單相雙繞組變壓器空負載運行特性分析

武雪崢 張玲玲 洪騰騰 李雪穎

摘 要：為研究變壓器空載和負載運行時的物理過程及參數(shù)特性，本文根據(jù)空載運行下的磁電平衡關(guān)系以及負載運行下的磁勢平衡關(guān)系，分別建立變壓器空載和負載運行下的平衡方程式，并研究由方程式所反映出來的變壓器空負載運行下的不同特性，為分析變壓器運行特性提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變壓器;空載運行;負載運行

中圖分類號：TM401文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0053-03

Abstract： In order to study the physical process and parameter characteristics of the transformer under no-load and load operation， this paper established the balance equations of the transformer under no-load and load operation according to the magnetic-electric balance relationship under no-load operation and the magnetic potential balance relationship under load operation， and studied the different characteristics of the transformer under no-load operation reflected by the equation to provide a basis for analyzing the operating characteristics of the transformer.

Keywords： transformer;no-load operation;load operation

變壓器屬于電機學范疇，是一種最簡單的電機。其基本工作原理是以磁場為媒介，通過電磁感應(yīng)理論，將一種電壓轉(zhuǎn)化成另一種同頻率電壓?；窘Y(jié)構(gòu)包括原、副邊繞組和鐵芯，按繞組和相數(shù)主要分為單相雙繞組升降壓變壓器和三相三繞組升降壓變壓器，其中單相雙繞組式為比較常用的一種。變壓器主要可以用來實現(xiàn)電力系統(tǒng)中電壓電流變換、隔離、穩(wěn)壓等功能。

變壓器是整個電力系統(tǒng)變電站里非常重要的一個環(huán)節(jié)，承擔著電能傳送、分配的任務(wù)和不同電壓等級之間承上啟下的轉(zhuǎn)換功能，是電力系統(tǒng)運行的樞紐，是變電站的重要設(shè)備，因此，變壓器的安全穩(wěn)定運行對于供電、用電的安全穩(wěn)定以及國民經(jīng)濟有較大的意義。有研究對變壓器進行優(yōu)化改造，提高了變壓器的節(jié)能性、經(jīng)濟性，降低了損耗，保證了供電安全[1];通過采集商場負荷實際運行數(shù)據(jù)，結(jié)合對變壓器的運行效率分析，確定了變壓器的最優(yōu)負荷率，較好地達到了節(jié)能效果[2];分析了變壓器在運行中存在的問題，并提出解決方案，有效地保證了變壓器正常運行，提高電力系統(tǒng)運行的安全性[3-4]。

本文主要從變壓器的空載和負載運行特性出發(fā)，通過分析變壓器空負載平衡方程式，得到變壓器空載運行時損耗和空載電流，并分析負載時二次側(cè)輸出電壓的變化，探究變壓器運行時的物理狀態(tài)，為設(shè)計變壓器、研究變壓器運行效率和經(jīng)濟性打下基礎(chǔ)。

1 變壓器空載運行

單相雙繞組變壓器空載示意圖如圖1所示，其中，變壓器一次側(cè)繞組匝數(shù)為[N1]，二次側(cè)繞組匝數(shù)為[N2]，當變壓器二次側(cè)開路，一次側(cè)加額定電壓[U1]時，其運行狀態(tài)叫變壓器空載運行[5]，圖中，[U1]為一次側(cè)額定電壓，[E1.]為一次側(cè)主電勢，[E1σ.]為一次側(cè)漏電勢，[I0]為一次側(cè)空載電流，[Φ0]為主磁通，[Φ1σ]為一次側(cè)漏磁通，[E2.]為二次側(cè)主電勢。

由式（18）可得，二次側(cè)的功率等于一次側(cè)負載后的功率減去一次側(cè)空載的功率，也就是一次側(cè)的能量經(jīng)過主磁通交鏈到了二次側(cè)。

所以，通過分析變壓器負載運行方程式，人們可以獲悉如下負載特性。由式（17）可知，當變壓器加上負載后，隨著負載電流[I2]的增加，二次側(cè)內(nèi)部的阻抗壓降[I2Z2]也會增加，使二次側(cè)輸出的電壓[U2]發(fā)生變化。另外，由于一次側(cè)電流[I1]隨[U2]增加，[I2]增加時，一次側(cè)漏阻抗上的壓降也增加，一次側(cè)電動勢[E1]和二次側(cè)電動勢[E2]會有所下降，這也會影響變壓器二次側(cè)的輸出電壓[U2]。所以，進一步研究影響變壓器二次側(cè)輸出電壓的因素具有非常重要的實際意義。

3 結(jié)論

通過變壓器空載運行時建立電壓平衡方程式，人們可以測得變壓器空載運行的基本參數(shù)及特點，分析變壓器空載運行時的空載電流和空載損耗特性，判斷變壓器的工藝設(shè)計是否滿足技術(shù)條件，為研究變壓器磁路或整體設(shè)計需要改進的地方打下基礎(chǔ)。通過分析變壓器負載運行時的磁勢平衡方程式可知，變壓器負載運行時，二次側(cè)輸出電壓會隨著二次側(cè)電流的變化而變化，由此可進一步分析變壓器負載運行效率高低以及變壓器運行的經(jīng)濟性，其具有很重要的實用意義。

參考文獻：

[1]付小偉，李偉，劉浩.電力變壓器運行維護及故障處理的分析[J].農(nóng)村電氣化，2019（3）：34-35.

[2]王從科，李娜.城市綜合體供配電設(shè)計及變壓器運行效率分析[J].建筑電氣，2019（11）：50-57.

[3]許燕妮.發(fā)電廠變壓器運行維護中的問題分析[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019（27）：164-165.

[4]張彩婷，孫赟，邵剛濤.長慶油田華慶油區(qū)變壓器節(jié)能優(yōu)化改造[J].石油石化節(jié)能，2020（1）：28-30.

[5]黃紹平.D，yn11聯(lián)結(jié)組配電變壓器運行特性的分析[J].湖南工程學院學報（自然科學版），1996（1）：10-13.

[6]黃紹平.D，yn11聯(lián)結(jié)組配電變壓器運行特性的理論分析[J].變壓器，1996（7）：12-15.

[7]于明星.基于Matlab的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模型的單相線性變壓器運行過程模擬[J].內(nèi)蒙古科技大學學報，2017（3）：255-261.

[8]沈璐璐.二次側(cè)中抽式Scott接線平衡變壓器運行特性數(shù)學模型分析[J].現(xiàn)代科學儀器，2018（2）：26-29.

[9]張懷天，荊龍，吳學智，等.電力電子變壓器自治運行控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2018（4）：89-94.

[10]沈璐璐.二次側(cè)中抽式Scott接線平衡變壓器運行特性數(shù)學模型分析[J].現(xiàn)代科學儀器，2018（2）：26-29.

[11]朱建軍.分布式光伏并網(wǎng)對配電變壓器運行特性的影響研究[J].機電工程技術(shù)，2019（7）：177-179.