1、第四章 變壓器的不對稱運行 及瞬態過程 主要討論不對稱運行及其分析瞬態過程(只要了解其概念)第一節 三相變壓器不對稱運行第二節 三相變壓器的各序阻抗及其等效電路第三節 三相變壓器Y，yn連接單相運行第四節 次級側突然短路時的瞬態過程第五節 變壓器空載合閘時的瞬態過程1第一節 三相變壓器不對稱運行不對稱各相電流(或電壓，電勢)大小有可能不同，相位也不依次差120對稱分量法對稱分量法各序等效電路，疊加原理三相中點浮動問題三相ABC2基本概念不對稱運行狀態的主要原因：外施電壓不對稱、三相電流也不對稱。各相負載阻抗不對稱。當初級外施電壓對稱，三相電流不對稱。不對稱的三相電流流經變壓器，導致各相阻抗壓降

2、不相等，從而次級電壓也不對稱。外施電壓和負載阻抗均不對稱。3著重分析不對稱運行的分析方法。正序阻抗、負序阻抗及零序阻抗的物理概念及測量方法。危害性三相變壓器在Yyn連接時相電壓中點浮動的原因及其危害。41、對稱的三相系統：三相中的電壓 對稱，只有一個獨立變量(即三個相量的大小相等，有固定的相位關系)。如三相相序為a、b、c，由 得出其余兩相電壓： (41)復數算子ej120e-j240 = cos120+j sin120 2ej240e-j1203ej360ej01ABC52、三相不對稱系統：三相中的電壓互不相關 大小不一定相等，相位關系不固定。 為三個獨立變量63、對稱分量法把不對稱的三相系

3、統分解為三個獨立的對稱系統，即正序系統、負序系統和零序系統。7例： 為不對稱三相電壓下標“+”、“-”、“0”分別表示正序、負序和零序。89(1) 正序電壓 組成正序系統約束條件性質：每相大小相等，彼此相位差120，相序為a-b-c。A+B+C+10(2)各相負序電壓 組成負序系統約束條件性質：每相大小相等，彼此相位差120，相序為a-c-b。A-C-B-逆時針11(3)各相零序電壓 組成零序系統約束條件性質：每相大小相等且同相位。A0B0C01213例 題設有一不對稱三相電壓將其分解為對稱分量。顯然，各相大小不等，相位差也不相同，為不對稱電壓。表示為復數形式：分解為對稱分量：14（1）正序、

4、負序和零序系統都是對稱系統。當求得各個對稱分量后，再把各相的三個分量疊加便得到不對稱運行情形。（2）不同相序具有不同阻抗參數，電流流經電機和變壓器具有不同物理性質。（3）對稱分量法根據疊加原理，只適用于線性參數的電路中。結論15第二節 三相變壓器的各序阻抗及其等效電路一、正序阻抗Z+和正序等效電路正序電流所遇到的阻抗rk+Xk+UA+-Ua+.IA+=-Ia+. .16二、負序阻抗Z -負序等效電路負序電流所遇到的阻抗rk-xk-UA-Ua-.IA-=-Ia-. .具有與正序一樣的性質 17三、零序阻抗Z0零序等效電路零序電流所遇到的阻抗1. 零序電流在變壓器繞組中的流通情況2.零序等效電路3

5、.零序磁通在變壓器鐵芯中流通路徑4.零序激磁阻抗測量方法181.零序電流在變壓器繞組中的流通零序電流能否流通與三相繞組的連接方式有關。Y接法中無法流通YN接法可以流通D接法線電流不能流通零序電流，但其閉合回路能為零序電流提供通路，如果另一方有零序電流，通過感應也會在D接法繞組中產生零序電流。Yy；Yd；Dy；Dd無零序電流YNd和Dyn接法如YN、yn中有零序電流，d、D中也感應零序電流。YNy和Yyn接法當YN、yn中有零序電流，y、Y中也不會有零序電流。192.零序等效電路（1）首先分析零序電流的來源；（2）確定初、次級側相、線中的零序電流情況；（3）零序電流的等效電路；（4）對運行的影響

6、。20(1)YNd接法的零序等效電路零序電流由電源中零序電壓引起初級、次級側均能流通零序電流，但是不能流向次級側負載電路d連接是閉合繞組，等效電路的次級側為短路YNd接法的零序阻抗是一很小的阻抗。即使電源有較小的UA0，會引起較大的零序電流，導致變壓器過熱。應有保護措施監視中線電流。21零序電流由于次級側有中線電流引起的，不流入電源零序阻抗不大，如中線電流不大，不會造成相電壓嚴重不對稱D，yn連接的變壓器具有較好的負擔單相負載能力。（2）Dyn接法的零序等效電路22零序電流由電源零序電壓產生（3）YNy接法零序等效電路次級側無零序電流，感應有零序電勢，表現為較大零序阻抗對運行的影響零序電流小，

7、不會引起過熱會引起次級側相電壓不對稱次級側線電壓不受零序影響，常在高壓輸電線路中采用。等效電路23（4）Yyn接法的零序等效電路零序電流由次級側有中線電流引起。初級側無零序電流，但感應零序（相）電勢，有較大零序阻抗。如果Z0較大，較小的中線電流會造成相電壓較大的不對稱。其不對稱的程度還與變壓器的磁路有關。圖4-5243.零序磁通在鐵芯中流通路徑由于三相的零序電流在時間上同相位，所產生的三相零序磁通及其感應的三相零序電勢各相均同相位。零序磁通及其感應電勢的大小與磁路系統有關。25(1) 三相磁路獨立零序磁通路徑與正序、負序磁路相同，磁阻較小，勵磁阻抗較大。Zm0=Zm=rm+jxm 26(2)

8、三相磁路相關零序磁通只匝鏈各自繞組，以變壓器油及油箱壁為回路，磁阻較大，零序勵磁阻抗較小 Zm0 Zm Zm0*大約為0.31Zm*大約是20以上274.零序勵磁阻抗測量方法YNd或Dyn接法：zk0zk 不計零序激磁阻抗Yyn或YNy接法：模擬施加三相零序電壓Yyn：把次級三個相繞組按首尾次序串聯，接到單相電源，初級方開路。測量電壓U、電流I和輸入功率P，計算出零序勵磁阻抗 Z0=U/3I；r0=P/3I2；x0=28第三節 三相變壓器Yyn連接單相運行假設：外施電壓為對稱三相電壓目的：分析Yyn接法中的零序電流的影響初級側無零序電流，但感應零序（相）電勢，有較大零序阻抗。零序電流由次級側有

9、中線電流引起如果Z0較大，較小的中線電流會造成相電壓較大的不對稱。其不對稱的程度還與變壓器的磁路有關。29外施對稱三相電壓在a相接單相負載ZL求：負載電流I，初級側電流IA、IB、IC初級、次級側相電壓UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。30電流分析： 步驟1. 列出端點方程31 步驟2. 分解為不對稱分量初級側星形連接，無零序電流通路，相電流只有正序與負序分量32電壓分析： 正序，負序，零序條件:外施線電壓為對稱，沒有負序分量電壓和零序分量電壓，各繞組上的正序電壓UA+、UB+、UC+即為電源相電壓。次級側產生負序分量電流和零序分量電流，產生相應的負序磁通和零序磁通，在初級、次級繞組中感應負

10、序分量電壓和零序分量電壓。初級側中感應的負序電壓產生初級側負序電流IA-、IB-、IC-，以電源為回路，對負序電流初級、次級磁勢平衡，不建立負序主磁通，負序壓降即為負序阻抗壓降（漏阻抗壓降），其值不大。33在Yyn接法中，零序電流只能在次級側流通，在初級側電路中雖感應有零序電勢，但無零序電流流通。Ia0、Ibo、Ic0為勵磁性質電流，建立起同時和原、副線圈交鏈的零序主磁通，在原、副線圈中感應零序電勢E0。初級側的零序電壓即等于零序電勢。步驟3. 相序方程式（各分量電壓平衡式）34原方外施電壓是三相對稱的，負序壓降即為負序阻抗壓降，其值很小，即UA-=0。但原方的負序電流以電源為路徑，等效電路中

11、原方是短路的。35a相電流為：負載電流為：如略去Zk和Z2步驟4. 求解零序勵磁阻抗相當于在負載中增加了一個阻抗Zm0/336中點浮動外施電壓對稱，當次級側接有單相負載后，在每相繞組上都疊加有零序電勢，造成相電壓不對稱，在相量圖中表現為相電壓中點O偏離了線電壓三角形的幾何中心O。中點浮動的程度主要取決于零序電勢E0，E0的大小取決于零序電流的大小和磁路結構。3738三芯柱結構，零序磁通的磁阻較大(即zm0較小)。適當地限制中線電流，則E0不會太大。運行規程規定三芯柱變壓器如按Yyn接法運行應限制中線電流不超過0.25 IN。中線電流 則：Ia0應小于0.0833IN設zm0*=0.6，Ia0=

12、0.0833IN則E0*Ia0*zm0*0.05，相電壓偏移不大。影響：零序磁通途經變壓器油箱，引起油箱壁局部發熱。39三相變壓器組，各相磁路獨立，零序磁阻較小，Zm0Zm。很小的零序電流也會感應很大的零序電勢，中點有較大的浮動，造成相電壓嚴重不對稱。極端情況：如一相發生短路，即ZL0 短路電流僅為正常勵磁電流的3倍 ， 零序電勢大，中點浮動到A頂點疊加于B、C相，B、C相電壓均等于原額定線電壓。結論：三相變壓器組不能接成Yyn運行。40小結（1）不對稱運行的分析常采用對稱分量法把不對稱的三相電壓或電流用對稱分量法分解為對稱的正序分量系統、負序分量系統和零序分量系統。分別對各對稱分量系統作用下

13、的運行情況進行分析，然后把各分量系統的分析結果疊加起來，便得到不對稱運行時總的分析結果。41小結（2）零序分量電流三相同相，其流經變壓器的情況與變壓器的連接方法有關：Yy；Yd；Dy；Dd連接無零序電流。YNd；Dyn連接零序電流在雙側繞組內均可流通。YNy；Yyn連接零序電流只能在YN、yn側流通。在零序電流可以流通的連接組中，其零序阻抗的大小還與變壓器的磁路結構有關。42小結（3）不對稱運行的分析步驟列出端點方程式把不對稱的三相電壓和電流分解為對稱分量列出相序方程式，畫出等效電路圖求解電流和電壓，或作出相量圖用于定性分析43例題2. 三個相同的單相變壓器接成三相變壓器組Dyn11，有：uk

14、=5%，uka=2%，pFe=1%PN，I0=5%IN，副方接單相電阻負載r*=1。求：負載電流，零序電壓解：等效電路參數計算：建立端點方程式：分解為對稱分量：44各相序等效電路：相序方程式： （標幺值表示）聯立求解：零序電壓：由于初級對零序電勢相當于有短路作用，削弱了零序磁通，零序電壓很小。45思考題4-2 決定零序阻抗的因素有哪些？4-4 Y,yn0不可以用于三相變壓器組的原因4-5 如何測量零序激磁電抗？零序電流三相同相，它在繞組中的流通情況及其產生的零序磁通在鐵芯中的流通情況與正序及負序不一致，因此遇到的零序阻抗也不同于正序阻抗。其大小決定于變壓器繞組的連接方式和鐵心結構。Y，y；Y，

15、d；D，y；D，d連接無零序電流。YN，d；D，yn連接零序電流在雙側繞組內均可流通。YN，y；Y，yn連接零序電流只能在YN、yn側流通。A 對三相組式，各相磁路獨立，零序磁通在鐵心中閉合，磁阻小，激磁阻抗大。B 對三相芯式變壓器，各相磁路關聯，零序磁通不能在鐵心中閉合，磁阻大，激磁阻抗大。副方(yn)接單相或不對稱負載時，將產生零序電流，產生零序磁通，在各繞組中感應有零序電勢，疊加于各繞組正序電壓上，使各繞組的電壓不對稱“中點浮動”。中點浮動的程度取決于零序電勢，又取決于零序電流的大小和磁路結構。三相組式變壓器，零序磁阻小，零序阻抗等同正序阻抗，較小的零序電流產生較大的零序電勢，中點浮動大

16、，相電壓嚴重不對稱。單相短路時，短路電流?。▋H為勵磁電流的三倍），但中點浮動大（達相電壓），使另兩相電壓達到線電壓。模擬零序電流和零序磁通的流通情況。46作業（選做）4-1：先根據試驗求電路參數，三臺單相變壓器相連即三相變壓器組。4-3：先求出負載側各序電流，然后根據變比轉變到原邊。注意：零序電流的流通情況47第四節 變壓器二次側突然短路時的瞬態過程突然短路電流（瞬態過程分析）過電流的影響發熱現象電磁力作用48一、 突然短路電流穩態短路電流分量-決定于電壓和短路阻抗的大小瞬態短路電流分量還與短路時電壓初相角有關49突然短路電流的最大值與衰減時間當K時，瞬態電流分量為0，短路后立刻進入穩態。當K90時，瞬態分量有最大值，在短路后的半周期電流達到最大值。50過電流情況分析：設外施電壓為額定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，則短路瞬間的沖擊電流很大。51二、 過電流的影響1、發熱現象：設外施電壓為額定值，zk*=0.055，則短路電流產生的銅損耗是正常銅損耗的182倍。影響：使繞組溫度急劇上升，產生過熱，需進行過熱保護。52二、 過電流的影響2、電磁力作用：設外施電壓為額定值，zk*=0.055，則電磁力（由漏磁場和電流作用產生）也與電流的平方成正比，繞組上產生很大的機械應力，徑向有外張力和內壓力，軸向里從繞組兩端擠壓繞組。措施：加強繞