第 9 章变压器的暂态运行

第 9章变压器的暂态运行 • 概述 • 不对称运行属于变压器的一种稳态不正常运行 • 暂态运行是由于变压器运行情况的突变引起，属于另一类不正常运行。 • 引起暂态的例子：负载突变、空载合闸、突然短路、雷击、开关的通断等。 • 暂态时间不长，危害甚大。往往引起过电流或过电压，严重时会损坏变压器。 9-1变压器空载合闸 • 稳态运行时，变压器空载电流I0很小，大型变压器甚至不到1% IN；但变压器在空载突然接入电网时，可能有很大的瞬时冲击电流，可达I0的几十倍到几百倍，IN的6~8倍。 • 此现象的存在是由于饱和及剩磁引起的。若不采取措施，会导致合闸不成功。

设外施电压按正弦规律变化，则 • 电阻R1i1较小,初始分析时可以略去。但R1的存在是瞬态过程衰减的重要因素。 • 设无剩磁t=0，Φ=0，得

讨论： ①若在初相角α=0时合闸，则 Φ=Φm(1-cosωt) ωt=π时，Φ=2Φm，再考虑到剩磁后，Φ=(2.2~2.3)Φm，导致磁路过饱和，相应的励磁电流急剧增大，达正常时空载电流的几百倍，额定电流的6-8倍。 ②若在初相角α = π／2时合闸，则 Φ=-Φmsinωt 变压器即进入稳态，是理想合闸时间。 ③电流的衰减 • 由于R1的存在，电流脉冲将逐渐衰减。衰减的快慢由时间常L1/R1决定，一般在1s内，暂态电流就会大大衰减。小型变压器电阻较大，电抗较小，衰减较快，约几个周期可达稳态；大型变压器，电阻较小，电抗较大，衰减较慢，可能延续20s才达到稳态。

9-2 变压器突然短路 概述正常运行的变压器二次侧突然短路时，将在一、二次绕组中产生很大的短路电流，短路电流产生的机械应力及发热将危及变压器的可靠运行，甚至毁坏变压器。变压器突然短路电流很大，分析时可以忽略激磁电流，这时变压器的等效电路可采取简化等效电路。一、建立微分方程并求解 • 假设突然短路时变压器空载，即初始条件为t=0时，ik=0,则

其中： 为短路阻抗角。为稳态短路电流的有效值。二、分析ikmax • 若初相角α=0时短路，在ωt =π时，ik会达到最大值, • kk是突然短路电流最大值与稳态短路电流幅值之比值。大小Rk/Lk有关。一般中小型变压器kk=1.2～1.35,大型变压器kk=1.75～1.81 Ikmax=(1.5~1.8) I1N/ZK* ZK*=0.06时，Ikmax/ I1N = 25~30

(3)暂态短路时的机械应力 • 电流与漏磁场相互作用，在绕组各匝中将产生作用力，F = Bσ I l。正常运行时，作用力较小。短路时，F将按电流平方剧增。 • 高低压绕组电流方向相反，径向力将使得低压绕组承受压力，高压绕组承受张力；而轴向力从上下挤压绕组。这些应力会使得绕组可能被拉断或者变形。 9-3过电压现象 • 变压器运行时，若因某种原因使得电压超过额定电压，即称为过电压。 • 变压器的过电压现象有两种：大气过电压/操作过电压。 • 输电线遭雷击、带电云层与输电线间产生静电感应或者放电，会形成大气过电压。 • 当变压器或线路的开关合闸或者拉闸时，因系统中产生电磁能量转换而导致的过电压称为操作过电压。过电压时间较短，为几十微秒。

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