变压器运行特性分析报告
变压器的经济运行分析
变压器的经济运行分析王凤杰1,张海艳2(1.呼和浩特金桥热电厂;2.呼和浩特水土保持站,内蒙古呼和浩特 010000) 摘 要:电力系统中变压器使用量大,数量多,容量大,总损耗不容忽视。
通过对变压器选取最佳运行方式使变压器电能损失最低,无需投资,即可达到节电和提高功率因数的目的。
关键词:变压器;节能;运行方式 中图分类号:T M412 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0075—02 贯彻落实华能集团公司创建“资源节约型,环境友好型”电厂的方针政策,有效的开展节能工作。
变压器是发电厂实现电能输送与分配的重要设备,在输送电能的同时也在消耗电能。
1 变压器运行方式以及损耗概述金桥热电厂每台机组各有照明、公用、化水、中水、工业废水、升压泵房、输煤、卸煤、脱硫变压器一台,各带一段母线运行。
两段母线互为备用,母线间有联络开关,手动切换。
变压器技术参数是分析变压器经济运行的基础数据,变压器有功功率损耗可以分为空载损耗和负载损耗两部分。
因此,变压器的空载空载和负载损耗的计算式是变压器经济运行的基础算式。
在工程计算中,我们设定电压大小、波形恒定,这样当某一台变压器的空载损耗P0为一定值,其负载损耗P Z 则与负荷平方成正比,即:P Z =(S /S Z )2P kn(1)式中:S —变压器的实际负荷S Z —变压器的额定容量P kn —变压器在额定电流下的短路损耗(负载损耗)这样,单台变压器的总损耗为:P =P 0+P Z =P 0+(S/S Z )2P kn (2)我们以额定容量为1250kVA 工业废水变器为例,计算该变压器一年的损耗,从设备手册中查得1250kVA 变压器的损失额定值为:P o =2kW ,P kn =10kW根据现场变压器实际运行情况,利用实际负荷的估算法,计算负荷率为21%,一台1250kVA 变压原因,将故障分为设计不合理(包括二次回路与装置原理)、反措未执行、元器件质量不良(包括产品本身质量就差与产品运行久后老化)、工作人员失误(包括错误接线、设置错误或调试不当、标识错误、验收不到位)4个方面。
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率） 变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率 一、变压器的外特性 在电源电压不变的情况下， 在电源电压不变的情况下，变压 器二次侧接入负载后， 器二次侧接入负载后，一、二次 绕组都有电流通过，必然产生一、 绕组都有电流通过，必然产生一、 二次侧的内阻抗压降， 二次侧的内阻抗压降，从而使二 次电压随负载的增减而变化。 次电压随负载的增减而变化。 二次电压随二次电流变化的特 性曲线称为变压器的外特性。 性曲线称为变压器的外特性。 利用电压变化率来表示输出额 利用电压变化率来表示输出额 电压变化率 定电流时电压的变化
cos ϕ = 0.8
（超前） 超前）
U
UN
cos ϕ = 1 cos ϕ = 0.8
（落后） 落后）
IN
I
外特性曲线
电压变化率 一般情况下， 一般情况下，外特性曲线近似一条略向下倾斜的直 且倾斜的程度与负载的功率因数有关， 线，且倾斜的程度与负载的功率因数有关，对于感性负 功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载， 载，功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载，二次电 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化 变化率 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化率，即
一定功率因数下， 一定功率因数下， η随负载电流的不同而改变
谢谢
铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗
基本铁耗： 基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗 附加铁耗： 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
铁耗可视为不变损耗。 铁耗可视为不变损耗。
铁 耗
P1 − ∑ p p Fe + p cu P2 ) × 100 % = (1 − ) × 100 % × 100 % = (1 − η = P1 P1 P2 + p Fe + p cu
变压器的运行特性
标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值,即
1、定义
2、基准值的确定
1)通常以额定值为基准值。
2)各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值； 单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；
变压器负载运行时，由于变压器内部存在电阻和漏抗，故负载电流在变压器内部产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而发生变化。 变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有关，还和负载的功率因数有关。 当纯电阻负载和感性负载时，外特性是下降的；容性负载时，外特性可能上翘。
二、电压调整率和外特性
2、电压调整率
定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值的百分数，即 电压调整率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。
反映了负载的大小。
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。
用相量图可以推导出电压变化率的表达式：
3)
标么值=
实际值
基准值
优点 缺点 额定值的标么值为1。 百分值=标么值×100% ；
（3）折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值；
单相值的标么值=三相值的标么值；
（4）某些意义不同的物理量标么值相等.
标么值没有单位，物理意义不明确。
1、变压器的外特性 当变压器电源电压 和负载功率因数 等于常数时，二次侧端压 随负载电流 的变化规律，即U2 = f(I2)曲线称为变压器的外特性曲线。
变压器的电压调整
分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调压方式称为有载调压。
变压器的基本结构和运行分析
第七章变压器的基本结构和运行分析在工农业生产及社会生活的各个方面，存在着千差万别的用电设备，不同的用电设备常常需要接在各种不同等级电压的电源上。
例如，家用电器一般接在电压为220V的电源上；三相异步电动机一般接在电压为380V的电源上；我国电力机车接在电压为25KV的接触网上。
为了供电、输电、配电的需要，就必须使用一种电气设备把发电厂内交流发电机发出的交流电压变换成不同等级的电压。
这种电气设备就是变压器。
变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一种静止的电气设备，它可以将输入的一种等级电压的交流电能变换成同频率的另一种等级电压的交流电能输出。
本章在介绍变压器基本结构和工作原理的基础上，分析变压器空载运行、负载运行的电磁关系，得出变压器的各种平衡方程、等效电路和运行特性。
并简要介绍自耦变压器和互感器的原理和作用。
第一节变压器的基本结构、分类及铭牌变压器的基本结构部件是铁心和绕组，由它们组成变压器的器身。
为了改善散热条件，大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。
为了使变压器安全可靠地运行，还设有储油柜、气体继电器和安全气道等附件，如图7-1所示。
图7-1 电力变压器外型一、变压器的基本结构变压器由铁心、绕组、油箱及附件等3大部分组成。
下面以油浸式电力变压器为例来分别介绍。
1．铁心铁心既作为变压器的磁路；又作为变压器的机械骨架。
为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗，变压器的铁心都采用厚度为0.35-0.5ｍｍ的电工钢片叠装而成。
电工钢片的两面涂有绝缘层，起绝缘作用。
大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。
电力变压器的铁心一般都采用心式结构，其铁心可分为铁心柱（有绕组的部分）和铁轭（联接两个铁心柱的部分）两部分。
绕组套装在铁心柱上，铁轭使铁心柱之间的磁路闭合，如图7-2所示。
在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时，多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，这样能减少励磁电流，但缺点是装配复杂，费工费时。
变压器的运行特性
电感性滞后
变压器外特性曲线图
Part 3 变压器的效率
由于损耗的存在，变压器在传递能量过程，致使输出功率P2 < 输入功率P1，输出功率P2与输入 功率P1的比值称为效率η
损耗
铁损耗 铜损耗
磁滞损耗 由铁心磁阻所产生的的损耗，硅钢片能减少这种损耗 取决于铁心的磁通大小和交变频率，铁心采用片状结
涡流损耗 构叠加可减少这种损耗
变压器的电压变化率 变压器的外特性 变压器的效率
知识内容
课外拓展 测取实训室变压器的负载特性
产业信息
电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主 变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全 运行。要不断提高主变压器的运行、维护、检修 水平。
本节内容 到此结束
基本铜损 一次、二次绕组内直流电阻所引起 的直流电阻损耗 由集肤效应和邻近效应使绕组有效电阻变大所增加的
附加铜损 损耗
Part 3 变压器的效率
PFE
变压器损耗
PCU
铁损耗（不变损耗）
铁损耗用PFE表示，其 与外加电压大小有关， 而与负载大小基本无关 ，故也称为不变损耗。
铜损耗（可变损耗）
铜损耗用PCU表示，其 大小与负载电流平方成 正比，故也称为可变损 耗。
电机与电气控制技术
Part 1 变压器的运行特性
外特性
运行特性
效率 特性
主要指标：电压变化率、效率
Part 2 电压变化率
变压器一次绕组加额定电压，负载的功率因数一定，空载与额定负载时 二次侧端电压之差（U2N -U2）与额定电压U2N的比值，用ΔU%表示
• 空载时，U20=U2N • 负载时，U2随负载的变化而变化 变化率 电压变化率ΔU%与变压器内阻抗大小、负载电流及负载类型有关，反映了变压器 输出电压的稳定性及电能的质量。
20(10)KV双电压变压器特性参数分析
U102 R0＋ΔR
，P10″=
U102 R0-ΔR
平均损耗为：
P10=
1 2
×（ U102 R0＋ΔR
transformer
高压绕组 10kV 时， 高压绕组 1 和高压绕组 2
并联，则：
R10=
R0 2
，
I10=2I0
高压绕组 20kV 时， 高压绕组 1 和高压绕组 2
串联，则：
R20=2R0， I20=I0
（注：上式中下标 10 表示 10kV 电压 时 参 数 ，下 标 20 表
示 20kV 电压时参数，下标 0 表示无误差时单个绕组的值，下
P20 =98.04% P10
即 P20=0.98P10
则： Ur20=0.98Ur10
（10）
Ux10=Ux20
（11）
假设 Ux=kUr，k 为系数，则：
Ux10=k10Ur10，Ux20=k20Ur20
由式（10）和式（11）可得，k10=0.98k20。
物理变压器总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言变压器作为一种重要的电力设备，广泛应用于电力系统、工业生产和日常生活中。
它能够将高压电能转换为低压电能，或将低压电能转换为高压电能，以满足不同场合的用电需求。
本文将对物理变压器的工作原理、分类、结构、性能和应用等方面进行总结报告。
二、变压器工作原理变压器的基本工作原理是电磁感应。
当交流电流通过变压器的原线圈时，在原线圈周围产生交变磁场，这个交变磁场在变压器的副线圈中感应出电动势。
由于原线圈和副线圈的匝数不同，因此副线圈的电动势与原线圈的电动势成比例。
变压器通过电磁感应实现电能的传输和转换。
三、变压器分类1. 按变压器用途分类（1）电力变压器：用于电力系统中的电压变换和传输。
（2）工业变压器：用于工业生产中的电压变换和电源供应。
（3）特种变压器：用于特殊场合，如电炉变压器、中频变压器等。
2. 按变压器结构分类（1）油浸式变压器：变压器线圈和铁芯浸在绝缘油中，具有良好的绝缘性能和散热效果。
（2）干式变压器：变压器线圈和铁芯不浸在绝缘油中，适用于防火、防爆等特殊场合。
（3）气体绝缘变压器：变压器线圈和铁芯被绝缘气体（如SF6）包围，具有更高的绝缘性能和可靠性。
3. 按变压器相数分类（1）单相变压器：用于单相交流电路。
（2）三相变压器：用于三相交流电路。
四、变压器结构1. 线圈：变压器线圈由绝缘导线绕制而成，分为原线圈和副线圈。
原线圈连接电源，副线圈连接负载。
2. 铁芯：变压器铁芯由硅钢片叠压而成，用于形成交变磁场，提高变压器的效率。
3. 绝缘油：油浸式变压器中的绝缘油具有绝缘、散热、防潮等作用。
4. 套管：套管用于连接变压器线圈和外部电路，同时起到绝缘和保护作用。
五、变压器性能1. 变比：变比是指变压器原线圈和副线圈的匝数之比，表示变压器电压变换的比例。
2. 效率：变压器效率是指输出功率与输入功率的比值，表示变压器能量转换的效率。
3. 空载损耗：变压器在无负载情况下消耗的功率，主要由铁芯损耗和线圈损耗组成。
实验二 单相变压器运行特性的研究
实验二单相变压器运行特性的研究一、任务目标1、测定单相变压器的空载特性、短路特性。
2、测定单相变压器变比和参数。
2、测定单相变压器的运行特性。
三、实训过程1、单相变压器空载试验的接线及测取空载试验数据4-5单相变压器空载试验接线图按图4-5接线。
图中单相变压器选用MEC11，其额定值P N=77V·A，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A，变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路；交流电压表V1、V2选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；功率、功率因数W选用MEC24。
（1）检查按图4-5的接线是否正确，交流电压、电流表、单相功率表及变压器的接法是否正确。
确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐渐升高交流输出电压（用V1表观察），使交流输出电压U O=1.2U N。
（3）从U O=1.2U N开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低交流电源输出电压U O，直至降至U O=0.2U N，在1.2U N～0.2U N的范围内，测取变压器的空载电压U0、空载电流I0、空载功率P0、功率因数cosφ0（按下MEC24的“功能”键，显示单元显示cos时，按下“确认”键即可读取电动机M的当前功率因数，返回功率测试状态时只需按下“复位”键即可）及高压绕组AX端电压U AX，共测取数据7-9组。
记录于表4-3中，其中U O=U N点必须测，并在该点附近多测几点。
（4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
2、单相变压器短路试验的接线及测取短路试验数据图4-6 单相变压器短路试验接线图按图4-6接线。
图中单相变压器选用MEC11，变压器的高压线圈A、X接电源，低压线圈a、x短路；交流电压表V1选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；功率、功率因数W选用MEC24。
变压器的运行特征
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
变压器参数测定及运行特性
变压器参数测定及运行特性变压器是电力系统中最常见的设备之一、它们用于变换电压和电流，以便在输电和配电系统中传递电能。
为了保证变压器的正确运行和高效性能，需要对其参数进行测定，并了解其运行特性。
变压器的参数包括额定功率、额定电压、短路阻抗和效率等。
额定功率是变压器能够稳定输出的电功率，一般以千瓦为单位；额定电压是指变压器的额定输入电压和输出电压，通常以伏特为单位。
短路阻抗是指变压器在短路状态下产生的电阻，它决定了变压器的能耗和发热量。
效率是指变压器输入和输出功率的比值，用来衡量变压器的能量转换效率。
变压器参数的测定可以通过实际测试和计算两种方法进行。
实际测试包括测量并记录变压器的额定功率、额定电压和短路阻抗等数值，并根据相关标准进行计算和分析。
计算方法可以使用变压器的等效电路图，根据其参数进行计算，包括基本电路参数、变压器的等效电阻和自感等。
变压器的运行特性是指变压器在不同工作状态下的性能表现。
主要包括负载特性、温升特性和电压调整特性等。
负载特性是指变压器在不同负载下输出电压的变化情况，通常以电压-电流曲线表示。
温升特性是指变压器在长时间运行过程中的温升情况，可以通过测量变压器的温度来评估。
电压调整特性是指变压器在负载变化时输出电压的稳定性，它通常用电压调整率表示，即单位电压变化时的输出电压变化。
为了保证变压器的正常运行和长寿命，需要对其运行特性进行监测和调整。
当变压器的负载发生变化时，应调整调压器或负载以确保输出电压的稳定性。
如果变压器的温升超过设计标准，需要采取措施降低负载或增加散热装置来散热。
此外，定期检查变压器的绝缘性能和湿度等环境因素也很重要。
总之，变压器的参数测定和运行特性的了解对于电力系统的正常运行至关重要。
只有通过科学的测量和监测，才能保证变压器的安全性、稳定性和高效性能。
关于配电变压器经济运行的分析
关于城市配电房轻载配变经济运行分析为进一步挖掘降损空间，提升线损精益化管控水平，现对城地区1域内配电变压器运行状态进行分析。
城地区1域范围内尤其是新建小区等区域，由于土地空间有限，多采用配电房内安装变压器方式。
配电房中常见的为干式变压器，当变压器轻载时，可采用“一拖二”方式将两台轻载变压器负荷转移到一台变压器，从而降低损耗水平。
选取地区1、地区2、地区3和地区4四家单位的配电房内配变进行分析。
一、基本概况配电变压器的分类从绝缘材料上分干式或油浸式两种。
一般来说，箱变内变压器一般采用干变及在综合建筑内（地下室、楼层中、楼顶等）和人员密集场所需使用干变，干式变压器体积小、无油、消防安全级别高，但是造价高；油变采用在独立的变电场所，如变电站内或sh者户外临时用电，油变容量范围大、适用环境广泛、造价低。
配电室在一般情况下均为独立场所建设，一般配置双路电源、两台或者两台以上配电变压器，单台配变容量不超过800kVA。
选取地区1、地区2、地区3和地区4公用配电变压器进行分析，四家单位公用配变合计42693台，其中配电房中安装的变压器21045台，即城地区1域内以配电房内安装变压器方式较多。
根据《城市配电网运行水平和供电能力评估导则》（Q/GDW565—2010）规定，轻载配变是指年最大负载率小于等于20％的配变。
对四家单位2019年配电变压器的最大负载率情况进行分析，最大负载率在20%以下的轻载配电变压器12646台，占比60.1%。
其中年最大负载率在10%以下的变压器5845台，占比27.77%。
说明重庆公司配电房内配变的负载率不高，具备采用“一拖二”或“一拖多”方式进行节能降损的空间，对变压器经济运行状况进行分析具有一定的节能价值。
在配电房安装的变压器中，对其安装容量进行统计分析，容量以630kVA和800kVA的为主，分别占比36.01%和46.75%。
其余容量变压器包括315kVA、400kVA、500kVA、1000kVA等。
三相变压器参数测定及运行特性
三．实验项目
1. 测定三相变压器的电压比K。 2. 由空载实验测定三相变压器的空载特性。 3. 由短路实验测定三相变压器的短路特性。 4. 纯电阻负载实验测定三相变压器的外特性。
四．实验设备及仪器
1. T三相感应调压器 额定容量10kVA，额定输入电压380V，额定输 出电压0~430V，额定输出电流13.4A 2. T1三相变压器3kVA 380V/220V 4.54A/7.87A 3. RL三相变阻器 15/300Ω 1/8A 4. 交流电压表500V 5. 交流电流表10A 6．功率表500V 10A 7 ．万用表
中，U=UN的点必须测。测量完毕后，调压器电压调回零位，断开
电源。 T
三 相
.
.* *W
A
.a
x T1 X
A.
交
V
V
流 电
. . A .b
y. .Y
B.
源
V
. . W A .c
z
Z
C.
*
*
图1-2三相变压器空载实验线路图
注意：功率表接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错 线。并注意功率表读数的正负，不要遗漏。
UAB
Uab
KAB
UBC
Ubc
KBC
UCA
Uca
KCA
K
表中K=(KAB+KBC+KCA)/3
2．三相变压器空载实验。
(1) 按图1-2接线，调压器T接至三相变压器T1的二次绕组，变压器 一次绕组开路，将三相调压器T输出电压调至零位。
(2)闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高到U=1.2UN ，开始记录数据，逐步降低到0.5UN为止，取6组数据，每次记下空 载电压、空载电流和空载损耗功率数据，将数据记入表1-2中。其
变压器的运行特性资料
U1N
*
A
φ2
E
Δ U%的简化计算公式 用变压器的简化等效电路 得简化相量图 其中U1N*=1，I1*=I2*=β
F B
I1 jxk
*
*
φ2
D
（β -U2* 称为变压器的负载系数）， 电阻压将 I1*Rk*=β Rk* ，电 I1*=－I2* φ2 抗压将 I1*xk*=β xk* 由简化相量图得 * CD DE BC cos 2 AB sin 2 U1*N U 2
η
1.0 0.8 0.6 0.4
ηmax
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
β
讨
论
变压器效率最高点，出现在什么地方？
2 p pkN 0 在公式 (1 ) 100% 2 S N cos 2 p0 pkN d 中，取导数η对β的导数，并令 0 d
可计算出最高效率ηmax时的负载系数βm
例题 一台三相电力变压器，已知Rk*＝0.024，xk*＝ 0.0504。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率 Δ U％：
（1）cosφ 2＝0.8（滞后）
（2）cosφ 2＝1.0（纯电阻负载） （3）cosφ 2＝0.8（超前） 分析：额定负载时，β ＝1；在已知 Rk* ，xk*和cosφ 2时, 可以通过公式
原边铜耗:pCu1=mI12R1 铁耗:pFe=mI02Rm
1
电磁功率:PM=mE2I2cosφ
副边铜耗:pCu2=mI22R2
2
P1
PM
P2
输出功率:P2=mU2I2cosφ
2
PCu1
PFe
变压器的经济运行分析
变压器的经济运行分析引言变压器是电力系统不可缺少的重要组件，用于将输电线路中高电压电能转化为用于供电的低电压电能。
在电力系统中，变压器占据着重要的地位。
为了确保变压器的正常运行，减少损耗和维护成本，需要进行经济运行分析。
变压器的经济运行原理变压器的经济运行是指在稳定的负荷下运行变压器，使其达到最佳效益，同时保证其运行的安全性、可靠性和稳定性，从而实现变压器的经济和社会效益最大化。
变压器的功率损耗主要包括铁损和铜损。
铁损是由于变压器的铁芯在磁通变化过程中所吸收的能量导致的。
铜损是由于变压器线圈中通电时产生的电流而导致的。
在变压器的日常使用中，铜损主要取决于变压器的负荷率和电压等级。
而铁损则主要受变压器的磁通密度影响。
影响因素1.负荷率负荷率是变压器经济运行的重要因素。
负荷率过低会导致铜损增加，过高则可能导致铁损过大。
当负荷率不断变化时，发生在变压器内部的温度变化也会显著影响变压器的效率和正常运行。
2.电压等级电压等级是变压器额定容量和负载特性的主要影响因素之一。
当变压器的额定容量和负载特性与负载条件不匹配时，铜损和铁损将造成电能损耗增加。
3.变压器类型变压器类型也是影响变压器经济运行的一个关键因素。
根据变压器的类型不同，其铁损和铜损损耗量也会有所不同。
经济运行分析变压器的经济运行分析的主要目的是实现变压器的最佳负荷率，从而达到最佳效益。
首先，需要了解变压器的负载历史数据，这将提供一个基础信息需要.其次，需要实际运行测试，收集和分析数据变压器的运行表现，包括变压器的铜损、铁损、充电电流、相数电流、温度和压力等参数。
这些数据将为后期的分析和决策提供可靠的基础。
最后，通过对数据进行统计和分析，得出变压器的负荷率、有效工作时间以及更改运行模式的影响，从而为经济运行提供明确的建议和方案。
案例分析为了更好地说明变压器经济运行的原理和方法，我们将看看一个实际案例一家工厂近期投入使用一台容量为 1000kVA 的变压器，其额定电压等级为10kV/0.4kV，铜损 4kW，铁损 1.5kW。
变压器的运行特性
i1 N1
e1
i2
e2
N2 u2
u1
L2
ZL
变压器的运行特性
i0 1
L1
i2=0
e2
N2 u2 ZL
u1
L2
N1
e1
因为是空载运行，二次绕组开路，所以电流i2=0。 电流i1是产生磁通Φ的全部原因。此时称为空载电流i0 因为i0只用于产生主磁通，所以原绕组是一个纯电感电 0 路。 i0滞后u190 ，电动势e1与u1反相。e1与e2同相 · U1
变压器的运行特性
五、变压器的空载运行相量图
为了直观的表示各物理量之间的大小关系和相位关系，
可在一张相量图中将各个物理量用相量的形式表示出来，称 为变压器的相量图。
变压器的运行特性
E1 j 4.44 fN1 m
E 2 j 4.44 fN 2 m
U 20 E 2
系为：I1=I2/k
变压器的运行特性
二次绕组接上负载ZL ,流过负载电流 I 2 ，而 F2 除了与 一次绕组磁通势共同建立主磁通外，还有一小部分漏磁通 2
只与二次绕组交链，在二次绕组中产生相应的漏磁电动势 E 2 。
E 2 j I 2 L2 j I 2 X 2
* U2
cos(2 ) 0.8
1.0
cos2 1
cos 2 0.8
* I2 ( )
0
1.0
变压器的运行特性
在纯电阻负载时，电压变化较小；而在容性负载时， 外特性是上翘的，端电压可能出现随负载电流的增加反而 上升，说明容性电流有助磁作用，使U2上升；而感性电流 有去磁作用，使U2下降。 这也说明了二次侧功率因数对
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课程设计名称：电机与拖动课程设计题目：变压器运行特性分析计算专业：班级：姓名：学号：课程设计成绩评定表变压器在我们的生活中无处不在，为了适应不同的使用目的和工作条件，现实生活中有很多种类型的变压器，常用的变压器有：电力变压器、特殊用途的电源变压器、测量用变压器、控制变压器，且这些类型的变压器在结构和性能上的差别也很大。
虽然这些变压器有所不同，但是它们的基本原理是相同的。
本设计通过对变压器的变换关系即电压变换、电流变换、阻抗变换，分析研究出变压器运行时的基本方程式，并通过相应的折算得出变压器的等值电路，从而完成对变压器空载，变压器负载运行，变压器空载合闸，变压器副边突然短路时的分析与计算。
为了简化计算、减少计算量，本设计在相应的计算上使用MATLAB软件进行辅助。
通过本设计的研究计算能对变压器的分析和计算方法有初步的了解，对变压器出现空载、负载运行、空载合闸、副边突然短路时的电压、电流变化有准确的认识。
关键词：变压器；基本方程式；折算；等值电路；MATLAB计算1 变压器结构及其组成部分 (1)1.1变压器的基本结构 (1)1.1.1铁芯 (1)1.1.2绕组 (1)1.1.3油箱和冷却装置 (2)1.1.4绝缘套管 (2)1.1.5其他构件 (2)1.2变压器的额定值 (2)2变压器的变换关系 (4)2.1电压变换 (4)2.2电流变换 (4)2.3阻抗变换 (5)3变压器等值电路及其折算关系 (6)4变压器空载时的分析与计算 (8)5变压器负载运行时的分析与计算 (9)6变压器副边突然短路时分析计算 (10)7结论 (11)8心得体会 (12)参考文献 (13)1 变压器结构及其组成部分1.1 变压器的基本结构电力变压器主要由铁芯、绕组、变压器油、油箱、绝缘套管组成组成。
铁芯和绕组是变压器的主要部分，二者装配到一起称为变压器的器身。
图1-1为油浸式变压部结构示意图。
图1-1 油浸式变压部结构示意图1.1.1 铁芯铁芯是变压器的主磁路，又是变压器器身的骨架。
铁芯由铁芯柱、铁轭和夹件组成。
变压器铁芯可以分为心式铁芯和壳式铁芯两大类，为了提高磁路的导磁性能和降低铁芯的磁滞及涡流损耗，铁芯通常用厚0.35mm或0.5mm且表面涂有绝缘漆的硅钢片叠制而成。
为了保证良好的导磁性能，减少励磁电流，通常是把铁芯柱和铁轭的硅钢片一层层的交错重叠。
1.1.2 绕组绕组是变压器的电路部分，通常是用包有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成。
根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方式的不同，变压器绕组可以分为同芯式和交叠式两种。
通信式的高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上。
交叠式绕组交替套在铁芯柱上。
这种绕组高、低压之间的间隙较多，绝缘比较复杂，但是漏电抗小，引线方便，机械强度好，主要用在电炉和电焊等特种变压器中。
如图1-2。
1.1.3 油箱和冷却装置油浸式变压器的器身放置在充满变压器油的油箱。
变压器油是从石油中分馏出来的一种矿物油，起绝缘和冷却的作用。
油箱的结构与变压器的容量有关。
变压器的容量越大，发热问题就越严重。
1.1.4 绝缘套管变压器的引线从油箱穿过油箱盖时，必须进过绝缘套管，以使带电的引线和接地的油箱绝缘。
绝缘套管由中心套杆和瓷套俩部分组成。
导杆下端经过分接开关与绕组端子连接，上端与外电路连接。
图1-2 电力变压器绝缘套管1.1.5 其他构件电力变压器除了上述几种基本结构外，还有储油柜、气体继电器、分接开关、测温装置、安全气道、油表等。
1.2 变压器的额定值额定电压U 1N /U 2N （kV 或V ）。
指变压器长期运行时的所能承受的额定电压。
一次侧的额定电压U 1N 是指规定加到原绕组的电压；二次侧的额定电压U 2N 是指当原绕组上加额定电压时，副边绕组空载时的开路电压。
对于三相变压器指的均是线电压。
额定电流I 1N /I 2N （kA 或A ）。
指变压器在额订容量下，各绕组长期运行时允许通过的电流。
额定容量S N （KV A 或V A ）。
它是变压器在额定工作条件下输出能力的保证值，是变压器的视在功率。
单相变压器的额定容量为1122N N NN NS U IU I ==三相变压器的额定容量为1N 1N 2N 2N I I N S额定频率f N 。
我国规定标准的工业用电频率为50Hz 。
2变压器的变换关系变压器是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。
变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图2-1所示。
一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。
当交流变压器U 1加到一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中产生感应电动势。
这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交流I 2流出，负载端电压即为U 2。
原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。
原绕组匝数为N 1，副绕组匝数为N 2。
图2-1 变压器工作原理图2.1 电压变换111m E =j4.44N f φ （2.1.1） 221m E =j4.44N f φ （2.1.2）111m 1221m2E 4.44N f N E 4.44N f N k==φφ＝（2.1.3）在忽略1z 和2z 的情况下，11U E ≈，22U E ≈，故变压器的变比还可以近似地认为等于变压器一、二次绕组的电压比，即1122E U E U k=≈ （2.1.4）只要适当选择一二次绕组的匝数比，就可以把一次绕组的电压变换到所需的二次绕组电压。
2.2 电流变换当外加电压1U 和其频率1f 一定时，主磁通基本保持不变，因此有变压器负载运行时的磁势平衡方程式：1122m 1I N I N =I N （2.1.5）通过相应的化简和等效可得一、二次电流有效值之比为1221I N 1I N k ==（2.1.6）这就是变压器实现电流变换的原理。
2.3 阻抗变换变压器除了具有电压和电流的变换作用之外，还有阻抗的变换作用。
121212122122U U N /N N U 22I I N /N N I ===k L z （） （2.1.7） 由此可见，负载经过变压器后，其阻抗模相对于电源而言增加了绕组你匝比的平方倍。
3 变压器等值电路及其折算关系通过计算可以得出变压器的二次侧折算到一次侧后二次侧参数会发生改变，折算后二次侧的阻抗为原来的k 方倍，二次侧的感应电动势为原来的k 倍，二次侧负载上的电压为原来的k ，二次侧电流变为原来的1/k 倍。
并且可以得到图3-1变压器的“T”形等值电路。
图3-1 变压器的“T”形等值电路在实际应用中励磁电流很小，因此在一次绕组阻抗上产生的压降很小，故可以忽略，这样便可以将“T”形等值电路中的励磁支路从中间移出来，并联在电压源的端点上形成“Γ”形等值电路。
11x 1U 12I I '=-2'mr m x m I图3-2 变压器的Γ形等值电路变压器负载运行时I 1>>I m ，可以把励磁电流忽略不计，于是将励磁支路去掉就可以得到简化等值电路。
1U 12I I '=-2'kx k r图3-3 变压器的简化等值电路12k r r r '=+12k x x x '=+12k k k z z z r jx '=+=+其中为短路电阻；X k 为短路电抗；Z k 为短路阻抗。
由此可见使用等值电路来计算单相变压器的参数带来了很大的方便。
4 变压器空载时的分析与计算当在变压器一次侧加额定电压380V 时，二次侧开路，即Z L 为无穷大，根据变压器的“T”形等效电路，可得此时电路的方程式：·20I A = ···212U =E E =--····m 121I =I I =I +···11m m m m =I *z =I r jx E --（+）·····11111111U =(r jx )E I z E I -+=-++ 通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值：·1=379.72j0.14395V E --··12U ==379.72j0.14395A E -+··1m I =I =0.1179j 1.2135A - 通过计算可得，当二次侧开路时，二次侧电压几乎等于一次侧电压，励磁电流即为一次侧的电流，且励磁电流也很小，几乎为0。
5 变压器负载运行时的分析与计算由于U 1N /U 2N =380V/220V ，所以可以算出该电压器的变比k=1.727。
将二次侧的数值折算到一次侧时，电压、电流、阻抗的变换关系： '2k L L z z =；'222k z z ='22U =kU ； '122k I =I其中：L z =4+3j ；2z =0.+0.055j给变压器两侧加上380V 电压，让变压器带负载运行时，且负载阻值Z L =4+3j 时，根据变压器的“T”形等效电路，可以得出下列方程式：···1111U =I z E -+'''···'2222U E I z =- '···12I I I m =-'··12E E =··1E I m m z =- '''··22U I z L = 其中：U 1=380V通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值：·41E =380 4.5269*10j ---1I =0.0070.0143j -m I =0.1175 1.2144j -'2I =0.1105 1.2002j -'2380.20.1067U j =-+ 通过上述具体值可以得出，该变压器在额定输入电压下带负载Z L =4+3j 时，一次侧电流较小，且负载上的实际电压方向与假定的方向相反，实际电流方向与假定的电流方向相同，励磁电流等于一次侧和二次侧的电流之和。
6 变压器副边突然短路时分析与计算在第五小节中已经算出了电压器的的变比k=1.727，并且二次侧折算到一次侧后阻抗、电流、电压的变换关系都有了详细的介绍。
当变压器带负载运行时，变压器副变突然短路时，即Z L ’=0，根据“T”形等效电路可以得出下列方程式：···1111U =I z E -+''··'222E I z ='···12I I I m =-'··12E E =··1E I m m z =- 其中：U 1=380V通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值：0.3413 3.5681m I j =-+13076.74843.7I j =-2130774847.2m I I I j =-=-+11116.3 1.2442E j =-通过上述计算可得知：变压器在正常带负载运行时，若副变突然短路，则该变压器的励磁电流会略微减小，但是会瞬间产生一个很大的一次侧电流，从而产生很大的感应电动势，二次侧也会瞬间有一个较大的与参考方向相反的电流产生。