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1、第六章 三绕组变压器和其它用途变压器,第一节 三绕组变压器,三绕组变压器有高压、中压和低压三个绕组，可以有三种等级的电压。三绕组变压器主要用于电力系统中，将三个不同电压等级的电网连接起来，代替两台双绕组变压器，运行更加经济。,1.结构特点 三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个心柱上同心排列三个绕组。从绝缘上考虑，通常将高压绕组放在最外层。如果低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组在最里层，为升压变压器；如果中压绕组处于高压和低压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压绕组。三绕组变压器运行时，可将其中的一个绕组接电源，则另外两个绕组有两个等级的电压输出；也可以将两个绕组接电源，向第三个绕组供电，
2、提高供电可靠性。,第一节 三绕组变压器,图6-1 三绕组变压器绕组布置图,图62 SFSZ9系列110kV级三绕组变压器,2.容量与联结组 双绕组变压器的一、二次绕组容量相等，三绕组变压器根据供电需要，三个绕组的容量可以不相等。其额定容量指三个绕组中容量最大的一个绕组的额定容量。如果将额定容量作为100，三个绕组的容量配合可以为100/100/100、100/100/50、100/50/100。三相三绕组变压器的联结组有YN、yn0，d11（）和YN、yn0，y0（）两种，前者更为常用。,第一节 三绕组变压器,3.工作原理 当三绕组变压器的一次绕组接到电源上，二次和三次绕组开路时，为空载运行状
3、态。空载时，其与双绕组变压器没有什么区别，只是有三个变比，分别为：,N1、N2、N3、U1N、U2N和U3N分别为三个绕组的匝数和额定电压。,第一节 三绕组变压器,三绕组变压器负载运行时，磁势平衡方程为：,图63 单相三绕组变压器负载运行示意图,（1）磁动势平衡方程,第一节 三绕组变压器,如果忽略励磁电流，上式可表示为：,把绕组2与绕组3折算到绕组1，有：,分别为绕组2和绕组3折算到绕组1的电流。,第一节 三绕组变压器,分析三绕组变压器时，由于三个绕组互相耦合，不再使用双绕组变压器分析时的主磁通和漏磁通的概念。因为，双绕组变压器中，漏磁通的概念十分明确，即只交链本绕组，不与其它绕组交链的磁通。
4、而三绕组变压器中，不与一次绕组交链的磁通，可能除了与本绕组交链外，还与另外一个二次绕组交链，漏磁通的概念不明确，所以，三绕组变压器分析和讨论时利用各绕组的自感和互感的概念。,（2）电动势平衡方程,第一节 三绕组变压器,ZL3,折算到一次侧的变压器电动势平衡方程为：,第一节 三绕组变压器,由于自感和互感都不是常数，上述方程组为一组非线性方程组。但因为输入电压大小维持不变时，铁心饱和程度基本不变，铁心磁导基本不变，所以可近似认为自感和互感都是常数，即可认为是线性方程组。,第一节 三绕组变压器,第一节 三绕组变压器,图64 三绕组变压器的等效电路,三绕组变压器等效电路中各电抗参数为各绕组的自感漏电抗
5、及绕组间互感漏电抗合成的等效电抗，相应的阻抗为等值阻抗。,第一节 三绕组变压器,三绕组变压器简化等效电路中的参数可以通过三次短路试验测出。短路试验可按如下步骤进行：（1）第一次短路试验 将电压加在绕组1，绕组2短路，绕组3开路，此时测得的短路阻抗为：,3.等效电路中参数的测定,（2）第二次短路试验 将电压加在绕组1，绕组3短路，绕组2开路，此时测得的短路阻抗为：,第一节 三绕组变压器,（3）第二次短路试验 将电压加在绕组2，绕组3短路，绕组1开路，此时测得的参数为折算到绕组2的绕组2和绕组3之间的短路阻抗。要得到折算到绕组1的参数，需乘以，即：,第一节 三绕组变压器,与双绕组变压器一样，三绕组
6、变压器所带负载发生变化时，第二和第三绕组的端电压也将发生变化，三绕组变压器的电压调整率定义为：,4.电压变化率和效率,第二绕组端电压不仅取决于本绕组的负载电流和阻抗，还要受第三绕组的负载电流和第一绕组的阻抗影响。同样，第三绕组的端电压也是这样。,第一节 三绕组变压器,、是第二和第三绕组输出的有功功率，是变压器的铁耗，是变压器的铜耗，为三个绕组的铜耗之和。由于三绕组变压器的各绕组额定容量可能不相等，所以在采用标幺值进行计算时，应进行容量折算。通常取高压绕组的额定容量作为容量基值。,三绕组变压器的效率计算公式为：,第一节 三绕组变压器,第二节 自耦变压器,所谓自耦变压器，是一次和二次共用同一个绕组
7、的变压器，其与双绕组变压器的主要差别在于：自耦变压器的一次和二次之间不仅有磁的耦合，还有电的联系。,图65 自耦变压器结构及原理接线图,1.结构特点,自耦变压器可看作为一台双绕组变压器改接而成，在每相铁心上套两个同心绕组，低压侧引出线为ax，高压侧引出线为AX。可以看出，高压侧由Aa绕组和ax绕组串联组成，低压绕组为ax，其中ax绕组为高低压两侧共用，称为公共绕组，Aa绕组称为串联绕组。Aa绕组的匝数一般比ax绕组的少。,2.基本方程式,高压侧电势平衡方程为：,低压侧电势平衡方程为：,类似于双绕组变压器，定义自耦变压器变比为：,忽略变压器空载电流，有磁势平衡方程：,也可表示为,公共绕组ax中的
8、电流为：,2.基本方程式,自耦变压器的输出电流由两部分组成，其中串联绕组的电流是由于高、低压绕组之间有电的联系，从高压侧直接流入低压侧的，公共绕组流过的电流是通过电磁感应作用传递到低压侧的。,2.基本方程式,用折算法把自耦变压器低压侧的量折算到高压侧，则折算到高压侧的低压侧电动势方程为：,3、等效电路,图66 自耦变压器简化等效电路,3、等效电路,、分别为把自耦变压器接成双绕组变压器时的变比和短路阻抗。表明：自耦变压器高压侧的短路阻抗 与该变压器作为双绕组变压器时的短路阻抗 相等。但二者的标幺值不相等，因为接成自耦变压器和双绕组变压器运行时，阻抗基值不同。,自耦变压器的短路阻抗为：,4、短路试
9、验、短路阻抗、电压变化率和短路电流,接成自耦变压器时：,接成双绕组变压器时：,4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流,讨论：当一台双绕组变压器接成自耦变压器运行时，短路阻抗标幺值减小了。变比 越小，阻抗标幺值下降越多。所以，自耦变压器的电压变化率较双绕组变压器时减小，宜用于高压输电线路中作为补偿线路电压损耗的变压器。同时，由于阻抗标幺值减小，自耦变压器较同容量的双绕组变压器短路电流增大，因为短路电流与阻抗标幺值成反比。,4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流,5、容量关系,自耦变压器的额定容量（也称为铭牌容量）和绕组容量（又称为电磁容量）不相等，额定容量，指的是自耦变压器总的输入或
10、输出容量，为：,电磁容量指的是绕组电压与电流的乘积。对于双绕组变压器，变压器的容量就是绕组容量。但自耦变压器，绕组容量与变压器容量不同，前者比后者小。,串联绕组Aa的电磁容量为：,公共绕组ax的电磁容量为：,为效益系数。,5、容量关系,结论：公共绕组和串联绕组的绕组容量相等。自耦变压器的额定容量包含两部分：一为绕组容量，它实际上是以串联绕组Aa为一次侧，以公共绕组ax为二次侧的一个双绕组变压器，通过电磁感应作用从一次侧传递到二次测的容量；二是通过电路上的联结，从一次侧直接传递到二次侧的容量，称为传导容量。传导容量不需要利用电磁感应来传递，所以自耦变压器的绕组容量小于额定容量。,5、容量关系,6
11、、自耦变压器的优、缺点,自耦变压器与双绕组变压器比较，具有以下优点：由于自耦变压器绕组容量较额定容量小，双绕组变压器额定容量与绕组容量相等，所以，在额定容量相等的情况下，自耦变压器体积小，重量轻，节省材料，成本较低；自耦变压器有效材料（硅钢片和铜材）消耗减少，铜耗和铁耗减小，效率提高；,体积小，可减少变电站占地面积，运输和安装也更加方便。但自耦变压器高、低压回路没有隔离，高压侧故障会直接影响到低压侧，给低压侧的绝缘及安全用电带来一定困难。为了解决这个问题，需要采取一些措施，例如中性点必须可靠接地，一、二次侧都要安装避雷器等。,6、自耦变压器的优、缺点,第三节 互感器,在高电压、大电流的电力系统
12、中，为了测量线路上的电压和电流，需要采用互感器。互感器是一种用于测量高电压、大电流的变换器。目的是使一次和二次隔离，以保障运行人员的人身安全和测量装置的安全，并可以利用小量程的电压表、电流表来测量高电压、大电流。互感器分为电压互感器和电流互感器两种，这里简单介绍电磁式电压互感器和电流互感器。,1.电压互感器,电压互感器的一次、二次绕组套在同一个闭合的铁心上，高压绕组直接接到被测的高压线路上，一次绕组匝数多，导线较细；低压绕组接到测量仪表的电压线圈上，匝数少，导线较粗。如果仪表个数不止一个，则各仪表的电压线圈并联接在电压互感器的二次绕组。,由于二次绕组所接的仪表电压线圈阻抗很大，所以，电压互感器
13、运行时相当于一台空载运行的降压变压器。不考虑漏阻抗压降，并认为二次电压线圈阻抗很大，互感器处于空载状态，则一、二次电压之比即等于匝数比。供测量用的电压互感器二次额定电压标准值为100V 或,图68 原理接线图,1.电压互感器,由于只有在理想情况下，一、二次的电压比才等于绕组匝数比，而实际情况是互感器既存在漏阻抗压降，二次侧也不是空载，所以互感器总是存在测量误差。为了减小误差，在电压互感器设计和制造时，应减小励磁电流和一、二次绕组的漏阻抗。为此，铁心采用导磁性能好，铁耗小的硅钢片，并使磁路不饱和，绕制时尽量减小漏磁。,1.电压互感器,使用电压互感器时，一定要注意：二次侧绝对不允许短路，否则会产生
14、很大的短路电流，引起绕组发热甚至烧坏绕组绝缘，使一次回路的高电压浸入二次低压回路，危及人身和设备安全；为安全起见，电压互感器的二次绕组和铁心必须可靠接地；使用时，二次绕组不能并联过多的仪表，以免影响互感器测量精度。,1.电压互感器,2.电流互感器,电流互感器主要结构和工作原理也与普通变压器相似。它的一次绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，串联在一次侧线路中。二次绕组匝数较多，导线较细，与各种仪表的电流线圈串联。,图69 原理接线图,2.电流互感器,由于仪表的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器正常工作时相当于变压器的短路运行状态。如果不考虑励磁电流，则有，这样，根据一、二次绕组的匝数比，可以将大电
15、流转化为小电流测量。通常，电流互感器二次侧绕组的额定电流设计为5A或1A。显然，这里讨论的是一种理想情况，实际上电流互感器总是存在励磁电流，仪表线圈的阻抗也不为零，所以根据匝数比计算出的电流总会存在误差。按照变流比误差的大小，电流互感器的精度可分为0.2、0.5、1、3和10等几级。,2.电流互感器,电流互感器使用时，一定要注意：运行过程或仪表切换时，互感器二次侧绕组绝不允许开路。因为，当二次绕组开路，互感器成为空载运行，而此时一次绕组电流由被测电路决定，全部的一次电流作为励磁电流起励磁作用，使铁心内的磁通密度较正常运行时增加了很多倍（因正常运行时二次绕组短路，二次电流起去磁作用，一次绕组电流中的大部分是负载分量，励磁分量很小），使铁耗大大增加，铁心过热。另外，二次绕组中将产生很高的过电压，危及操作人员和仪表安全；电流互感器铁心和二次绕组需可靠接地；二次绕组不宜接过多负载，以免影响测量精度。,2.电流互感器,
