第九章電力變壓器的運轉(zhuǎn)第一節(jié)變壓器的溫升與溫度計算第二節(jié)變壓器的絕緣老化第三節(jié)變壓器的正常過負荷第四節(jié)變壓器的事故過負荷第五節(jié)自耦變壓器的任務原理與運轉(zhuǎn)第六節(jié)變壓器的并列運轉(zhuǎn)▉110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈構(gòu)造圖圖9-1110kV油浸式電力變壓器外觀構(gòu)造圖圖9-2110kV油浸式電力變壓器線圈構(gòu)造圖NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器構(gòu)造〔內(nèi)部：鐵芯、繞組〕分接頭NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器構(gòu)造〔外部〕潛油泵線夾引線套管風扇套管油位儲油柜瓦斯繼電器NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器構(gòu)造〔外部〕油流繼電器分接頭機構(gòu)箱油溫表油位表▉110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部構(gòu)造圖圖9-3110kV油浸式電力變壓器鐵芯構(gòu)造圖圖9-4110kV油浸式電力變壓器內(nèi)部構(gòu)造圖▉干式電力變壓器的外觀構(gòu)造圖圖9-5干式電力變壓器的外觀構(gòu)造圖〔一〕圖9-6干式電力變壓器的外觀構(gòu)造圖〔二〕▉干式電力變壓器鐵芯和線圈構(gòu)造圖圖9-7干式電力變壓器的鐵芯構(gòu)造圖圖9-8干式電力變壓器的線圈構(gòu)造圖電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴展，升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總?cè)萘恳堰_發(fā)電機裝機容量的7~10倍。可見電力變壓器的運轉(zhuǎn)是電力消費中非常重要的環(huán)節(jié)。本章著重引見電力變壓器運轉(zhuǎn)中的根本實際。第一節(jié)變壓器的發(fā)熱和冷卻一、變壓器的發(fā)熱和冷卻沿變壓器橫截面的溫度分布鐵芯低壓繞組高壓繞組油箱壁或散熱器油空氣溫度鐵芯、高壓繞組、低壓繞組所產(chǎn)生的熱量都傳給油，它們的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)，只與本身損耗有關(guān)。發(fā)熱和冷卻過程變壓器在運轉(zhuǎn)時，繞組、鐵心和附加的電能損耗都將轉(zhuǎn)變成熱能，使變壓器各部分的溫度升高。1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的外表之間有很小的溫差，普通只需幾度；2)鐵心、高壓繞組、低壓繞組的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)：所產(chǎn)生的熱量都傳給油，熱量被循環(huán)流動的油帶走。繞組和鐵芯的外表與油有較大的溫差；3)油箱壁內(nèi)、外外表也有2-3℃的溫差；4)油箱壁對空氣的溫差最大。從上圖可以看出，變壓器沿橫截面的發(fā)熱特點：導體和鐵心的外表變壓器油油箱和散熱器的內(nèi)外表油箱和散熱器的外外表周圍空氣傳導對流傳導繞組和鐵心內(nèi)部的熱量對流對流和輻射散熱過程：NorthChinaElectricPowerUniversity沿變壓器高度的溫度分布油箱壁鐵芯繞組最熱點:70%-75%各部分的溫度差別很大。大容量變壓器，需求采用強迫油循環(huán)風冷(水冷)、導向冷卻方式。最熱點1)變壓器各部分沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，在上升過程中又不斷吸收熱量，所以上層油溫最高。導向強迫油循環(huán)冷卻：強迫經(jīng)冷卻器冷卻后的油沿一定的油路從繞組和鐵心內(nèi)部經(jīng)過，帶走大量熱量，冷卻效果較好。強迫油循環(huán)風冷或水冷：使熱油經(jīng)過強風或水冷卻器冷卻，散出熱量后再用液壓泵送回變壓器。自然油循環(huán)冷卻從上圖可以看出，變壓器沿高度方向的發(fā)熱特點：2)繞組上端部的溫度最高，最熱點在高度方向的70%~75%處，徑向溫度最高處位于繞組厚度〔自內(nèi)徑算起〕的1/3處。由于大容量變壓器的電能損耗大，單靠油箱壁和散熱器不能到達發(fā)熱和散熱的平衡。常用的冷卻方式有：二、變壓器的溫升計算1.變壓器的發(fā)熱很不均勻，油浸式變壓器的溫升從底部到頂部，繞組(CD)和油(AB)的溫升都近似呈線性添加〔在恣意高度，繞組對油的溫差均為一常數(shù)g〕。2.為了全面反映變壓器的溫升情況，繞組和油的溫升通常都用其平均溫升和最大溫升來表示。(2)繞組的最大溫升是指繞組最熱點(E點)的溫升，由于雜散損耗添加，它大于繞組的平均溫升〔D點〕。油的最大溫升是指頂層油(B點)的溫升。變壓器各部分的溫度不均勻，計算時通常用平均溫升和最大溫升表示。油浸式變壓器溫升分布圖(1)中部高度處,N點的橫坐標為油對環(huán)境的平均溫升,M點的橫坐標為繞組對環(huán)境的平均溫升.3.溫升計算中的根本關(guān)系為繞組對空氣的平均溫升=油對空氣的平均溫升+繞組對油的平均溫升繞組的溫度=空氣溫度+油對空氣的溫升+繞組對油的溫升4.變壓器各部分的允許溫升變壓器長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，各部分的溫升到達穩(wěn)定值。在額定運用條件和額定負荷SN下的溫升稱為額定溫升。我國國家規(guī)范〔GB〕規(guī)定變壓器的額定運用條件為：最高氣溫+40℃；最高月平均氣溫+30℃；最高年平均氣溫+20℃；最低氣溫-25℃〔戶外〕或-5℃〔戶內(nèi)〕；變壓器各部分的溫升不得超越表9-1中的數(shù)值。表9-1變壓器各部分的允許溫升〔單位：℃〕自然油循環(huán)強迫油循環(huán)風冷強迫油循環(huán)導向風冷繞組對空氣的平均溫升656570繞組對油的平均溫升213030油對空氣的平均溫升443540頂層油對空氣的溫升554545變壓器的允許溫升決議于絕緣資料。油浸電力變壓器的繞組普通用油浸電纜紙和油作絕緣，屬A級絕緣。允許溫升的國家規(guī)范是基于以下條件規(guī)定的：變壓器在環(huán)境溫度為+20℃下帶額定負荷長期運轉(zhuǎn)，繞組熱點溫度為98℃，運用期限為20~30年。對于自然油循環(huán)冷卻變壓器的繞組最熱點溫度比繞組的平均溫度約高13℃，因此，繞組對環(huán)境的平均溫升限值為〔98-20-13〕=65℃。導向油循環(huán)變壓器約高8℃，因此，繞組對環(huán)境的平均溫升限值為〔98-20-8〕=70℃。在額定負荷下，溫升符合前述關(guān)系。額定負荷的溫升值經(jīng)過查表計算，假設變壓器的負荷與額定負荷不同，需求對允許溫升進展修正。設K為實踐負荷與額定負荷之比，那么恣意負荷下頂層油對空氣的溫升為5.恣意負荷下頂層油對空氣和繞組最熱點對頂層油溫升的計算式中τtN——額定負荷時，頂層油對空氣的溫升最大值；R——額定負荷下，短路損耗與空載損耗之比；x——計算油的溫升的指數(shù)，與變壓器的冷卻方式有關(guān)，對于自然油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.8；對于強迫油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.9~1.0。恣意負荷下繞組最熱點對頂層油的溫升為式中τgN——額定負荷時，繞組最熱點對頂層油的溫升；y——計算繞組最熱點溫升用的指數(shù),也與變壓器的冷卻方式有關(guān)，普通取y=x。三、繞組熱點穩(wěn)態(tài)溫度的計算根據(jù)變壓器冷卻方式的不同，恣意負荷下繞組最熱點的溫度分別按以下公式計算：1.自然油循環(huán)冷卻繞組最熱點的溫度=空氣溫度+頂層油對空氣的溫升+繞組最熱點對頂層油的溫升，即：2.強迫油循環(huán)冷卻對于強迫油循環(huán)冷卻和強迫油循環(huán)導向冷卻，頂層油對空氣的溫升等于底層油溫升加上油對空氣的平均溫升與底層油對空氣的溫升之差的2倍。額定負荷時繞組最熱點溫度為恣意負荷時繞組最熱點溫度為：式中τbN——額定負荷時，底層油對空氣的溫升；τavN——額定負荷時，油對空氣的平均溫升；3.強迫油循環(huán)導向冷卻式中θh'——繞組最熱點溫度θhN——額定負荷時的繞組最熱點溫度；θh——負荷率為K時的繞組最熱點溫度，按上式計算。四、變壓器的暫態(tài)溫度計算(不講)第二節(jié)變壓器的絕緣老化一、變壓器的絕緣老化定律1)變壓器的絕緣老化：長期運轉(zhuǎn)中由于遭到高溫、濕度、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)等物理化學作用的影響，使其絕緣資料逐漸失去其機械強度和電氣強度。2)高溫是絕緣老化的主要緣由，絕緣的任務溫度越高，絕緣老化速度越快，變壓器的運用壽命越短。3)機械損傷使電氣強度下降：老化的絕緣資料纖維組織失去彈性，資料變脆，只需沒有機械損傷，仍可有相當高的電氣強度。但在電磁振動和電動力的作用下很容易產(chǎn)活力械損傷使資料破損，失去電氣強度。因此，絕緣資料老化程度主要由其機械強度的降低情況來確定。普通以為當變壓器絕緣的機械強度降低至其額定值的15%-20%時，變壓器的壽命就算終了，所閱歷的時間稱為變壓器的預期壽命。1.變壓器的絕緣老化景象2.變壓器的預期壽命和繞組最熱點溫度之間的關(guān)系電力變壓器常采用A級絕緣〔油浸電纜紙〕，在80~140℃的范圍內(nèi)，變壓器的預期壽命和繞組最熱點溫度之間的關(guān)系為式中，A為常數(shù)；P為溫度系數(shù)。3.變壓器的絕緣老化定律采用A級絕緣資料的變壓器繞組，變壓器在額定負荷和空氣溫度為20℃條件下延續(xù)運轉(zhuǎn)，繞組最熱點溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常預期壽命20~30年，其每天的壽命損失為正常日壽命損失。變壓器的正常預期壽命和繞組最熱點溫度之間的關(guān)系為相對預期壽命z*：恣意溫度下的預期壽命與正常預期壽命之比。在一樣的時間間隔T內(nèi)，繞組熱點維持在恣意溫度θ時所損耗的壽命〔T/Z〕與維持在98℃時所損耗的壽命〔T/ZN〕之比，稱為相對老化率。它是相對預期壽命z*的倒數(shù)它闡明了變壓器在繞組熱點溫度為恣意溫度θ下運轉(zhuǎn)單位時間損失的正常壽命。顯然，相對老化率為v與運轉(zhuǎn)時間T的乘積即為損失的壽命zT。假設在T時間內(nèi)繞組熱點溫度是隨時間變化的〔用θt表示〕，那么損失的壽命為計算相對老化率的計算以2為底較方便，那么根據(jù)實驗和統(tǒng)計資料可以得出那么和這意味著繞組溫度每添加6℃，老化加倍，絕緣運用壽命縮短一半，此即絕緣老化的六度規(guī)那么〔油浸變壓器〕。例如，繞組熱點在104℃下的老化率為2，運轉(zhuǎn)24h損失的壽命為2×24h=48h，壽命減少了一半。問題：如何獲得變壓器的正常預期壽命？未充分利用負荷才干達不到正常預期壽命最高允許溫度二、等值老化原那么變壓器繞組最熱點溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常運用壽命，但變壓器在運轉(zhuǎn)中，繞組溫度受環(huán)境溫度和負荷動搖的影響，不能夠維持在98℃不變。這種情況下變壓器如何獲得正常的運用壽命？等值老化原那么回答了這個問題。等值少損耗的壽命多損耗的壽命＝1)等值老化原那么：在一定的時間間隔T內(nèi)，一部分時間內(nèi)繞組溫度高于98℃，而在另一部分時間內(nèi)繞組溫度低于98℃，只需使變壓器在溫度高于98℃時所多損失的壽命與溫度低于98℃時少損失的壽命相互補償，變壓器的預期壽命可以和繞組溫度維持在98℃運轉(zhuǎn)時的預期壽命一樣。它可以用下式表示：NorthChinaElectricPowerUniversity等值老化原那么：使變壓器在一定時間間隔T〔一年或一晝夜〕內(nèi)絕緣老化所損耗的壽命等于一常數(shù)。12h0.5T=24h1yeart(h/y)0T時間內(nèi)損耗的壽命=恒溫98℃運轉(zhuǎn)時損耗的壽命〔常數(shù))2)平均相對老化率：變壓器在一定的時間間隔T內(nèi)實踐所損失的壽命與恒溫98℃運轉(zhuǎn)時的正常壽命損失T的比值。當λ>1時，變壓器的老化大于正常老化，預期壽命縮短；當λ<1時，變壓器的負荷才干未得到充分利用；當λ=1時，變壓器有正常的運用壽命，它也是制定變壓器負荷才干的主要根據(jù)。第三節(jié)變壓器的正常過負荷一、變壓器的負荷才干1)變壓器的額定容量即銘牌容量：其含義是在制造廠所規(guī)定的額定環(huán)境溫度下，保證變壓器有正常運用壽命〔約20~30年〕所能長時間延續(xù)輸出的最大功率。2)變壓器的負荷才干：指變壓器在短時間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，為滿足負荷的需求，它能夠超越額定容量。負荷才干的大小和繼續(xù)時間取決于：①變壓器的電流和溫度不得超越規(guī)定的限值；②負荷變化和周圍環(huán)境溫度以及總絕緣老化不超越絕緣的正常老化值。繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會升高；鐵芯外的漏磁通密度將添加，使耦合的金屬部分出現(xiàn)渦流，溫度增高；溫度增高使固體絕緣和油中的水分和氣體成分發(fā)生變化套管、分接頭、電纜終端頭和電流互感器等遭到較高的熱應力，平安裕度降低；導體絕緣機械特性受高溫的影響，熱老化的累積過程加快，使變壓器的壽命縮短。變壓器的負荷超越額定容量運轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生以下不良效應：配電變壓器：<2.5MVA中型電力變壓器：2.5-100MVA大型電力變壓器：>100MVA只需思索熱點溫度和熱老化漏磁通的影響很大，缺點后果很嚴重漏磁通的影響不是關(guān)鍵，但必需思索冷卻方式的不同不同容量變壓器，過負荷的效應不同二、負荷超越額定容量運轉(zhuǎn)時的溫度和電流的限值變壓器的負荷超越額定容量運轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生不良效應，此時要求其電流和有關(guān)部分的溫度不超越表10-1的規(guī)定。變壓器的正常過負荷才干是以不犧牲變壓器的正常預期壽命為原那么而制定的，而壽命決議于繞組的熱點溫度θ。變壓器在運轉(zhuǎn)時，θ受環(huán)境溫度和負荷動搖的影響。在運轉(zhuǎn)過程中，在時間間隔T內(nèi)變壓器所損耗的壽命與繞組熱點溫度θ呈指數(shù)上升關(guān)系，θ越高上升越快。高溫時絕緣老化的加速遠大于低溫時絕緣老化的延緩。所以，不能用一個平均溫度來表示溫度變化對絕緣老化的影響。對負荷而言，根據(jù)等值老化原那么，只需使過負荷期間多損耗的壽命與欠負荷期間少損耗的壽命相補償，就可以得到正常預期壽命。為簡便起見，在思索環(huán)境溫度和負荷變化對繞組熱點溫度的影響時，通常用等值空氣溫度替代實踐空氣溫度，用等值負荷曲線替代實踐負荷曲線。負荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通過周期性負荷電流（標么值）熱點溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.51401051.51401051.3120105長期急救周期性負荷電流（標么值）熱點溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.81501151.51401151.3130115短時急救周期性負荷電流（標么值）熱點溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫2.0－－1.81601151.5160115三、等值空氣溫度等值空氣溫度δeq：指某一空氣溫度，假設在一定時間間隔內(nèi)維持此溫度和變壓器所帶負荷不變，變壓器所蒙受的絕緣老化等于空氣溫度自然變化和同樣負荷下的絕緣老化。τ——繞組熱點對環(huán)境的溫升，負荷恒定時為一常數(shù)?；喌脙蛇吶?shù)得空氣溫度的日或年的自然變化近似地以為是零軸被抬高的正弦曲線〔例如季節(jié)的影響，冬、夏季空氣溫度出現(xiàn)峰值，春、秋季溫度適中〕，即式中δav——時間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度；Δδ——時間間隔T內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差。代入可以計算出NorthChinaElectricPowerUniversity空氣的日或年自然變化曲線可近似為正弦曲線那么在時間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度在該時間間隔內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差溫度差結(jié)論：等值空氣溫度不同于平均溫度，比平均溫度大，且永遠是正值。氣溫變化范圍越大，就越大。1)從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個數(shù)值Δ，這是由于高溫時絕緣老化加速遠遠大于低溫時絕緣老化延緩的結(jié)果。數(shù)值Δ與氣溫的變化規(guī)律和變化范圍有關(guān)，氣溫變化范圍越大，Δ值越大，且Δ值總為正值。2)我國寬廣地域的年等值空氣溫度為20℃，那么繞組最熱點溫度為：65℃+13℃+20℃=98℃。所以我國變壓器的額定容量不用根據(jù)氣溫情況加以修正，冬夏壽命損失自然補償，就可以有正常的運用壽命，但在思索變壓器的過負荷才干時應思索等值空氣溫度的影響。四、等值負荷的計算實踐負荷曲線先化為多階段負荷曲線〔如圖10-5所示〕，再將其歸算為兩段式等值負荷曲線〔虛線〕：欠負荷段曲線和過負荷段曲線。圖10-5多階段負荷曲線負荷曲線等值負荷：根據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負荷期間，變壓器中所產(chǎn)生的熱量與實踐負荷運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量等值。欠負荷段的等值負荷系數(shù)按下式計算：I1、I2、…、In——欠負荷段負荷電流標幺值；t1、t2、…、tn——欠負荷段的繼續(xù)時間五、變壓器的正常過負荷變壓器正常運轉(zhuǎn)時，日負荷曲線的負荷率大多小于1。根據(jù)等值老化原那么，只需使變壓器在過負荷期間所多損耗的壽命和在欠負荷期間所少損耗的壽命能相互補償，那么仍可獲得規(guī)定的運用年限。變壓器的正常過負荷才干就是以不犧牲其正常壽命為原那么而制定的。即在整個時間間隔內(nèi)，只需做到變壓器相對絕緣老化率小于或等于1，且滿足以下條件：〔1〕過負荷期間，繞組最熱點的溫度不得超越140℃，上層油溫不得超越95℃；〔2〕變壓器的最大過負荷不得超越額定負荷的50%。1.原那么：不添加變壓器壽命損失，即平均相對老化率λ≤1。2.實際根據(jù)：等值老化原那么，壽命損失相互補償。3.正常過負荷是有方案的、自動實施的過負荷。在確定過負荷值時，可根據(jù)實踐負荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)，計算出變壓器的平均相對老化率λ，假設λ≤1，那么闡明過負荷在允許范圍內(nèi)，可以按實踐負荷曲線運轉(zhuǎn)。假設λ>1，那么不允許過負荷運轉(zhuǎn)。為了簡化計算，實踐運轉(zhuǎn)中，常采用查正常過負荷曲線的方法確定過負荷值。其中日等值空氣溫度為20℃時的自然油循環(huán)和強迫油循環(huán)變壓器的過負荷曲線如圖10-11a和圖10-11b所示。圖中圖中K1和K2分別表示兩段式負荷曲線中的欠負荷系數(shù)和過負荷倍數(shù)，T為過負荷的允許繼續(xù)時間。自然油循環(huán)變壓器的過負荷倍數(shù)不能超越1.5,強迫油循環(huán)變壓器的過負荷倍數(shù)不能超越1.3，也即圖中虛線部分。利用正常過負荷曲線確定過負荷倍數(shù)的方法：1〕將實踐延續(xù)變化的負荷曲線化為多段式負荷曲線。2〕按式〔10-21〕將多段式負荷曲線歸算為兩段式等值負荷曲線,計算出欠負荷系數(shù)K1。3〕根據(jù)K1和過負荷時間T，從圖10-11中過負荷曲線上查出過負荷倍數(shù)K2。圖10-11正常過負荷曲線〔日等值空氣溫度+20℃〕a)自然油循環(huán)變壓器b)強迫油循環(huán)變壓器【例9-3】假設例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用過負荷曲線，求變壓器歷時4h的過負荷值。解由例9-1圖可知欠負荷系數(shù)為0.7,過負荷時間為4h，查圖9-6a曲線得過負荷倍數(shù)K2=1.29過負荷值為1.29×10000kVA=12900kVA【例9-4】某自然油循環(huán)變壓器，當?shù)厝盏戎悼諝鉁囟葹?0℃，負荷曲線如圖9-5所示，求歷時4h的過負荷倍數(shù)。解依等值發(fā)熱得查圖9-6a曲線得過負荷倍數(shù)得K2=1.33。NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器負荷類型(1)正常周期性負載:在一個周期內(nèi),某段時間內(nèi)環(huán)境溫度較高,或變壓器帶高負荷運轉(zhuǎn),可由其它時間內(nèi)環(huán)境溫度較低或較輕的負荷所補償,整個周期內(nèi)變壓器的老化率不大于1。(2)長期急救周期性負載:由于系統(tǒng)內(nèi)有部分變壓器長期停運,使運轉(zhuǎn)的變壓器能夠在幾周或幾個月的時間內(nèi)長期帶較高負荷甚至超越額定電流運轉(zhuǎn),從而導致變壓器加速老化,但變壓器絕緣不能由于熱劣化或絕緣強度下降的緣由而發(fā)生擊穿。(3)短期急救負載:由于系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生一個或多個事故,呵斥運轉(zhuǎn)變壓器嚴重地超額定負載,導線熱點溫度能夠到達危險的程度,并導致暫時的絕緣強度下降。從技術(shù)經(jīng)濟比較看,系統(tǒng)仍需求短時采用這種方式。但為防止變壓器發(fā)生缺點,短期急救負載運轉(zhuǎn)時間普通應小于0.5h。第四節(jié)變壓器的事故過負荷系統(tǒng)發(fā)生部分缺點或變電所的某臺變壓器缺點被切除，使部分不能切除的負荷轉(zhuǎn)移到其它變壓器上時，這些變壓器的負荷會超越正常過負荷值很多，稱為事故過負荷或短期急救負載。1.制定原那么：在事故情況下，保證不延續(xù)供電、防止停電呵斥更大的損失是首要義務，防止變壓器壽命損失加速是次要的，所以，事故過負荷是以犧牲變壓器正常運用壽命為代價的。事故過負荷允許值和允許時間由制造廠規(guī)定。2.詳細要求：1)事故過負荷時，λ能夠遠大于1，絕緣老化加速，為了防止嚴重影響變壓器的運用壽命，事故過負荷時繞組最熱點溫度不得超越140℃,電流不得超越額定電流的2倍。2)事故過負荷后應加強冷卻，盡快轉(zhuǎn)移負荷或減負荷，使變壓器盡快回到正常過負荷范圍內(nèi)。3)繞組最熱點溫度等于熱點溫升加上環(huán)境溫度，假設繞組最熱點溫度超越表10-1的數(shù)值，那么這種事故過負荷是不允許的。表10-5中列出了我國規(guī)范規(guī)定的自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過負荷1h的日壽命損失天數(shù)〔以“正常日〞數(shù)表示，即一個“正常日〞壽命損失等效于變壓器在環(huán)境溫度20℃及額定負載條件下，運轉(zhuǎn)1天〕。表中K1表示事故過負荷前等值負荷系數(shù)，K2表示事故過負荷倍數(shù)，表中“＋〞符號表示即使在最低環(huán)境溫度下也不允許運轉(zhuǎn)。表中列出的是環(huán)境溫度為+20℃時的日壽命損失〔天〕，假設環(huán)境溫度不等于20℃，應分別乘以表10-6中所列的修正系數(shù)。環(huán)境溫度/℃403020100-10-20-25校正系數(shù)103.210.320.10.0320.010.0055表10-6環(huán)境溫度不同于+20℃時的校正系數(shù)表10-5自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過負荷1h的日壽命損失〔天〕和繞組熱點溫升〔單位:℃〕K2

K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.41.51.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.003580.005660.011740.024820.059910.1531000.4181101.211203.6513011.61410.009640.014710.026790.055880.128970.3241060.8751152.501257.5213623.81470.038710.053780.084860.158950.3421040.8271132.171226.1113218.214357.11540.100750.128830.185910.317990.6411081.481173.8112710.613731.214797.31580.306800.363870.477950.7331041.351122.921227.2013119.514157.01521761621.08851.21931.461002.001093.251186.4012714.813638.91461111573411684.30914.66985.291066.561149.3612316.213234.014284.015223316270117320.510422.411225.712032.712948.713889.414820115852716815401791081191191271381361801452811555491651310175++631134695143821152110016118001713730182++4040150448015953601697400179++++【例9-5】某中型自然油循環(huán)變壓器，環(huán)境溫度為+30℃，事故前K1=0.7，事故后K2=1.5，求運轉(zhuǎn)1h的日壽命損失和繞組熱點溫度。解根據(jù)知條件查表9-3和表9-4，得運轉(zhuǎn)1h的日壽命損失為：0.342×3.2=1.09(天)繞組熱點溫度為：(104+30)℃=134℃，繞組熱點溫度小于140℃，可以按K2過負荷運轉(zhuǎn)。第五節(jié)自耦變壓器的任務原理與運轉(zhuǎn)一、自耦變壓器的任務原理如圖9-7a所示。自耦變壓器由兩個繞組串聯(lián)組成一次繞組bd，匝數(shù)為N1，其中一個繞組又作為變壓器的二次繞組cd，匝數(shù)為N2，稱為“公共繞組〞，為一二次側(cè)所共有。屬于一次繞組且與公共繞組串聯(lián)的繞組bc，匝數(shù)為N1-N2，稱為“串聯(lián)繞組〞。圖9–7自耦變壓器原理圖a)等效電路b)構(gòu)造自耦變壓器的缺陷是：〔1〕一、二次繞組間有電的聯(lián)絡，致使較高電壓易于傳送到低壓電路，所以低壓電路的絕緣必需按較高電壓設計；〔2〕一、二次繞組之間的漏磁場較小，電抗較小。短路電流和短路電流熱效應比變通雙繞組變壓器大；〔3〕一、二次三相銜接方式必需一樣；〔4〕運轉(zhuǎn)方式多樣化，使繼電維護整定困難；〔5〕在有分接頭調(diào)壓的情況下，很難獲得繞組間的電磁平衡，有時呵斥軸向作用力的添加。1．自耦變壓器的容量關(guān)系〔1〕電壓及電流關(guān)系1)自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓比k122)電流關(guān)系電路關(guān)系：磁路耦合關(guān)系：根據(jù)以上電路和磁勢關(guān)系可得a)公共繞組電流與一次〔或串聯(lián)繞組〕電流之間的關(guān)系為：b)一次〔或串聯(lián)繞組〕電流與二次電流之間的關(guān)系為：c)公共繞組電流與二次電流之間的關(guān)系為：〔2〕自耦變壓器的額定容量和規(guī)范容量根據(jù)電壓及電流關(guān)系，自耦變壓器傳輸?shù)墓β蕿橛呻娐穫魉陀纱怕穫魉汀娏飨嗔康墓曹椣嗔?。自耦變壓器的額定容量(額定經(jīng)過容量)：公共繞組的容量(規(guī)范容量)：經(jīng)過電磁感應傳輸?shù)淖畲蠊β?，即串?lián)繞組的容量為可見串聯(lián)繞組的容量與公共繞組的容量相等。2．自耦變壓器的效益系數(shù)規(guī)范容量與額定容量之比，稱為自耦變壓器的效益系數(shù)Kb，即1)Sa=KbSN<SN，即自耦變壓器與同容量的普通變壓器相比，有較小的繞組容量，因此所用鐵心資料省，尺寸小，分量輕，造價較低，極限制造容量大，具有較好的經(jīng)濟效益。2)電壓比k12越小，Kb越小，繞組容量越小，采用自耦變壓器經(jīng)濟效益越顯著。為保證自耦變壓器的經(jīng)濟效益，應使其變比k12≤3。3．自耦變壓器的過電壓問題的提出:高壓與中壓繞組有電路的直接銜接，當高壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它可以經(jīng)過串聯(lián)繞組進入公共繞組和中壓系統(tǒng)，當中壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它可以進入串聯(lián)繞組和高壓系統(tǒng)。(顯然Kb<1)k12越大，過電壓倍數(shù)越大，例如220/110kV自耦變的中壓側(cè)的過電壓倍數(shù)為2.64，過電壓值為1)為使其絕緣免遭損壞，自耦變壓器高壓和中壓側(cè)出口端都必需裝設避雷器進展維護。避雷器必需裝設在自耦變壓器和銜接自耦變壓器的隔分開關(guān)之間，當自耦變壓器某側(cè)斷開時，該側(cè)避雷器仍與自耦變壓器堅持銜接。2)自耦變壓器的中性點必需直接接地或經(jīng)小電抗接地，以防止高壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，在非接地相的中壓繞組出現(xiàn)過電壓。中性點不接地，當高壓電網(wǎng)發(fā)生a相接地時中性點發(fā)生偏移，非接地的b、c相中壓側(cè)相電壓為自耦變壓器的中性點必需直接接地或經(jīng)小電抗接地。自耦變壓器的高壓和中壓電壓等級必需是500kV

、330kV、220kV和110kV中之一。4．三繞組自耦變壓器緣由：與普通星—星結(jié)合變壓器一樣，雙繞組自耦變壓器由于鐵心飽和使主磁通呈平頂波形，繞組的感應電動勢呈現(xiàn)尖頂波形，含有三次諧波電動勢。使電壓畸變。第三繞組的作用：1)消除三次諧波；2)減小自耦變壓器的零序阻抗；3)單獨供電，用來銜接發(fā)電機、調(diào)相機或引接發(fā)電廠廠用備用電源等。自耦變壓器普通還增設一個接成三角形的第三繞組，它與串聯(lián)繞組和公共繞組之間只需電磁聯(lián)絡。第三繞組的電壓：普通為6~35kV。第三繞組的容量：1)假設僅用來消除三次諧波，其容量普通為規(guī)范容量的1/3左右(為滿足低壓側(cè)短路時的熱穩(wěn)定和電動力穩(wěn)定的要求，容量不能太小)。2)假設還用來銜接發(fā)電機、調(diào)相機或引接發(fā)電廠廠用備用電源等，其容量最大等于自耦變壓器的規(guī)范容量。二、自耦變壓器的運轉(zhuǎn)方式｛運轉(zhuǎn)方式自耦運轉(zhuǎn)方式(第三繞組空載)結(jié)合運轉(zhuǎn)方式(三個繞組均有功率經(jīng)過，情況復雜)最典型的結(jié)合運轉(zhuǎn)方式有以下兩種方式：1．運轉(zhuǎn)方式一高壓側(cè)同時向中壓和低壓側(cè)〔或中壓和低壓側(cè)同時向高壓側(cè)〕傳輸功率，如圖10-24a所示。(1)串聯(lián)繞組1)電流由取電壓為參考量得低壓側(cè)功率為歸算到高壓側(cè)的電流為2)功率當中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有(2)公共繞組1)電流由磁勢平衡得公共繞組中的電流為2)功率當中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有顯然Ss>Sc，串聯(lián)繞組負荷較大，最大傳輸功率遭到串聯(lián)繞組容量的限制，運轉(zhuǎn)中應留意監(jiān)視串聯(lián)繞組負荷。2．運轉(zhuǎn)方式二中壓側(cè)同時向高壓和低壓側(cè)〔或高壓和低壓側(cè)同時向中壓側(cè)〕傳輸功率，如圖10-24b所示。(1)串聯(lián)繞組1)電流2)功率(2)公共繞組1)電流由磁勢平衡可以求出公共繞組中的電流為2)功率當高、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時，有顯然Sc>Ss，公共繞組負荷較大，最大傳輸功率遭到公共繞組容量的限制，運轉(zhuǎn)中應留意監(jiān)視公共繞組負荷。在此運轉(zhuǎn)方式下運轉(zhuǎn)時，自耦變壓器的容量不能得到充分利用。三、自耦變壓器的有功功率損耗(選學內(nèi)容)3.低壓側(cè)同時向高壓和中壓側(cè)傳輸功率或相反限制條件為低壓繞組容量，經(jīng)過容量最大為規(guī)范容量，這時自耦變壓器的效益最低。【例9-6】知容量為150MVA的三相三繞組自耦變壓器，額定電壓為242/121/11kV，容量比為100/100/50，低壓側(cè)接有60MW，功率因數(shù)為0.8的發(fā)電機一臺，各側(cè)功率因數(shù)相等。試求:假設220kV系統(tǒng)向110kV系統(tǒng)傳輸功率75MVA，低壓側(cè)的發(fā)電機還可以向110kV系統(tǒng)傳輸多少功率？解屬高、低壓側(cè)同時向中壓側(cè)送電的運轉(zhuǎn)方式，此運轉(zhuǎn)方式下應監(jiān)視公共繞組不能過負荷，公共繞組負荷最大為75MVA。串聯(lián)繞組負荷為由得低壓繞組負荷為即低壓側(cè)的發(fā)電機還可以向110kV系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕿?7.5MVA。自耦變壓器的輸出功率達不到其額定容量。第六節(jié)變