1、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)，因此它的應用十分廣泛。 電流互感器工作原理：圖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線構成，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?yōu)樾‰娏鱽頊y量。測量精

2、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。I2AI1N1I1N2F 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， 使鐵心內的磁密比額定情況增加許多倍。它一方面將使副邊感 應出很高的電壓，可能使絕緣擊穿。同時對測量人員也很危險； 另一方面，鐵心內磁密增大以后，鐵耗會大大增加，使鐵心過熱，影響電流互

3、感器的性能，甚至把它燒壞。 電壓互感器工作原理：圖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?yōu)榈碗妷簛頊y量。 U1 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。w1F&U 2V圖4-16 電壓互感器原理圖w24-3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。

4、本章小結 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SaN中，1SaNk是通過電磁感應關系傳遞的，而1 是通過電路直接傳遞a的。1-kSaNa 由于通過電磁感應關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，使用時應注意將它們接地，并注意電流互感器在原邊接電源

5、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。變壓器的并聯(lián)運行電源5-1概述高壓母線A B C 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。 變壓器并聯(lián)運行的意義K1K2ABCABCIII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，于是要采用多臺變壓器并聯(lián)運行。aabcbcK3K4低壓母線c b a負載圖5-1 兩臺變壓器并聯(lián)運行的接線圖 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

6、，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電；2）可根據(jù)負荷大小調整投入并聯(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?。蝗绻髯儔浩鞲边呺娏饕欢〞r，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

7、行的各變壓器必須具備下列三個條件：5-2變壓器的理想并聯(lián)條件 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相等，若為單相變壓器則各變壓器的變比應相等；2） 各變壓器的聯(lián)結組相同；3） 各變壓器的短路阻抗標么值(或短路電壓)應相等，而且短路電抗和短路電阻之比也應相等。以上三個條件中，聯(lián)結組相同的條件必須嚴格保證。因為如果聯(lián)結組不同，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

8、副邊的線電動勢，從DE&圖可見，副邊有電動勢差E&ab2E&ab1DE = E&ab1 - E&ab2= 2Eab sin 15= 0.518Eoab30o聯(lián)結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Zk1I& Z= I& Z I& &1k12k 2I1I&2U&1Zk 2U& 2= II ZZk1k12k 2I1= Zk 2圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路I2Zk1I1 / IN1

9、= Zk 2/ IN1= Zk 2 IN 2I2 / IN 2Zk1 / IN 2Zk1IN1= UN 2Zk1= UNUN1上式等號右邊分子、分母除以額定電壓I1I2= b ,= bI&12III&N1N 21I&bZ *2ZI/U= 1 k 2N 2N 2 k 2 U&Z&U 2bZ * 1kk 2ZI/U2k1N1N1k1bI *S *= 1 1 1 圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路bI *S *2225-3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bI *S *Z *u= 1 1 1 k 2 k 2bI *S *Z *u222k1k1由此可知：

10、負載系數(shù)和短路阻抗標幺值(或短路電壓）成反比。Zk1若為多臺變壓器并聯(lián)，則I&I&1I&1112b1 : b2: b3:L =:LU&Z*&Zk1Zk 2Zk 2U21k 2k圖5-3 變比和聯(lián)結組相同時兩臺變壓器并聯(lián)時的簡化等效電路= Z *= Z *= LZ *結論：1）當短路阻抗標么值相等時，即k1k 2= b3k 3= L= Lb1 = b2= S *= S *S *123= 1S *S2 =S=L= 1*132）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。實際運行時，為了使并聯(lián)運行時不浪費設備容量，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

11、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相等，此時總負載電流是各變壓器副邊電流的算術和。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。Zk1I&-U&/ k-U&1I&= 112 1Zk1-U&1 / k2 -U& 2&I2 =ZLZk1I& = I& + I&12圖5-4 聯(lián)結組相但變比不相等的兩臺變壓器并聯(lián)時運行-U1 / k2Zk 2I - U1/ k1I= I- I11LcZ+ Z+ ZZk1k 2k1k 2/ k1 -U1 / k2Zk1I + U1I= I+

12、I22 LcZ+ ZZ+ Zk1k 2k1k 2I&cU&I&1 &kIU&1Zk 2I2U& 2kII5-4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 -I& ，對第二臺變壓器為+I&，二者大小相等而符cc號相反。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。/ k1 -U1 / k2Zk 2I - U1I= I- I11LcZ+ ZZ+ Zk1k 2k1k

13、2/ k1 -U1 / k2Zk1I + U1I= I+ I22 LcZ+ ZZ+ Zk1k 2k1k 2變壓器的并聯(lián)運行本章小結為了提高供電的可靠性以及使裝置設備得到充分利用，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

14、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，對這些問題應進行分析研究，找出它的變化規(guī)律，對變壓器的設計、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

15、器在穩(wěn)態(tài)運行時空載激磁電流是額定電流的(110)。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?shù)拇胧?，則可能使開關跳閘，以致變壓器不能順利投入電網(wǎng)。Fi0r1 wuw211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w1Ft u1 =2U1 sin( wt + a ) = i0r1為LavdF+ w1 t （61）dt式中：為合閘時電壓U1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

16、繞組的空載合閘電流和電阻。i0圖6-2 原繞組平均電感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= w1Ft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：i0Lav式中Lav是對應于運行點原繞組的平均電感，如圖6-2所示。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dFtr12U sin( wt + a )+ wF=w（63）11t1dtLav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F，另一部分是自由分

17、量F ，即2Ur1 Lavr1- tLavtF= F + F = 1sin( wt + a -q ) + Ce= Fsin( wt + a -q ) + Cetmrw 2+ ( 1 )2w12U2UULFm= 1 1 1avw1 2pf4.44 fw1r1式中：F m為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為w 2+ ()2w1LavqwL為磁通穩(wěn)態(tài)分量的幅值，其值為q = tg-1 av 90o(因為r wL)1avrC為磁通的自由分量的幅值，其值由合閘時的初始條件確定。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)生過電流的原因設投入電網(wǎng)（t=0）時，鐵心里沒有剩磁，即(t=0)=0，

18、則Ft = Fm sin( a - 90 ) + C = 0o所以 C = -Fsin( a - 90o ) = FcosacosaemmrFu- 1 t Lav = -Fcos(wt + a ) + F因此Fu1tmmF1討論：由上式可知1）當=90時合閘，則合閘時的磁通為0wt= -Fcos(wt + 90o ) = Fsin wtFtmm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。圖6-3 當 a = 9 0 o時，變壓器空載接通電源磁通的變化曲線圖變壓器的瞬態(tài)過程6-2變壓器空載合閘時的瞬態(tài)過程FF 空載合閘時產(chǎn)生過電流的原因討論：由上式可知2）當=0

19、時合閘，則合閘時的磁通為r1F0p- twt= -Fcos wt + FFLav etmmF圖6-4是這種情況的磁通變化曲線。wFt = 180o當時，磁通達到最大值，若不圖6-4 當a = 0 o 時，變壓器空載接通電源磁通的變化曲線圖t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(2.22.3)倍。知道了變壓器空載合閘時磁通隨時間變化的關系后，根據(jù)磁化曲線，就能找出相應的激磁電流。如圖6-5所示。FtBFmAFm0i0i0mi0圖6-5 磁化曲線變壓器的瞬態(tài)過程6-2變壓器空載合閘

20、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Ft2）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BFmAFm超過的兩倍。這時鐵心非常飽和，工作在Bm點 ，因此激磁電流很大，超過穩(wěn)態(tài)激磁電流i0值的80100倍，可達額定電流的46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。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0i0i0mi0圖6-5 磁化曲線t器裒減得較慢，有的衰減過

21、程可以達到20秒。圖6-6 空載合閘電流示波圖變壓器的瞬態(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，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

22、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1020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。rkLkik 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rk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u1圖6-7 變壓器突然短路設電網(wǎng)容的量方很法大來，進短行路分電析流。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：dik2U sin( wt + a

23、 ) = i r + Lu=11k kkdt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：- t Tk - t Tk2Ui= i + i = 1sin( wt + a -j) + Cesin( wt + a -j=) + Ce2Ikkkkkk+ x2r 2k2Ikk式中：ik =sin( wt + a -jk )為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值；2U12I=為突然短路電流穩(wěn)態(tài)分量的幅值；kr 2+ x2kxk rk= tg-1 wLk 90o 為 ik與u1的相位差。j= tg-1krktTkk-i = Ce為突然短路電流暫態(tài)分量(自由分

24、量)的瞬時值；kTk = Lk / rk為暫態(tài)電流衰減的時間常數(shù)；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2Ik sin( a - 90 ) + Co2Ik cosa0 =C =tTk-2Icos(wt + a ) +2Icosaei= -因此kkk上式表明，突然短路電流的大小與電壓u1的初相角有關。變壓器的瞬態(tài)過程6-2變壓器空載合閘時的

25、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sin wt入穩(wěn)定狀態(tài)，短路電流最小，其值為 ik =2Ik2）當=0度時發(fā)生突然短路，t-2Icos(wt - e)i= -Tkkk與上式對應的電流變化曲線如圖6-8所示，從圖可見，當wt = p 瞬間，短路電流達最wtik大值 p -wT2I (1+ e) = k=i2Ik圖6-8 當 a = 0 o變壓器突然短路電流波形圖k maxkyk- p wTkk= 1+ e式中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。yky的大小與時間常數(shù)Tk有關，變壓器的容量愈大，Tk愈大，

26、ky也增大。ikikp2p0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：ik maxIkU1N= k= k= k2）當用標么值表示時 i*Z *k maxyyykIIZ2INNkNi*與 Z * 成反比，即短路阻抗愈小，突然短路電流愈大。即：k maxk= 0.06，則Z *若k1= (1.2 1.8)= 20 30i*k max0.06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i*ZZ，不宜太小，但從減小變壓器的電壓調整率U來看，又了限制k maxkk*kZ不宜過大，因此在設計變壓器時，必須全面考慮數(shù)值的選擇。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，