专题十二 三相变压器的并联运行（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题十二 三相变压器的并联运行 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 明确并联运行的四大核心优势 ——①供电可靠性高；②负载分配灵活。 牢记短路阻抗的标幺值必须相等（或接近）（确保负载时各变压器按容量比例分配负载，避免某台过载）。 结合实际场景理解优越性的应用价值，例如：工厂配电系统采用多台变压器并联，可根据生产负荷（白天高、夜间低）调整投入台数，降低能耗。 考纲解读—考试要求 能理解条件规定的因果逻辑：可通过 “流程图” 形式梳理 “不满足条件→直接后果→最终故障” 的关系。 准确表述各条件的具体内容，避免条件表述模糊或遗漏，能准确表述并联运行的三大必须条件，且明确条件细节。 能准确阐述变压器并联运行的四大优越性：明确 “供电可靠性高”（故障不停电）、“负载分配灵活”（按需投切降损耗）。 4 考纲解读—易考题型 条件规定原因的推导，需梳理 “联结组不同→相位差→环流→绕组过热”“电压比不等→电压差→空载环流→损耗增大”“标幺值不等→负载按反比分配→某台过载” 的因果链。 实际分析题 并联必须条件的判断，明确 “联结组标号一致（绝对条件，防相位差与环流）、电压比相等（绝对条件，防电压差与空载环流）、短路阻抗标幺值相等（理想条件，防负载不均）”。 填空题 并联优越性的辨析，需掌握 “供电可靠（故障不停电）、负载灵活（按需投切）、扩容便捷（新增无需换设备）、效率高（轻载减台降损耗）” 四大特性，能结合场景举例。 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 在发电厂和变电站中,常采用两台或多台变压器并联运行方式。即将它们的一次绕组和二次绕组分别接到公共母线上,再将一次绕组母线接到电源上,二次绕组母线接到输出的电源线上,如图 2-21 所示。 一、变压器并联运行的优越性 知识点梳理和重点概念复习 变压器并联运行有很多优越性,主要有以下两点: (1)保证供电的可靠性 当某一台变压器发生故障或需要检修时,可以将它进行解列,即切断电源停止运行。将备用的变压器并列,参加运行,以便对用户连续供电,保证供电质量。 一、变压器并联运行的优越性 知识点梳理和重点概念复习 (2)能提高运行的经济性 根据负载在较长时间内的周期变化,调整并联运行变压器的台数,以提高变压器的运行效率。 在总容量相同的情况下,变压器并联运行的台数太多也是不经济的。一台大容量变压器的造价、基建投资、占地面积等都比多台的少。当然也要考虑生产的发展,负载是否一开始就能满足大容量变压器的要求,如果不满足,可以并联运行,随着负载的增加,相应增加并联变压器的台数。 一、变压器并联运行的优越性 知识点梳理和重点概念复习 为了达到变压器安全可靠地并联运行,必须满足以下三个条件: (1)并联运行变压器的一次、二次绕组的额定电压分别相等,同时变比K相等。(2)并联运行变压器的短路电压 U 相等。 (3)并联运行变压器的联结组别必须相同。 二、变压器并联运行必须满足的条件 上述三个条件中,变比允许有微小的差别,实用中变压器变比差值一般不应超过±0.5%~1%。短路电压也不是太严格,可以有较小的差别,短路电压一般不得超过+10%。联结组别必须保证相同。如果联结组别不同的变压器的一次绕组接到同一电源上,其二次绕组的线电压相位不同,在变压器内部就要造成较大的环流,可使变压器绕组烧坏。因此,联结组别不同的变压器是绝对不能并联运行的。 知识点梳理和重点概念复习 现在以单相变压器为例,说明变比不等和短路电压不等时并联运行的危害 1.变压器的变比不等时的并联运行 两台单相变压器容量相同,联结组别相同,但变比不等。将两台变压器一次绕组并联后接人同一电源,二次绕组也作并联。变比不等的变压器并联运行示意图如图 2-22 所示。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 (1)平衡电流的形成 从运行图中可以看出,由于两变压器一次绕组接人同一电源,两个一次绕组电压相等,均为u1,若变比相等,K1=K2,则二次绕组电压应相等且等于u2。并联后同样也应该等于u2。但如果变比不等,两台变压器二次绕组的电动势有些差别,若K1略大于K2,则K22>K21,两电动势差值E=K22-K21,会在两二次绕组之间形成环流Ic。这个电流称为平衡电流。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 平衡电流的大小同电动势的差值 E 和二次绕组内阻抗 Z21、Z22,有关,其大小可用下面公式计算 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 (2)平衡电流的危害 平衡电流对变压器的并联运行是不利的,甚至是有危害的。变压器空载时,平衡电流!通过二次绕组电阻,增大了空载损耗。平衡电流越大,空载损耗越大,这是危害之一。当变压器有负载时,由于存在平衡电流,二次绕组电动势高的(即变比小的)那一台变压器输出电流增大,另一台变压器输出电流减小,若负载电流达到两台额定值之和,就使前者的输出电流超过其额定值而过载,后者则输出电流小于其额定值而处于低负载运行,这是危害之二。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 平衡电流不通过负载,只在两个二次绕组内流通。它不是负载电流,但它占用了变压器的容量,增加了变压器的损耗。为了不使前者输出电流超过额定值,就得降低总负载,结果就使另一台变压器输出电流更小,使设备得不到充分利用。变比不同,并联运行时将产生平衡电流(也称环流),占用变压器容量,影响变压器功率输出,因此,对平衡电流应加以严格限制。 三、变压器并联运行条件规定的原因 为了提高变压器并联运行的效率,通常规定空载环流不超过额定电流的 10%,变比差值的绝对值不应大于 1%,有关变压器标准中,这个差值不得超过 0.5%。计算公式为 知识点梳理和重点概念复习 2.变压器短路电压不等时的并联运行 (1)短路电压不等时变压器的外特性 两台单相变压器容量相同,联结组别相同,变比相等,但短路电压有些差别,即 UK1>UK2。这样两台变压器并联运行会出现什么结果呢?由变压器的短路测试可知,两台变压器的短路阻抗ZK1>ZK2。两台变压器一次绕组接于同一电源电压下,两台变压器的二次侧空载电压U201、U202是相等的。在变压器负载运行时,由于短路阻抗不等,外特性就不同。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 在额定电流时,短路阻抗大的变压器输出电压较低,短路阻抗小的变压器输出电压较高,如图 2-24 所示。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 (2)变压器绕组内环流的产生 在两台变压器都输出额定电流且并联时,这两台变压器的输出电压不等,这两个输出的外特性电压的差值 U=U22-U21,也会在两绕组内产生环流。短路阻抗大的输出电压低,短路阻抗小的输出电压高,即 U22>U21,环流的结果使短路阻抗大的输出电流减小,短路阻抗小的输出电流增大。这样就影响两台变压器对负载电流的分配。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 实际上,当两台变压器并联后,它们具有相同的输出电压 U,和相同的电压降,其等效电路如图 2-25 所示。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 当变压器并联运行时,负载电流的分配与各变压器的短路阻抗成反比。也就是说,短路电压大的输出电流小,短路电压小的输出电流大,如图 2-26 所示。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 (3)并联变压器负载的分配 如上所述,当短路电压大的变压器满载时,短路电压小的变压器就要过载。反之,短路电压小的变压器满载时,短路电压大的变压器就处于轻载。变压器过载运行是不允许的,轻载运行是不经济的。因此,规定了并联运行的变压器的短路电压差值不得超过 10%。 容量不同的变压器,一般具有不同的短路电压,容量差别越大,短路电压的差别也越大。因此,我国规定并联运行的变压器最大容量与最小容量的比例不能超过3:1。 三、变压器并联运行条件规定的原因 知识点梳理和重点概念复习 3.三相变压器并联运行的步骤 三相变压器的并联运行,除满足变比相等,短路电压相等的条件外,还要求并联运行的变压有相同的联结组别和相同的相序接法,最好具有相同的容量 三、变压器并联运行条件规定的原因 (1)两台Y,yn0 联结组的并联 两台 Y,yn0 联结组变压器并联时,可先按相同相序接好一次绕组,而二次绕组只接中性点然后用电压表分别测量二次绕组出线端的三组同相端子。即测 ul-u1'、v1-v1'、w1-w1'的电压如图 2-27 所示。 知识点梳理和重点概念复习 三、变压器并联运行条件规定的原因 (2)两台Y,d11 联结组的并联 图 2-28 为两台变压器Y,d1l联结组并联示意图。首先将一次绕组按相同相序接好,再将u1 和 u1'用导线连接,然后用电压表测量其他两组端点之间的电压值,即 v1-v1',w1-w1',电压表的读数若是0或极小,说明接线正确,出线端标号也正确,可以将其并联。 对于维修后的变压器,特别要注意其联结组别。联结组别不同的变压器是不能并联运行的。 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：并联运行的优越性包括供电可靠（故障不停电）、负载灵活（按需投切）、扩容便捷、效率高（轻载减损耗），绝缘成本与绕组结构相关，与并联无关，故 C 错误。 1.下列不属于三相变压器并联运行优越性的是（ ） A. 供电可靠性高 B. 负载分配灵活 C. 绕组绝缘成本低 D. 运行效率高 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：“故障不停电” 是供电可靠性高的核心表现，A、C、D 均不对应 “故障仍供电” 的特性，故 B 正确。 2.变压器并联运行时，某台变压器突发故障停机，其他变压器仍能继续供电，这体现了并联运行的（ ） A. 负载分配灵活 B. 供电可靠性高 C. 运行效率高 D. 扩容便捷 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：按需投切变压器可减少轻载时的空载损耗，提升运行效率，D “负载分配灵活” 侧重负载在多台间分配，而非投切台数，故 C 正确。 3.工厂白天负载高、夜间负载低，采用多台变压器并联可通过 “白天投多台、夜间投少台” 降低损耗，这体现了并联运行的（ ） A. 扩容便捷 B. 供电可靠性高 C. 运行效率高 D. 负载分配灵活 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：新增变压器无需改造原有设备，直接并联即可扩容，符合 “扩容便捷” 的特性，A、C、D 均不对应 “新增设备便捷”，故 B 正确。 4.某居民区原有 1 台变压器，随着居民用电需求增加，新增 1 台变压器与原有设备并联，无需更换原有配电系统，这体现了并联运行的（ ） A. 供电可靠性高 B. 扩容便捷 C. 运行效率高 D. 负载分配灵活 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：轻载时单台变压器仍需承担空载损耗，并联可切除部分变压器，减少空载损耗总和，A、C、D 与轻载时的核心优势无关，故 B 正确。 5.变压器并联运行相比单台变压器运行，在轻载时的优势是（ ） A. 线电压更高 B. 可切除部分变压器，降低空载损耗 C. 绕组电流更小 D. 绝缘寿命更长 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：A 体现效率高，C 体现扩容便捷，D 体现负载分配灵活，B “故障仍供电” 直接体现可靠性，故 B 正确。 6.下列场景中，最能体现变压器并联运行 “供电可靠性高” 的是（ ） A. 工厂白天投 2 台、夜间投 1 台变压器 B. 居民区 2 台变压器并联，1 台故障时另 1 台继续供电 C. 商场新增变压器与原有设备并联，提升总容量 D. 车间多台变压器分担负载，避免单台过载 29 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：“负载在多台间分配” 是 “负载分配灵活” 的核心，B、C、D 均不对应负载分配特性，故 A 正确。 7.变压器并联运行时，负载可在多台设备间按容量比例分配，避免单台过载，这体现了（ ） A. 负载分配灵活 B. 供电可靠性高 C. 运行效率高 D. 扩容便捷 30 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：并联扩容无需更换原有设备，C 表述错误；A、B、D 均符合并联优越性，故 C 正确。 8.下列关于变压器并联运行优越性的说法，错误的是（ ） A. 可提高供电系统的可靠性 B. 可根据负载变化调整投入台数，降低损耗 C. 新增变压器需更换原有配电设备 D. 负载可在多台间分配，避免单台过载 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：供电可靠性高；扩容便捷；空载损耗 解析：并联运行通过 “故障不停电” 体现可靠性，“新增设备无需换系统” 体现扩容便捷，轻载切台可减少空载损耗（单台空载损耗固定，切台后总损耗降低），需准确对应优越性与核心机制，避免遗漏关键特性。 1.变压器并联运行的四大优越性包括：________、负载分配灵活、________和运行效率高，其中 “运行效率高” 的核心是轻载时切除部分变压器，降低________。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：供电可靠性高；运行效率高 解析：“故障仍供电” 直接对应可靠性，“按需投切降损耗” 对应效率高，需区分 “可靠性（故障备用）” 与 “效率（降损耗）” 的场景差异，避免混淆两种优越性的应用场景。 2.某居民区 2 台变压器并联，1 台故障时另一台继续供电，这体现了并联运行________的优越性；工厂根据昼夜负载差异调整投入变压器台数，主要利用了________的优越性。 33 常考习题练习与讲解—填空题 答案：联结组标号一致；电压比相等；短路阻抗标幺值相等（或接近） 解析：绝对条件是 “相位差” 和 “电压差” 的根源，不满足即故障；理想条件影响负载分配，需明确 “绝对条件→故障”“理想条件→负载问题” 的差异，避免条件分类错误。 3.变压器并联运行的绝对条件是________和________，不满足会产生大环流；理想条件是________，不满足仅导致负载分配不均。 34 常考习题练习与讲解—填空题 答案：原边额定电压 / 副边额定电压；25 解析：电压比是 “原副边额定电压的比值”，计算时需用 “原边 ÷ 副边”，需强调 “比值相同” 而非 “数值相同”，避免误将原边电压相同等同于电压比相等。 4.电压比相等是指变压器________的比值相同，而非额定电压数值相同；例如 10kV/0.4kV 与 35kV/1.4kV 的变压器，电压比均为________，满足并联的电压比条件。 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：轻载时单台变压器仍需承担空载损耗，并联运行通过切除部分变压器，减少空载损耗总和，提升运行效率，符合 “效率高” 的核心内涵，表述正确。 1.变压器并联运行的优越性包括供电可靠性高、负载分配灵活、扩容便捷和运行效率高，其中 “运行效率高” 主要体现在轻载时可切除部分变压器，降低空载损耗。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：“故障仍供电” 是 “供电可靠性高” 的核心表现，“负载分配灵活” 侧重负载在多台设备间分配（如降低单台负载率），题干混淆了两种优越性，表述错误。 2.某居民区采用 2 台变压器并联，1 台故障时另一台继续供电，这体现了并联运行 “负载分配灵活” 的优越性。（ ） 37 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：绝对条件是 “联结组标号一致、电压比相等”，不满足会产生环流；“短路阻抗标幺值相等” 是理想条件，不满足仅导致负载分配不均，不会立即故障，题干错误分类条件，表述错误。 3.变压器并联运行的绝对条件包括联结组标号一致和短路阻抗标幺值相等，不满足会立即产生环流故障。（ ） 38 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：电压比是 “原边额定电压 / 副边额定电压” 的比值，两者比值不同，电压比不等，不满足绝对条件，不可并联，题干误将 “原边电压相同” 等同于 “电压比相等”，表述错误。 4.两台变压器原边均接 10kV 电网，副边额定电压分别为 0.4kV 和 0.38kV，因原边额定电压相同，故电压比相等，可并联运行。（ ） 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器并联运行的四大优越性包括：①供电可靠性高、②负载分配灵活、③扩容便捷、④运行效率高。 供电可靠性高的核心价值：当某台变压器故障停机时，其他变压器可继续供电，避免整体停电。例如居民区采用 2 台变压器并联，1 台故障时另一台能维持居民照明、冰箱等关键负载供电，保障生活正常；若为单台变压器，故障即导致整片区域停电。 1.简述变压器并联运行的四大优越性，并结合具体场景说明 “供电可靠性高” 。 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：绝对条件：①联结组标号一致；②电压比相等。理想条件：短路阻抗标幺值相等。两者的本质区别在于 “不满足的后果不同”：绝对条件是并联运行的 “生命线”，不满足会立即产生大环流，导致绕组快速过热、烧毁绝缘，属于 “故障级” 问题；理想条件不满足仅会导致负载分配不均，不会立即引发故障，属于 “性能级” 问题，可通过控制标幺值差异降低影响。 2.变压器并联运行的 “绝对条件” 和 “理想条件” 分别是什么？两者的本质区别是什么？ 41 常考习题练习与讲解—简答题 答案：“电压比相等” 是绝对条件的核心原因：电压比相等可确保变压器副边空载时无电压差，避免产生空载环流。若电压比不等，即使原边接同一电网，副边空载电压也会不同，形成持续的电压差。该电压差会驱动空载环流，导致两大危害：①绕组发热：环流使绕组铜损急剧增加，绝缘快速老化；②损耗增大：空载损耗远超正常范围，长期运行会烧毁绕组。例如上述两台变压器并联，空载环流可达额定电流的 3-5 倍，半小时内即可使绕组温度超过安全值。 3.为什么说 “电压比相等” 是变压器并联运行的绝对条件？若电压比不等（如 10kV/0.4kV 与 10kV/0.38kV），并联后会产生什么危害？ 42 常考习题练习与讲解—简答题 答案：联结组标号不同的核心问题是 “副边线电压存在固定相位差”：Y,y0 的副边线电压与原边同相位，Y,d11 的副边线电压滞后原边 30°，两者并联后副边线电压相位差始终为 30°。相位差会在副边形成稳定的电位差，该电位差驱动大环流流通，且环流无需外部负载即可存在。危害主要有两点：①环流幅值大：可达额定电流的 10-15 倍，远超绕组承受能力；②绕组过热快：环流产生的热量无法及时散发，会在几分钟内烧毁绕组绝缘，甚至引发火灾，因此联结组标号必须完全一致。 4.联结组标号不同的变压器（如 Y,y0 与 Y,d11）为何不能并联运行？请从相位差与环流的角度说明危害。 43 重点复习知识点： 1.在发电厂和变电站中,常采用两台或多台变压器并联运行方式。即将它们的一次绕组和二次绕组分别接到公共母线上,再将一次绕组母线接到电源上,二次绕组母线接到输出的电源线上。 2.在总容量相同的情况下,变压器并联运行的台数太多也是不经济的。一台大容量变压器的造价、基建投资、占地面积等都比多台的少。 3.两台单相变压器容量相同,联结组别相同,但变比不等。将两台变压器一次绕组并联后接人同一电源,二次绕组也作并联。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 44 $