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1、第六节 变压器运行的瞬变过程一、变压器空载合闸时一次侧的冲击电流二、变压器二次侧突然短路时的冲击电流三、过电流的影响及预防四、过电压现象变压器运行时，如果带的负载或所加电源电压 的大小变化不很剧烈，就可以看成是稳态运行。分 析稳态运行时，认为磁通，电压和电流等的幅值是 近似不变的。当变压器突然改变负载、空载合闸到电源、二次 绕组突发短路或者受到过电压冲击时，变压器各电磁 量就要发生骤烈的变化，其持续过程称为过渡过程。一、变压器空载合闸时一次侧的冲击电流空载合闸：变压器副边开路，将原边接入电源。 合闸时原方的电动势平衡方程式为：为与一次绕组交链的全部磁通（主磁通和漏磁通） 为合闸瞬间电源电压的初
2、相角。为什么要列出微分方程？忽略原边电阻，则上式为： 解上述非线性微分方程，得： 方程通解方程特解变压器空载合闸过渡过程忽略铁心的剩磁，即： 时，强制分量 （周期分量）自由分量（非周 期分量）变压器空载合闸过渡过程主磁通的大小与合闸瞬间电压的初相角有关。问题：变压器突然合闸后的主磁通变化情况由什么因素决定？两种极端情况：（1）若 瞬间变压器空载合闸 即：一次电压过幅值瞬间变压器空载合闸。即：合闸后磁通立即进入稳定状态，没有瞬变过 程，建立磁通的合闸电流也立即达到稳态空载电流， 避免了冲击电流的产生。结论：在变压器一次电压过幅值时空载合闸至电网，不会产生冲击电流，是变压器空载合闸最安全的情况。变
3、压器空载合闸过渡过程（2）若在 瞬间变压器空载合闸即：一次电压过零值瞬间变压器空载合闸。这时磁通的自由分量 幅值最大为 ：若忽略原边电阻，则忽略自由分量磁通的衰减。在合闸后半个周期，磁通的稳态分量和自由分量叠 加后，磁通达到最大值，约为：变压器空载合闸过渡过程此时变压器铁心深度饱和，相应的激磁电流迅速增大，可达正常激磁电流值的几十倍到上百倍（约为额定电流的数倍），该电流称为激磁涌流。变压器空载合闸的瞬变过程一般持续几个到几十个周波。变压器空载合闸过渡过程结论：在变压器一次电压过零值时空载合闸至电网，会产生较大的激磁涌流，是变压器空载合闸最危险的情况。由于三相变压器彼此相差120度相位差，合闸时
4、 总有一相电压的初相角接近于零，因此总有一相的空 载合闸电流较大。激磁涌流可能使变压器的过电流保护装置误动作， 使变压器无法正常合闸。变压器空载合闸过渡过程 整定保护装置的动作电流躲过激磁涌流。变压器空载合闸采取的防护措施： 选择选择正确的合闸时刻进行空载合闸； 在变压器原边串入一个合闸电阻，合闸完后再 将该电阻切除；变压器空载合闸过渡过程二、变压器二次侧突然短路时的冲击电流变压器二次侧突然短路：变压器一次侧加额定电压，二次侧负载突然短路。突然短路时的微分方程为：解上述非线性微分方程，得：为稳态短路电流的有效值； 为短路阻抗角； 为短路电流自由分量衰减时间常数； 式中：变压器突然短路过渡过程若
5、认为短路前空载，即 时，强制分量 （周期分量）自由分量（非周 期分量）变压器突然短路过渡过程问题：突然短路电流的变化情况由什么因素决定？ 与短路发生瞬间电压的初相角有关两种极端情况：即：变压器一次电压过幅值时发生短路。（1）若 瞬间变压器二次侧突然短路变压器突然短路过渡过程这时短路电流的自由分量为 0 ，短路后电流立即 进入稳定状态，没有瞬变过程，不会出现冲击电流。 结论：在变压器一次电压过幅值时变压器二次侧突然短路，不会产生冲击电流，是变压器突然短路中最安全的情况。变压器突然短路过渡过程即：在变压器一次电压过零值时发生短路。 （2）若在 瞬间变压器二次侧突然短路这时，短路电流的自由分量幅值最
6、大为：在短路后半个周期 时，短路电流的稳态分 量和自由分量相叠加，短路电流瞬时值达到最大。变压器突然短路过渡过程冲击电流倍数：对中、小型变压器： 对大型变压器： 用标么值表示短路电流：变压器突然短路过渡过程例如：问题：为限制变压器短路电流幅值，设计变压器时应当设计的大些好还是小些好？ 实际变压器突然短路时产生的冲击电流可达额 定电流的2530倍。 变压器突然短路过渡过程问题：变压器短路阻抗过大有哪些危害？变压器突然短路过渡过程设计变压器时应当统筹考虑限制短路电流和限 制电压变化率两方面的要求。对于三相变压器，由于各相电压彼此相差1200 ，发生三相突然短路时，总有一相会处在短路电流 最大或接近
7、最大的情况。结论：在变压器一次电压过零值时二次侧发生 短路，会产生极大的冲击电流，是变压器二次侧突 然短路中最危险的情况。三、过电流的影响及防护（1）发热现象变压器激磁涌流和短路冲击电流持续时间很短， 不会造成变压器产生较高温升。（2）冲击电磁力变压器突然短路时产生的冲击电流可达额定电流 的2530倍，它会在变压器绕组上产生很大的电磁 力，严重时可能使变压器绕组变形而损坏。变压器突然短路时的电磁力： 过电流的影响及防护在发生突然短路时，变压器的绕组处在漏磁场中 ，绕组中的电流与漏磁场相互作用，在绕组的导线 中产生电磁力，严重时可达到额定运行时的400 900倍！在继电保护装置动作前，变压器绕组
8、上会承受巨大的电磁力作用。绕组上承受的电磁力包括径向力和轴向力。 变压器进行突然短路试验。防护措施：过电流的影响及防护 限制短路电流； 加强绕组机械强度四、过电压现象变压器运行时，由于某种原因使得变压器承受的 电压超过它的最大允许工作电压时，称为过电压。 输电线路遭到雷击，有电压冲击波进入变压器 变电站拉闸、合闸操作 系统短路等事故操作以下情况都会使变压器出现过电压现象：常用的变压器过电压保护措施： 过电压的影响及防护过电压持续时间虽然不长，对变压器的影响却很 大，它可能导致绝缘击穿。 安装避雷器 加强绕组的绝缘 增大绕组的匝间电容； 采用中性点接地系统 变压器瞬变过程小结 变压器的瞬变过程有
9、过电流和过电压两种。瞬变 过程所经历的时间虽然很短，但可能使变压器遭 到损坏。 过电流发生在空载合闸与突然短路瞬间，不论是 空载合闸还是突然短路，冲击电流的大小都与初始 条件有关。 一次电压过零时进行空载合闸会产生较大的激 磁涌流，一次电压过零时发生突然短路会产生极 大的短路冲击电流。 突然短路的冲击电流将产生极大的电磁力，可能造 成变压器绕组的支撑件和绝缘损坏。 激磁涌流作用下，会使变压器过电流保护装置动 作，造成变压器无法正常合闸。 由于三相变压器彼此相位差1200，三相变压器总 会有一相出现激磁涌流或短路冲击电流，因此上述 分析具有普遍意义。变压器瞬变过程小结 在变电站遭雷击或变压器进行拉、合闸操作时， 变压器均会出现过电压现象。 过电压可能使变压器因绕组绝缘击穿而损坏。 变压器过电压、过电流均应当采取相应的防护措 施。变压器瞬变过程小结
