快衰减，合闸结束后将阻，以减小合闸电流幅值并加快衰减，合闸结束后将该电阻切除。该电阻
6、切除。三相变压器中，由于三相电压相位互差三相变压器中，由于三相电压相位互差 ，所以合，所以合闸时，总有一相电压的初相角接近闸时，总有一相电压的初相角接近 ，则总有一相，则总有一相合闸电流较大。合闸电流较大。第二节第二节 变压器的突然短路变压器的突然短路 1.突然短路电流突然短路电流突然短路等效电路图突然短路等效电路图 变压器运行时，二次侧绕组发生突然短路，产变压器运行时，二次侧绕组发生突然短路，产生很大的短路电流，为额定电流的十几到二十倍左生很大的短路电流，为额定电流的十几到二十倍左右，是一种严重故障，可能造成变压器损坏。右，是一种严重故障，可能造成变压器损坏。突然短路电流的大小与发生短路瞬间
7、电源电压突然短路电流的大小与发生短路瞬间电源电压的初相角有关。的初相角有关。（1）突然短路发生在电压初相角）突然短路发生在电压初相角 时时突然短路一发生就进入稳定状态，短路电流值最小。突然短路一发生就进入稳定状态，短路电流值最小。（2）突然短路发生在电压初相角）突然短路发生在电压初相角 时时突然短路电流波形突然短路电流波形 短路电流最大值发生在短路后半个周期瞬间，短路电流最大值发生在短路后半个周期瞬间，即即 时，可求出最大短路电流为：时，可求出最大短路电流为：是突然短路电流的最大值与稳态短路电流最大是突然短路电流的最大值与稳态短路电流最大值的比值，其大小决定于变压器的值的比值，其大小决定于变压
8、器的 和和 ，中、小，中、小型变压器型变压器 ，大容量变压器，大容量变压器。结论：结论：与与 成反比，即短路阻抗越小，突然短路电成反比，即短路阻抗越小，突然短路电流越大。例如当时流越大。例如当时 ，最大短路电流达到额定电流的最大短路电流达到额定电流的25253030倍，这样大的倍，这样大的冲击电流会对变压器绕组产生很大的电磁力，对变压器冲击电流会对变压器绕组产生很大的电磁力，对变压器安全运行有严重影响。为了限制最大短路电流，变压器安全运行有严重影响。为了限制最大短路电流，变压器的短路阻抗不能太小，但从减小变压器的电压变化率角的短路阻抗不能太小，但从减小变压器的电压变化率角度考虑，短路阻抗也不能
9、太大，所以，变压器设计时幺度考虑，短路阻抗也不能太大，所以，变压器设计时幺全面考虑，以确定一个合适的全面考虑，以确定一个合适的 。2.过电流的影响过电流的影响突然短路会引起变压器产生很大的冲击过电流，突然短路会引起变压器产生很大的冲击过电流，这个过电流对变压器的影响主要有两个方面，一这个过电流对变压器的影响主要有两个方面，一是产生电磁力，二是使变压器发热。是产生电磁力，二是使变压器发热。由于变压器绕组的导线处于漏磁场中，导线中的由于变压器绕组的导线处于漏磁场中，导线中的电流与漏磁场相互作用，在绕组导线上产生电磁电流与漏磁场相互作用，在绕组导线上产生电磁力，其大小与漏磁场的磁通密度和导体中电流的
10、力，其大小与漏磁场的磁通密度和导体中电流的乘积成正比。而漏磁场的磁通密度又与电流成正乘积成正比。而漏磁场的磁通密度又与电流成正比，所以电磁力与电流的平方成正比。比，所以电磁力与电流的平方成正比。变压器突然短路时的电流最大值可达额定值的变压器突然短路时的电流最大值可达额定值的25-30倍，绕组受到的电磁力将达到额定时的倍，绕组受到的电磁力将达到额定时的400-900倍。倍。且这个力伴随冲击电流同时产生，时间很短，断路器且这个力伴随冲击电流同时产生，时间很短，断路器来不及动作。如果变压器设计时未考虑这个冲击力，来不及动作。如果变压器设计时未考虑这个冲击力，如此大的电磁力将导致变压器绕组变形和绝缘损
11、坏。如此大的电磁力将导致变压器绕组变形和绝缘损坏。同时，变压器绕组的铜耗也随电流成平方关系变化，同时，变压器绕组的铜耗也随电流成平方关系变化，所以，变压器突然短路时，绕组的铜耗可达额定时的所以，变压器突然短路时，绕组的铜耗可达额定时的几百倍，如果不迅速切断电源，绕组温度将急剧上升。几百倍，如果不迅速切断电源，绕组温度将急剧上升。所以，大型电力变压器都有过热保护装置，一旦发生所以，大型电力变压器都有过热保护装置，一旦发生短路故障，将及时切断电源。短路故障，将及时切断电源。对于三相变压器，由于三相电压相位互差对于三相变压器，由于三相电压相位互差 ，因此在突然短路时，总有一相会处在短路电流最大或因此在突然短路时，总有一相会处在短路电流最大或接近最大的情况。接近最大的情况。结束结束
ch5三相变压器的异常运行解析
