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华南理工大学 陈世元 第30章 变压器的动态分析 讲述内容 30.1 过电流（变压器空载投网、二次侧突然短路等） 30.2 过电压（输电线路受雷击，及合闸、拉闸等） 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * 30.1 变压器的过电流 3项内容： 一、空载投网时，一次侧的冲击电流 二、二次侧突然短路时，变压器的短路电流 三、突然短路时，绕组上的电磁力 华南理工大学 陈世元 一、空载投网时，一次侧的冲击电流 空载投网时，等效为一个LR电路，一次侧电压方程为： 投入瞬间的初相角 用饱和电感L1，则 i1=N1? /L1 ? （一阶常系数微分方程） 其解为 A 为瞬态幅值，由初值定。若铁心有剩磁Φr，则： 2008.10.1 * 其中， 为? 与U 的相位差; 为? 与的稳态幅值； ☆ 空载投入解的一般形式： ?有剩磁Φr时的解： 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * ☆ α＝－90o时，空载投入的一次侧瞬态磁通、电流波形： 图30-2 在α＝－90o下空载投入时，一次侧的瞬态励磁电流的波形 ☆ 大型变压器在投入时，常在一次侧串电阻，来减少冲击电流、加快其衰减，投入后再切除。 磁通 电流 磁化曲线 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * 二、二次侧突然短路时变压器的短路电流 ik + Xk Rk u1 解为 图30-3 突然短路时变压器的简化等效电路 同样为一个LR电路，电压方程： 其中，qk为短路阻抗角， 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * 若短路前为空载，即t=0时，i≈0，则 得短路电流： 可见，短路最不利的情况是α=90o ： 若不计瞬变分量i″ 的衰减，短路电流峰值可达稳态短路电流i′ 峰值的两倍； 若考虑瞬变分量的衰减，也可达1.2～1.8倍。 因稳态短路电流通常为额定电流的12～20倍，故突然短路电流的峰值可达额定电流的20～30倍。 三、突然短路时的电磁力 ☆ 电磁力来源：突然短路时，一、二次绕组中的大电流与漏磁场相互作用，产生与电流平方成正比的电磁力，作用在绕组上，可损坏绕组。 ☆ 径向电磁力fr：绕组电流与轴向磁场作用； ◎ 高压绕组所受的为张力，低压绕组所受的为压力； ☆ 轴向电磁力fa：电流与径向磁场作用； ◎ 高、低压绕组所受的都是压力。 图30-4 二绕组变压器的漏磁场和绕组所受电磁力 漏磁场 电磁力 压力 压力 张力 压力 低压 高压 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * 30.2 变压器的过电压 2项内容： 一、过电压现象和分析 二、变压器的过电压保护 一、过电压现象和分析 ☆ 定义： （1）操作过电压：由合闸、拉闸或短路等引起的过电压 。 （2）大气过电压：雷击输电线、带电云层在输电线上感应静电或放电等引起的过电压。 图32-4 冲击电压波 ☆ （雷击）大气过电压分析 （1）雷击的冲击波到达变压器时，相当于在变压器端点上加了一个高频电压。 * （3）阶段1：冲击刚到时，因频率很高，ωL很大，1/ωC很小，绝大部分电流将从高压绕组匝间电容Ct? 及对地电容CFe? 流过，流过绕组本身的电流接近于0： ?在雷电波冲击的初始阶段，可用仅含电容的链形电路来等效高压绕组。 图32-5 过电压时变压器的等效电路 图32-6 高压绕组的链形电容电路 （2）高频时，变压器表现为一个分布参数的RLC电路： 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * （4）阶段2：当高频效应逐步减退后，绕组电感作用显露出来，等效电路变成LC回路，将引发电磁振荡。在中点孤立时绕组的末端处、中点接地时绕组的首端附近，其对地绝缘（主绝缘）可受到比雷电波峰值U还要高的电压。 （5）阶段3：当电磁振荡衰减完毕时，绕组沿高度方向的电压将按绕组的电阻重新分布，将是一条直线。 图30-8 沿高压绕组的电压分布 中点孤立 中点接地 阶段1 阶段2 阶段3 阶段1 阶段2 阶段3 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * 二、变压器的过电压保护 a）加强绝缘； b）增大匝间电容： ＋静电环； ＋静电屏； 用（部分）纠结式线圈。 ☆ 防止绕组过电压击穿的措施： （1）变压器外部装设避雷器； （2）内部可以采用两种办法： 图30-9 电容补偿保护 2008.10.1 华南理工大学 陈世元 * end * 变压器的动态问题主要有过电流和过电压两类，过电流现象主要有变压器空载投入电网和二次侧突然短路时状态；而过电压现象则是输电线路遭受雷击时或合闸、拉闸等状态。 变压器将处于瞬变状态，瞬变状态的持续时间虽然很短，却可能损伤变压器，因此有必要研究产生过电流和过电压的原因及其预防措施。 * 当变压器二次侧开路、