1、用电负荷的变化对变压器特性的影响摘要： 电力系统的用电负载是经常变化的。从一天来讲，白天主要是动力负载用电(异步电动机、工业用电炉等)，晚间除部分动力负载外还有照明用电。即使是白天，动力负载也有变化，工间休息和交接班时负载就会下降。从季节上看，冬天早晚照明负载用电时间要比夏天长得多。这种用电负载的经常变化对变压器的运行状况是有影响的。关键词： 电力系统 用电负载 动力负载 照明 变压器电力系统的用电负载是经常变化的。从一天来讲，白天主要是动力负载用电(异步电动机、工业用电炉等)，晚间除部分动力负载外还有照明用电。即使是白天，动力负载也有变化，工间休息和交接班时负载就会下降。从季节上看，冬天早晚
2、照明负载用电时间要比夏天长得多。这种用电负载的经常变化对变压器的运行状况是有影响的。 1 变压器的外特性 用电负载的变化，会引起变压器副边电流的变化。负载电流增加，副边电流就增大，副线圈的电阻压降 I2R2和漏抗压降 I2X2的大小都随着增大，从副线圈的电压平衡方程式 U2=-j4.44FN2m-jI 2X2-I2R2可以看出，副线圈的端电压 U2将会随着负载电流的增加而变化。另一方面，当副边电流增大时，原边电流 I1 也要跟着增大，于是原线圈电阻压降 I1R1和漏抗压降 I1X1也随之增大，这反过来又要对副边电压的大小发生影响，使副边电压进一步变化。 负载变化时所引起的变压器副边电压的变化程
3、度，既和负载的大小及性质(阻性、感性或容性，以及功率因数的大小)有关，又和变压器本身的特性有关。为了说明负载对变压器副边电压的影响，可以作出变压器的外特性曲线。所谓外特性，就是当变压器原端电压 U1和负载功率因数 cos 2都一定时，副边的电压 U2随副边电流(负载电流) I2的变化关系，即函数 U2=f(I2)曲线。 这个函数曲线亦即变压器的外特性曲线的升降趋势和负载的大小及性质有关，亦和变压器本身的性质有关(具体讲，和变压器本身副边的电阻 R2和漏电抗 X2有十分紧密的联系)。具体的分析方法可以从变压器的副边电压平衡方程式 U2=-j4.44fN2m-jI2X2-I2R2入手。因为这个方程
4、式是个复数方程式，具体的数量计算很复杂繁琐，我们尝试用变压器的向量图来分析负载变化时对变压器副边电压的影响，亦即用向量图来分析变压器的外特性。 变压器的向量图所依据的是变压器的原副边电压平衡方程式： U1=j4.44fN1m+jI 1X1+I1R1 (1) U2=-j4.44fN2m-jI 2X2-I2R2(2) 依据上述两平衡方程式，假设变压器带感性负载运行时的变压器向量图如图 1 所示。图 1 变压器相量图2 变压器带阻性、感性、容性负载运行时的情况 (1) 变压器带阻性负载时，U 2与 I2同相，cos 2=1。当 I2增加时，线段 E2 (副边漏磁感应电动势 E2 =-jI2X2)的长
5、度增加，线段-U R2(副线圈电阻电压降 UR2=I2R2)的长度亦增加，根据电压平衡方程式(2)，连接相量图 E2的起点(即向量图的原点)和-U R2的末端，可以得到变压器副边的电压相量 U2。我们看到，相量 U2的长度较 I2没有增加时的长度要短。由此，我们得到结论：变压器副边的端电压 U2是随着负载电流 I2的增加而降低的(见图 2)。 根据变压器外特性的定义，外特性曲线 U2=f(I2)的变化趋势如图5 中的曲线 1。 (2) 变压器带感性负载时，I 2滞后 U2一个角度 2，cos 21。向量图的分析过程同变压器带阻性负载时一样，其副边端电压 U2随负载电流 I2的变化关系同样是随着
6、负载电流 I2的增加而端电压 U2下降。需要注意的是，对于同样大小的负载电流 I2，感性负载与阻性负载相比，其端电压 U2下降得更厉害(见图 3)。 根据变压器外特性的定义，外特性曲线 U2=f(I2)的变化趋势如图5 中的曲线 2。 (3) 变压器带容性负载时，I 2超前于变压器副线圈电磁感应电动势 E2一个角度，向量图上 I2在 E2右边(第四象限)。对此解释是：设负载阻抗角为 2(即 U2与 I2之间的相位差角)， 2可用关系式 tg 2=XC/RL求出，而 2(E2与 I2之间的相位差角)则可以由关系式 tg 2=(X2-XC)/(R2+RL)求出，X C/X2，tg 2为负值， 2为
7、负角。确定了 I2超前于 E2一个角度，我们画出了变压器带容性负载时的向量图见图 4。当 I2增加时，线段 E2 的长度增加，线段-U R2的长度也增加，根据副线圈电压平衡方程式(2)，连接向量图 E2的起点和-U R2的末端，可以得到变压器副边的电压向量 E2。我们看到，与变压器带阻性负载和感性负载不同的是：向量 U2的长度较 I2没有增加时的长度要长。得出的结论是：变压器副边的端电压 U2是随着负载电流 U2的增加而增加的(见图 4)。 根据外特性的定义，外特性曲线 U2=f(I2)的变化趋势如图 5 中的曲线 3。图 2 变压器阻性负载向量图图 3 变压器感性负载向量图图 4 变压器容性负载向量图图 5 变压器的外特性曲线 读者可以在向量图上尝试用上述方法分析，当负载功率因数 cos 2发生变化时，副边端电压随负载电流的变化关系。结论和我们熟知的结果是相同的，即无论何种性质的负载，功率因数大时，副边端电压随负载电流变化的幅度小。实际生产当中，读者也可以根据变压器和负载的实际参数，在向量图上尝试用上述方法作图，以求得变压器副边端电压在各种负载情况下的变化幅度，为我们的电网调度、电容器的投切及继电保护的整定提供依据。更重要的是，通过此方法的练习，可以帮助我们习惯于用分析向量图的方法来分析电力生产中遇到的各种问题，提高我们分析问题、解决问题的能力。
