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1、发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-1第九章第九章电力变压器的运行电力变压器的运行第一节第一节变压变压器的温升与温度器的温升与温度计计算算第二节第二节变压变压器的器的绝缘绝缘老化老化第三节第三节变压变压器的正常器的正常过负过负荷荷第四节第四节变压变压器的事故器的事故过负过负荷荷第五节第五节自耦自耦变压变压器的工作原理与运行器的工作原理与运行第六节第六节变压变压器的并列运行器的并列运行本章计划学时本章计划学时:68学时学时 发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-2 电电力力变压变压器是器是发电发电厂和厂和变电变电所中重要的一次所中重要
2、的一次设备设备之一，随之一，随着着电电力系力系统电压统电压等等级级的提高和的提高和规规模的模的扩扩大，升大，升压压和降和降压压的的层层次次增多，系增多，系统统中中变压变压器的器的总总容量已达容量已达发电发电机装机容量的机装机容量的710倍。倍。可可见电见电力力变压变压器的运行是器的运行是电电力生力生产产中非常重要的中非常重要的环节环节。本章着本章着重介重介绍电绍电力力变压变压器运行中的基本理器运行中的基本理论论。第一节第一节 变压器的温升与温度计算变压器的温升与温度计算 一、变压器的发热和散热一、变压器的发热和散热 变压变压器在运行器在运行时时，绕组绕组、铁铁心和附加的心和附加的电电能能损损耗
3、都将耗都将转变转变成成热热能，使能，使变压变压器各部分的温度升高。器各部分的温度升高。图图9-1示出了油浸式示出了油浸式变压变压器中各部分温度的分布情况。器中各部分温度的分布情况。1)铁铁心、高心、高压绕组压绕组、低、低压绕组压绕组的的发热发热互不关互不关联联：所：所产产生的生的热热量量都都传给传给油，油，热热量被循量被循环环流流动动的油的油带带走。走。(1)发热特点发热特点发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-32)变压变压器的各部分的器的各部分的发热发热很不均匀：很不均匀：绕组绕组温度最高，最温度最高，最热热点在高度方向的点在高度方向的70%75%；发电厂电气
4、主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-4径向温度最高径向温度最高处处位于位于绕组绕组厚度（自内径算起）的厚度（自内径算起）的1/3处处。(2)散热过程散热过程1)绕组和铁心内部的热量以传导方式传到导绕组和铁心内部的热量以传导方式传到导体和铁心表面，图中曲线体和铁心表面，图中曲线1-2，约几度。，约几度。2)导体和铁心表面的热量以对流方式传到变导体和铁心表面的热量以对流方式传到变压器油中，图中曲线压器油中，图中曲线2-3，约占总温升的，约占总温升的20%30%。3)油中的热量以对流方式传到油箱和散热器油中的热量以对流方式传到油箱和散热器内表面，图中曲线内表面，图中曲线4-5，
5、约几度。，约几度。4)油箱和散热器内表面的热量以传导方式传油箱和散热器内表面的热量以传导方式传到外表面，图中曲线到外表面，图中曲线5-6，约，约23度。度。5)油箱和散热器外表面的热量以对流和辐射油箱和散热器外表面的热量以对流和辐射方式传到周围空气中，图中曲线方式传到周围空气中，图中曲线6-7，约占，约占总温升的总温升的60%70%。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-5导向强迫油循环冷却导向强迫油循环冷却强强迫油循迫油循环风环风冷或水冷冷或水冷自然油循环冷却自然油循环冷却(3)冷却方式冷却方式发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-
6、6二、变压器的温升计算二、变压器的温升计算 1.变压变压器的器的发热发热很不均匀，油浸式很不均匀，油浸式变压变压器的温升从底部到器的温升从底部到顶顶部，部，绕组绕组(CD)和油和油(AB)的温升都近似呈的温升都近似呈线线性增加（在任意高度，性增加（在任意高度，绕绕组对组对油的温差均油的温差均为为一常数一常数g）。）。2.为为了全面反映了全面反映变压变压器的温升情况，器的温升情况，绕组绕组和油的温升通常都用和油的温升通常都用其平均温升和最大温升来表示。其平均温升和最大温升来表示。绕组绕组的平均温升是指整个的平均温升是指整个绕组绕组的温升平均的温升平均值值(M点点)。油的平均温升是指全部油的温升平
7、均值油的平均温升是指全部油的温升平均值(N点点)。绕组绕组的最大温升是指的最大温升是指绕组绕组最最热热点点(E点点)的温升，由于的温升，由于杂杂散散损损耗增加，耗增加，它大于它大于绕组绕组温升线性增加温升线性增加的的趋势趋势点点D点的点的温升。温升。油的最大温升是指油的最大温升是指顶层顶层油油(B点点)的的温升。温升。图图9-2油浸式油浸式变压器温升分布图变压器温升分布图发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-73.温升计算中的基本关系为温升计算中的基本关系为绕组对空气的温升绕组对空气的温升=油对空气的温升油对空气的温升+绕组对油的温升绕组对油的温升绕组的温度绕组的
8、温度=空气温度空气温度+油对空气的温升油对空气的温升+绕组对油的温升绕组对油的温升4.变压变压器各部分的允器各部分的允许许温升温升 我国国家标准（我国国家标准（GB）规定变压器的额定使用条件为：最高气）规定变压器的额定使用条件为：最高气温温+40；最高日平均气温；最高日平均气温+30；最高年平均气温；最高年平均气温+20；最；最低气温低气温-30；变压器；变压器各部分的温升不得超各部分的温升不得超过过表表9-1中的数中的数值值。表表9-1 9-1 变压器各部分的允许温升变压器各部分的允许温升 （单位：（单位：）自然油循环自然油循环强迫油循环风冷强迫油循环风冷强迫油循环导向风冷强迫油循环导向风冷
9、绕组对空气的平均温升绕组对空气的平均温升656570绕组对油的平均温升绕组对油的平均温升213030油对空气的平均温升油对空气的平均温升443540顶层油对空气的温升顶层油对空气的温升554545发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-8 采用采用A级绝缘材料的变压器，绕组热点温度为级绝缘材料的变压器，绕组热点温度为98时，使用时，使用寿命为寿命为2030年。年。图图9-2中几个点的温度：中几个点的温度：顶层油顶层油(B点点)对空气的对空气的温升温升t=55。绕组对油平均温升绕组对油平均温升g=21。油对空气的平均温升油对空气的平均温升(N点点)av=44。绕组对空
10、气的平均温升绕组对空气的平均温升(M点点)av+g=65。绕组绕组最最热热点点(E点点)对顶层对顶层油的温升油的温升为为g=44+21+13-55=23。设设K为实际负荷与额定负荷之比，则任意负荷下顶层油对为实际负荷与额定负荷之比，则任意负荷下顶层油对空气的温升为空气的温升为5.任意负荷下顶层油对空气和绕组最热点对顶层油温升的计算任意负荷下顶层油对空气和绕组最热点对顶层油温升的计算 自然油循环冷却变压器的绕组最热点温度比绕组的平均温度自然油循环冷却变压器的绕组最热点温度比绕组的平均温度(M点点)高高13。因此，自然油循环冷却变压器带额定负荷长期运。因此，自然油循环冷却变压器带额定负荷长期运行时
11、的周围空气温度最高为行时的周围空气温度最高为98-13-65=20。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-9式中式中 tN额定负荷时，顶层油对空气的温升最大值额定负荷时，顶层油对空气的温升最大值，通，通过查表得到；过查表得到；R额定负荷下，短路损耗与空载损耗之比；额定负荷下，短路损耗与空载损耗之比；x计计算油的温升的指数，与算油的温升的指数，与变压变压器的冷却方式有器的冷却方式有关，关，对对于自然油循于自然油循环环冷却冷却变压变压器，器，x=0.8；对对于于强强迫油循迫油循环环冷冷却却变压变压器，器，x=0.91.0。任意负荷下绕组最热点对顶层油的温升为任意负荷下
12、绕组最热点对顶层油的温升为式中式中 gN额定负荷时，绕组最热点对顶层油的温升，额定负荷时，绕组最热点对顶层油的温升，通通过查表计算得到过查表计算得到；y计计算算绕组绕组最最热热点温升用的指数点温升用的指数,也与也与变压变压器的冷器的冷却方式有关，一般取却方式有关，一般取y=x。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-10三、变压器的稳态温度计算三、变压器的稳态温度计算(不讲不讲)四、变压器的暂态温度计算四、变压器的暂态温度计算(不讲不讲)第二节第二节 变压器的绝缘老化变压器的绝缘老化 一、变压器的绝缘老化定律一、变压器的绝缘老化定律 变压变压器的器的绝缘绝缘老化：高
13、温、湿度、氧化和油中分解的劣化物老化：高温、湿度、氧化和油中分解的劣化物质质等物理化学作用的影响，使其等物理化学作用的影响，使其绝缘绝缘材料逐材料逐渐渐失去其机械失去其机械强强度度和和电电气气强强度。度。高温是高温是绝缘绝缘老化的主要原因，老化的主要原因，绝缘绝缘材料的工作温度越高，材料的工作温度越高，绝绝缘缘老化速度越快，老化速度越快，变压变压器的使用寿命越短。器的使用寿命越短。机械机械损伤损伤使使电电气气强强度下降：老化的度下降：老化的绝缘绝缘材料材料纤维组织纤维组织失去失去弹弹性，材料性，材料变变脆，只要没有机械脆，只要没有机械损伤损伤，仍可有相当高的，仍可有相当高的电电气气强强度。度。
14、但在但在电电磁振磁振动动和和电动电动力的作用下很容易力的作用下很容易产产生机械生机械损伤损伤使材料破使材料破损损，失去，失去电电气气强强度。度。1.变压变压器的器的绝缘老化现象绝缘老化现象发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-112.变压变压器的器的预预期寿命和期寿命和绕组绕组最最热热点温度之点温度之间间的关系的关系电电力力变压变压器常采用器常采用A级绝缘级绝缘（油浸（油浸电缆纸电缆纸），在），在80140的范围内，变压器的寿命和绕组最热点温度之间的关系为的范围内，变压器的寿命和绕组最热点温度之间的关系为式中，式中，A为为常数；常数；P为为温度系数。温度系数。3.
15、变压器的绝缘老化定律变压器的绝缘老化定律 采用采用A级绝缘级绝缘材料的材料的变压器变压器绕组绕组，最，最热热点温度点温度维维持在持在98，变压变压器能器能获获得正常得正常预预期寿命期寿命2030年，其每天的寿命年，其每天的寿命损损失失为为正正常日寿命常日寿命损损失。失。变压变压器的正常器的正常预预期寿命和期寿命和绕组绕组最最热热点温度之点温度之间间的关系的关系为为 相相对预对预期寿命期寿命z*发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-12 相相对预对预期寿命期寿命z*的倒数称的倒数称为为相相对对老化率，即老化率，即它表明了它表明了变压变压器在器在绕组热绕组热点温度点温
16、度为为下运行下运行单单位位时间损时间损失的正失的正常常使用使用寿命。寿命。损失寿命损失寿命zT的计算：若的计算：若运行运行时间为时间为T，显显然有然有如果在如果在T时间时间内内绕组热绕组热点温度是随点温度是随时间变时间变化的（用化的（用t表示），表示），则则损损失的寿命失的寿命为为发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-13 相相对对老化率的老化率的计计算以算以2为为底底较较方便，方便，则则根据试验和统计资料可以得出根据试验和统计资料可以得出则则和和 绝缘绝缘老化的六度老化的六度规则规则（油浸（油浸变压变压器）：可以看出器）：可以看出绕组绕组温度每温度每增加增加6，
17、老化加倍，老化加倍，绝缘绝缘使用寿命使用寿命缩缩短一半。短一半。例如，例如，计计算算绕组热绕组热点在点在104下运行下运行24h损损失的寿命，老化率失的寿命，老化率为为2，损失的寿命损失的寿命为为224h=48h，也就是也就是说说运行运行12个小个小时时一天的一天的寿命就寿命就损损耗完了耗完了。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-14二、等值老化原则二、等值老化原则 变压变压器器绕组绕组最最热热点温度点温度维维持在持在98，变压变压器能器能获获得正常使用寿得正常使用寿命，但命，但变压器在运行中，绕组温度受环境温度和负荷波动的影变压器在运行中，绕组温度受环境温度和
18、负荷波动的影响，不可能维持在响，不可能维持在98不变。这种情况下变压器如何获得正常不变。这种情况下变压器如何获得正常的使用寿命？的使用寿命？等等值值老化原老化原则则回答了回答了这这个个问题问题。等等值值老化原老化原则则：在一定的在一定的时间间时间间隔隔T内，一部分内，一部分时间时间内内绕组绕组温温度高于度高于98，而在另一部分，而在另一部分时间时间内内绕组绕组温度低于温度低于98，只要使，只要使变压变压器在温度高于器在温度高于98时时所多所多损损失的寿命与温度低于失的寿命与温度低于98时时少少损损失的寿命相互失的寿命相互补偿补偿，等于正常的，等于正常的寿命损失，寿命损失，变压变压器的器的预预期
19、寿期寿命可以和命可以和绕组绕组温度温度维维持在持在98运行运行时时的的预预期寿命相同。期寿命相同。它可以它可以用下式表示：用下式表示：平均相平均相对对老化率：老化率：变压变压器在一定的器在一定的时间间时间间隔隔T内内实际实际所所损损失失的寿命与恒温的寿命与恒温98运行运行时时的正常寿命的正常寿命损损失失T的比的比值值。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-15当当1时时，变压变压器的老化大于正常老化，器的老化大于正常老化，预预期寿命期寿命缩缩短；短；当当1时时，变压变压器的器的负负荷能力未得到充分利用；荷能力未得到充分利用；当当=1时时，变压变压器有正常的使用寿命
20、，它也是器有正常的使用寿命，它也是变压变压器正常器正常过负过负荷运行的主要依据。荷运行的主要依据。第三节第三节 变压器的正常过负荷变压器的正常过负荷 一、变压器的负荷能力一、变压器的负荷能力 变压变压器的器的额额定容量即定容量即铭铭牌容量：其含牌容量：其含义义是在制造厂所是在制造厂所规规定的定的额额定定环环境温度下，保境温度下，保证变压证变压器有正常使用寿命（器有正常使用寿命（约约2030年）所年）所能能长时间连续输长时间连续输出的最大功率。出的最大功率。变压器的负荷能力：指变压器在变压器的负荷能力：指变压器在1 1条件下，条件下，短时间内所能输短时间内所能输出的功率，显然，它可能超过出的功率
21、，显然，它可能超过额额定容量。定容量。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-16负负荷能力的大小和持荷能力的大小和持续时间续时间取决于：取决于：变压变压器的器的电电流和温度容流和温度容许许限限值值；负负荷荷变变化和周化和周围环围环境温度以及境温度以及绝缘绝缘老化不超老化不超过绝缘过绝缘的正常老化。的正常老化。二、负荷超过额定容量运行时的温度和电流的限值二、负荷超过额定容量运行时的温度和电流的限值变压变压器的器的负负荷超荷超过额过额定容量运行定容量运行时时，将，将产产生不良效生不良效应应，此，此时时要要求其求其电电流和有关部分的温度不超流和有关部分的温度不超过过表表
22、9-2的的规规定。定。三、等值空气温度三、等值空气温度 1.平均温度平均温度av不能表示不能表示变变化的温度化的温度对绝缘对绝缘老化的影响老化的影响变压变压器的器的绝缘绝缘老化速度与老化速度与绕组绕组温度呈指数函数非温度呈指数函数非线线性关系，在性关系，在高温高温时绝缘时绝缘老化的加速老化的加速远远远远大于低温大于低温时绝缘时绝缘老化的延老化的延缓缓。2.等值空气温度（能表示变化的温度对绝缘老化的影响）等值空气温度（能表示变化的温度对绝缘老化的影响）等值空气温度等值空气温度eq：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内维：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内维持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所
23、遭受的绝缘老化等持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化等于空气温度自然变化时的绝缘老化。于空气温度自然变化时的绝缘老化。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-17绕组热绕组热点点对环对环境的温升，境的温升，负负荷恒定荷恒定时为时为一常数。一常数。化简得化简得两边取对数得两边取对数得空气温度的日或年的自然变化近似地认为是零轴被抬高的正弦空气温度的日或年的自然变化近似地认为是零轴被抬高的正弦曲线（例如季节的影响，冬、夏季空气温度出现峰值，春、秋曲线（例如季节的影响，冬、夏季空气温度出现峰值，春、秋季温度适中），即季温度适中），即发电厂电气主系统发电厂电气
24、主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-18式中式中 avT时间间隔内的平均空气温度；时间间隔内的平均空气温度；最高温度和最低温度之差。最高温度和最低温度之差。代入可以计算出代入可以计算出 从上式可以看出，等值空气温度高于平均空气温度一个数值，从上式可以看出，等值空气温度高于平均空气温度一个数值，这是由于高温时绝缘老化加速远远大于低温时绝缘老化延缓的这是由于高温时绝缘老化加速远远大于低温时绝缘老化延缓的结果。结果。我国广大地区的年等值空气温度为我国广大地区的年等值空气温度为20，则绕组最热点温度，则绕组最热点温度为：为：65+13+20=98。所以我国变压器的额定容量不必。所以我国变压器的额
25、定容量不必根据气温情况加以修正，冬夏寿命损失自然补偿，就可以有正根据气温情况加以修正，冬夏寿命损失自然补偿，就可以有正常的使用寿命，但在考虑变压器的过负荷能力时应考虑等值空常的使用寿命，但在考虑变压器的过负荷能力时应考虑等值空气温度的影响。气温度的影响。.结论结论发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-19日有功负荷曲线日有功负荷曲线a）曲线图）曲线图b）梯形图）梯形图四、等值负荷的计算四、等值负荷的计算 将实际负荷将实际负荷曲线先化为多阶段负荷曲线的方法，如下图所示：曲线先化为多阶段负荷曲线的方法，如下图所示：发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂
26、电气主系统9-20实际负荷实际负荷曲曲线线先化先化为为多多阶阶段段负负荷曲荷曲线线（如（如图图9-5所示），再将所示），再将其其归归算算为为两段式等两段式等值负值负荷曲荷曲线线：欠：欠负负荷段曲荷段曲线线和和过负过负荷段曲荷段曲线线。依据等值发热原理，欠负荷依据等值发热原理，欠负荷段的等段的等值负值负荷系数按下式荷系数按下式计计算：算：I1、I2、In各欠负荷段电各欠负荷段电流标幺值；流标幺值；t1、t2、tn各欠各欠负负荷段的荷段的时间时间。图图9-5多阶段负荷曲线多阶段负荷曲线 等值负荷的计算方法：等值负荷的计算方法：发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-21
27、五、变压器的正常过负荷五、变压器的正常过负荷1.原原则则：不增加：不增加变压变压器寿命器寿命损损失，即平均相失，即平均相对对老化率老化率1 1。2.理理论论依据：等依据：等值值老化原老化原则则，寿命寿命损损失相互失相互补偿补偿。3.正常过负荷是有计划的、主动实施的过负荷。正常过负荷是有计划的、主动实施的过负荷。为为了了简简化化计计算，算，实际实际运行中，常采用运行中，常采用查查正常正常过负过负荷曲荷曲线线的方的方法确定法确定过负过负荷荷值值。其中日等。其中日等值值空气温度空气温度为为20时时的自然油循的自然油循环环和和强强迫油循迫油循环变压环变压器的器的过负过负荷曲荷曲线线如如图图9-6a和和
28、图图9-6b所示。所示。图图中中图图中中K1和和K2分分别别表示两段式表示两段式负负荷曲荷曲线线中的欠中的欠负负荷系数和荷系数和过负过负荷倍数，荷倍数，T为过负为过负荷的容荷的容许许持持续时间续时间。自然油循。自然油循环变压环变压器的器的过过负负荷倍数不能超荷倍数不能超过过1.5,强强迫油循迫油循环变压环变压器的器的过负过负荷倍数不能超荷倍数不能超过过1.3，也即，也即图图中虚中虚线线部分。部分。利用正常过负荷曲线确定过负荷倍数的方法：利用正常过负荷曲线确定过负荷倍数的方法：1）将实际连续变化的负荷曲线化为多段式负荷曲线。）将实际连续变化的负荷曲线化为多段式负荷曲线。2）按式（）按式（9-16
29、）将多段式）将多段式负负荷曲荷曲线归线归算算为为两段式等两段式等值负值负荷曲荷曲线线,计计算出欠算出欠负负荷系数荷系数K1。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-223）根据）根据K1和和过负过负荷荷时间时间T，从，从图图9-6中中过负过负荷曲荷曲线线上上查查出出过负过负荷倍数荷倍数K2。图图9-6正常过负荷曲线（日等值空气温度正常过负荷曲线（日等值空气温度+20）a)自然油循环变压器自然油循环变压器 b)强迫油循环变压器强迫油循环变压器发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-23【例例9-3】如果例】如果例9-1中中变压变压器容量器容
30、量为为10000kVA，利用，利用过负过负荷曲荷曲线线，求，求变压变压器器历时历时4h的的过负过负荷荷值值。解解 由例由例9-1图可知欠负荷系数为图可知欠负荷系数为0.7,过负荷时间为过负荷时间为4h，查图，查图9-6a曲线得曲线得 过负荷倍数过负荷倍数K2=1.29过负过负荷荷值为值为1.2910000kVA=12900kVA【例例9-4】某自然油循某自然油循环变压环变压器，当地日等器，当地日等值值空气温度空气温度为为20，负负荷曲荷曲线线如如图图9-5所示，求所示，求历时历时4h的的过负过负荷倍数。荷倍数。解解依等值发热得依等值发热得查图查图9-6a曲曲线线得得过负过负荷倍数得荷倍数得K2
31、=1.33。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-24第四节第四节 变压器的事故过负荷变压器的事故过负荷 系系统发统发生局部故障或生局部故障或变电变电所的某台所的某台变压变压器故障被切除，使部分器故障被切除，使部分不能切除的不能切除的负负荷荷转转移到其它移到其它变压变压器上器上时时，这这些些变压变压器的器的负负荷会荷会超超过过正常正常过负过负荷荷值值很多，称很多，称为为事故事故过负过负荷或短期急救荷或短期急救负载负载。1.制定原则：在事故情况下，保证不间断供电、避免停电造成制定原则：在事故情况下，保证不间断供电、避免停电造成更大的损失是首要任务，防止变压器寿命损失
32、加速是次要的，更大的损失是首要任务，防止变压器寿命损失加速是次要的，所以，事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。所以，事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。2.具体要求：具体要求：事故事故过负过负荷荷时时，可能可能远远大于大于1，绝缘绝缘老化加速，老化加速，为为了防止了防止严严重影响重影响变压变压器的使用寿命，事故器的使用寿命，事故过负过负荷荷时绕组时绕组最最热热点温度不得点温度不得超超过过140，电电流不得超流不得超过额过额定定电电流的流的2倍。倍。事故事故过负过负荷后荷后应应加加强强冷却，尽快冷却，尽快转转移移负负荷或减荷或减负负荷，使荷，使变压变压器尽快回到正常器尽快回到
33、正常过负过负荷范荷范围围内。内。绕组绕组最最热热点温度等于点温度等于热热点温升加上点温升加上环环境温度，如果境温度，如果绕组绕组最最热热点温度超点温度超过过表表9-2的数的数值值，则这则这种事故种事故过负过负荷是不允荷是不允许许的。的。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-25 表表9-3中列出了我国中列出了我国标标准准规规定的自然油循定的自然油循环环中、大型中、大型电电力力变压变压器事故器事故过负过负荷荷1h的日寿命的日寿命损损失天数（以失天数（以“正常日正常日”数表示，即一数表示，即一个个“正常日正常日”寿命寿命损损失等效于失等效于变压变压器在器在环环境温度境
34、温度20及及额额定定负载负载条件下，运行条件下，运行1天）。表中天）。表中K1表示事故表示事故过负过负荷前等荷前等值负值负荷系数，荷系数，K2表示事故表示事故过负过负荷倍数，表中荷倍数，表中“”符号表示即使在最低符号表示即使在最低环环境温境温度下也不容度下也不容许许运行。表中列出的是运行。表中列出的是环环境温度境温度为为+20时时的日寿的日寿命命损损失（天），如果失（天），如果环环境温度不等于境温度不等于20，应应分分别别乘以表乘以表9-4中中所列的修正系数。所列的修正系数。环境温度环境温度/40403020100-10-20-25校正系数校正系数103.210.320.10.0320.010
35、.0055表表9-4环境温度不同于环境温度不同于+20时的校正系数时的校正系数发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-26表表9-3自然油循环中、大型电力变压器事故过负荷自然油循环中、大型电力变压器事故过负荷1h的日寿命损失（天）和绕组热点温升的日寿命损失（天）和绕组热点温升（单位（单位:）K2K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.41.51.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.003580.005660.011740.024820.059910.1531000.4181101.211203.6513011.6141
36、0.009640.014710.026790.055880.128970.3241060.8751152.501257.5213623.81470.038710.053780.084860.158950.3421040.8271132.171226.1113218.214357.11540.100750.128830.185910.317990.6411081.481173.8112710.613731.214797.31580.306800.363870.477950.7331041.351122.921227.2013119.514157.01521761621.08851.21931.4
37、61002.001093.251186.4012714.813638.91461111573411684.30914.66985.291066.561149.3612316.213234.014284.015223316270117320.510422.411225.712032.712948.713889.414820115852716815401791081191191271381361801452811555491651310175+631134695143821152110016118001713730182+4040150448015953601697400179+发电厂电气主系统发
38、电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-27【例例9-5】某某中型自然油循环变压器，环境温度为中型自然油循环变压器，环境温度为+30，事，事故前故前K1=0.7，事故后，事故后K2=1.5，求运行，求运行1h1h的日寿命损失和绕组热的日寿命损失和绕组热点温度。点温度。解解 根据已知条件查根据已知条件查表表9-3和表和表9-4，得，得运行运行1h的的日寿命损失为：日寿命损失为：0.3423.2=1.09(天天)绕组热绕组热点温度点温度为为：(104+30)=134，绕组热绕组热点温度小于点温度小于140，可以按，可以按K2过负过负荷运行。荷运行。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电
39、气主系统发电厂电气主系统9-28第五节第五节 自耦变压器的工作原理与运行自耦变压器的工作原理与运行 一、自耦变压器的工作原理一、自耦变压器的工作原理 如如图图9-7a所示。自耦所示。自耦变压变压器由两个器由两个绕组绕组串串联组联组成一次成一次绕组绕组bd，匝数匝数为为N1，其中一个，其中一个绕组绕组又作又作为变压为变压器的二次器的二次绕组绕组cd，匝数，匝数为为N2，称，称为为“公共公共绕组绕组”，为为一二次一二次侧侧所共有。属于一次所共有。属于一次绕组绕组且与且与公共公共绕组绕组串串联联的的绕组绕组bc，匝数，匝数为为N1-N2，称，称为为“串串联绕组联绕组”。图图97自耦变压器原理图自耦变
40、压器原理图a)等效电路等效电路b)结构结构发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-291自耦变压器的容量关系自耦变压器的容量关系（1）电压及电流关系）电压及电流关系1)电压关系电压关系:自耦变压器一次侧和二次侧的电压比自耦变压器一次侧和二次侧的电压比k122)电流关系电流关系电路关系：电路关系：磁路耦合关系：磁路耦合关系：根据以上电路和磁势关系可得根据以上电路和磁势关系可得 公共公共绕组电绕组电流与流与一次（或串联绕组）电流之间的关系为：一次（或串联绕组）电流之间的关系为：发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-30 一次（或串联绕组）电
41、流一次（或串联绕组）电流与二次与二次电电流流之间的关系为：之间的关系为：公共公共绕组电绕组电流与流与二次电流之间的关系为：二次电流之间的关系为：（2）自耦变压器的额定容量和标准容量）自耦变压器的额定容量和标准容量根据电压及电流关系，自耦变压器传输的功率为根据电压及电流关系，自耦变压器传输的功率为由电路传由电路传递递由磁路传递由磁路传递发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-31电流相量电流相量的共轭相量。的共轭相量。自耦自耦变压变压器的器的额额定容量定容量(额额定通定通过过容量容量)：公共绕组的容量公共绕组的容量(标准容量标准容量)：通过电磁感应传输的最大功率，即：
42、通过电磁感应传输的最大功率，即 串联绕组的容量为串联绕组的容量为可见串联绕组的容量与公共绕组的容量相等。可见串联绕组的容量与公共绕组的容量相等。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-322自耦变压器的效益系数自耦变压器的效益系数标标准容量与准容量与额额定容量之比，称定容量之比，称为为自耦自耦变压变压器的效益系数器的效益系数Kb，即，即 Sa=KbSNSN，即即自耦自耦变压变压器与同容量的普通器与同容量的普通变压变压器相比，器相比，有有较较小的小的绕组绕组容量，因此所用容量，因此所用铁铁心材料省，尺寸小，重量心材料省，尺寸小，重量轻轻，造价造价较较低，极限制造容量大
43、，具有低，极限制造容量大，具有较较好的好的经济经济效益。效益。电压电压比比k12越小，越小，Kb越小，越小，绕组绕组容量越小，采用自耦容量越小，采用自耦变压变压器器经经济济效益越效益越显显著。著。为为保保证证自耦自耦变压变压器的器的经济经济效益，效益，应应使其使其变变比比k123。3自耦变压器的过电压自耦变压器的过电压问题问题的提出的提出:高高压压与中与中压绕组压绕组有有电电路的直接路的直接连连接，当高接，当高压侧发压侧发生生过电压时过电压时，它可以通，它可以通过过串串联绕组进联绕组进入公共入公共绕组绕组和中和中压压系系统统，当，当中中压侧发压侧发生生过电压时过电压时，它可以，它可以进进入串入
44、串联绕组联绕组和高和高压压系系统统。(显然显然KbSc，串，串联绕组负联绕组负荷荷较较大，最大大，最大传输传输功率受到串功率受到串联绕组联绕组容容量的限制，运行中量的限制，运行中应应注意注意监视监视串串联绕组负联绕组负荷。荷。2运行方式二运行方式二中中压侧压侧同同时时向高向高压压和低和低压侧压侧（或高（或高压压和低和低压侧压侧同同时时向中向中压侧压侧）传输传输功率，如功率，如图图9-9b所示。所示。(1)串联绕组串联绕组1)电流电流只有自耦分量，只有自耦分量，为为2)功率功率发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-40(2)公共绕组公共绕组1)公共绕组电流为公共绕组
45、电流为自耦方式与变压方式之和，即自耦方式与变压方式之和，即 由磁势平衡可以求出由磁势平衡可以求出公共绕组中的电流为公共绕组中的电流为2)功率功率发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-41当高、低压侧功率因数相等时，有当高、低压侧功率因数相等时，有显显然然Sc Ss，公共，公共绕组负绕组负荷荷较较大，最大大，最大传输传输功率受到公共功率受到公共绕组绕组容量的限制，运行中容量的限制，运行中应应注意注意监视监视公共公共绕组负绕组负荷。在此运行方式荷。在此运行方式下运行下运行时时，自耦，自耦变压变压器的容量不能得到充分利用。器的容量不能得到充分利用。三、自耦变压器的有功功
46、率损耗三、自耦变压器的有功功率损耗(选学内容选学内容)3.低低压侧压侧同同时时向高向高压压和中和中压侧传输压侧传输功率或相反功率或相反限制条件为低压绕组容量，通过容量最大为标准容量，这限制条件为低压绕组容量，通过容量最大为标准容量，这时自耦变压器的效益最低。时自耦变压器的效益最低。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-42【例例9-6】已知容量】已知容量为为150MVA的三相三的三相三绕组绕组自耦自耦变压变压器，器，额额定定电压为电压为242/121/11kV，容量比，容量比为为100/100/50，低压侧接有低压侧接有60MW，功率因数为，功率因数为0.8的发电
47、机一台，各侧功率因数相等。试求的发电机一台，各侧功率因数相等。试求:如如果果220kV系统向系统向110kV系统传输功率系统传输功率75MVA，低压侧的发电机，低压侧的发电机还可以向还可以向110kV系统传输多少功率？系统传输多少功率？解解属高、低压侧同时向中压侧送电的运行方式，此运行方式属高、低压侧同时向中压侧送电的运行方式，此运行方式下应监视公共绕组不能过负荷，公共绕组负荷最大为下应监视公共绕组不能过负荷，公共绕组负荷最大为75MVA。串联绕组负荷为串联绕组负荷为由由得得低压绕组负荷为低压绕组负荷为即低即低压侧压侧的的发电发电机机还还可以向可以向110kV系系统传输统传输的功率的功率为为3
48、7.5MVA。自耦自耦变压变压器的器的输输出功率达不到其出功率达不到其额额定容量。定容量。发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-43第六节第六节 变压器的并列运行变压器的并列运行 变压器并列运行的优点变压器并列运行的优点1)提高供电可靠性：通常采用两台及以上的变压器并列运行，提高供电可靠性：通常采用两台及以上的变压器并列运行，当一台变压器因故障退出运行，其他变压器仍可继续供电。当一台变压器因故障退出运行，其他变压器仍可继续供电。2)可满足经济运行的需要：在低负荷时，可以使部分变压器退可满足经济运行的需要：在低负荷时，可以使部分变压器退出运行，以减少电能损耗。出运行
49、，以减少电能损耗。1)电压比相等；电压比相等；2)短路阻抗相等；短路阻抗相等；3)绕组连接组别相同。绕组连接组别相同。变压器的理想并列运行条件为变压器的理想并列运行条件为 1.电压比不同的变压器并列运行电压比不同的变压器并列运行设两台变压器的变比为设两台变压器的变比为发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-44两台变压器的电压比的几何均值为两台变压器的电压比的几何均值为图图9-11 9-11 两两台台变变比比不不同同的的单单相相变变压器并列运行压器并列运行如如图图9-11所示，当并列运行的所示，当并列运行的变压变压器一次器一次侧侧接接电电源，由于源，由于变压变压器的
50、器的电压电压比不相等，在二次比不相等，在二次绕组产绕组产生的生的电动势电动势不相等，故在二不相等，故在二次次绕组绕组中中产产生平衡生平衡电电流，一次流，一次绕组绕组也相也相应应的出的出现现平衡平衡电电流，近流，近似似为为发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-45二次绕组的平衡电流为二次绕组的平衡电流为采用短路电压近似计算时采用短路电压近似计算时式中式中发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统发电厂电气主系统9-46结论结论：当当变压变压器器带负带负荷运行荷运行时时，平衡，平衡电电流叠加在流叠加在负负荷荷电电流上，流上，使一台使一台变压变压器的器的负负荷增大