变压器培训教材

变压器 审查 ： 李冬平 编写 ： 陈娈 广东粤港供水有限公司桥头部 变压器与互感器 学习资料 目 录 | 变压器基本原理 | 变压器的分类 | 变压器基本结构 | 本部主要变压器简介 | 三相变压器简介 | 变压器的运行与维护 | 变压器的检修 | 参考资料 变压器基本原理 | 变压器 -利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递 电能或传输信号的一种电器，电力系统中生产，输送，分配 和使用电能中的重要装置 也是电力拖动系统和自动控制系 统中 电能传递或作为信号传输的重要元件 | 变压器的工作原理 ： | 变压器工作原理的基础是电磁感应定律。两个互相绝缘的绕 组套在同一个铁心上，绕组之间只有磁的耦合而没有电的联 系，如图示。其中绕组 1接交流电源，称为原绕组或 一次绕组 ；绕组 2接负载，称为副绕组或二次绕组。当原绕组接到交流 电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加 电压频率相同的交变磁通。这个交变磁通同时交链着原、副 绕组。根据电磁感应 定律，交变磁通在原、 副绕组中感应出相同 频率的电动势。副边 有了电动势，便向负 载 输出电能，实现了 不同电压等级电能的 传递。 变压器原理图 变压器的分类 | 1.按用途分类 : z 电力变压器 :在电力系统中作输、配电用 z 测量变压器：用于控制、测量，如电压互感器和电 流互感器 z 特种变压器：如电焊、试验、整流、调压、控制等 变压器 | 2.按相数分类： z 单相变压器。如试验变压器。 z 三相变压器。电力系统中大部分都是 z 多相变压器 | 3.按铁心结构分类： z 心式变压器和壳式变压器。 变压器的分类 | 4.按绕组分类 : z 自耦变压器 :高、低压共用一个绕组，在高压绕组 中抽头作低压绕组。 z 双绕组变压器：高、低压绕组每相各具有一个绕组 z 三绕组变压器：每相具用高、中、低三个绕组 ,输 入一个电源电压时，可以转换成两个不同等级的电 压 | 5.按冷却方式分类： z 油浸自冷式变压器。油浸风冷式变压器。 z 强迫油循环水冷式、强迫油循环风冷式变压器。 z 干式变压器。 z 水内冷却式变压器。 | 1.铁心 | 铁心是变压器中主要的磁路部分，又是它的机械骨架。通 常由高磁导率的磁性材料 -厚度为 0.35 0.5 mm，表 面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成型； | 铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭将 铁心柱连接起来形成闭合磁路； | 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 变压器基本结构 心式变压器结构示意图 三相变压器外观示意图 变压器基本结构 | 2.绕组 | 绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成 。按照高、低压绕组在铁心上的排列方式，可分为同心式 和交叠式两类。 | 同心式绕组结构简单，制造方便，电力变压器多采用；交 叠式绕组机械强度好，引出线布置方便，多用于低电压大 电流的电焊、电炉变压器及壳式变压器中。 交叠式绕组 同心式绕组 变压器基本结构 油侵式电力变压器 变压器的结构 简介 SZ9-25000/110kV三相油浸式有 载调压变压 器解剖 图 | 额定容量 SN ： 是变压器在额定状态下的输出能力的保证值 ，单位用伏安 (VA)、千伏安 (kVA)或兆伏安 (MVA)表示，由于 变压器有很高运行效率，通常原、副绕组的额定容量设计值 相等。 | 额定电压 UN ： 是指变压器空载时端电压的保证值，单位用 伏 (V)、千伏 (kV)表示。如不作特殊说明，额定电压系指线 电压。 | 额定电流 IN ： 是指额定容量和额定电压计算出来的线电流 ，单位用安 (A)表示。单相变压器的一次绕组的额定电流为 ： I1N = S N/ U1N 三相变压器的一次绕组的额定电流为： I1N = S N/ sqrt(3) U1N | 空载电流 ：变压器空载运行时激磁电流占额定电流的百分 数。 | 短路损耗： 一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压使两侧绕 组都达到额定电流时的有功损耗，单位以瓦 (W)或千瓦 (kW) 表示。 | 空载损耗 ：是指变压器在空载运行时的有功功率损失，单 位以瓦 (W)或千瓦 (kW)表示。 | 短路电压： 也称阻抗电压，系指一侧绕组短路，另一侧绕 组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。 | 连接组别 ：表示原、副绕组的连接方式及线电压之间的相 位差，以时钟表示。 变压器基本参数 本部变压器简介 本部主要变压器一 览表 序 号 位置 型号 额 定 容量 (kVA) 电压组 合 (kv) 联结组 空 载 负载 空 载 阻抗 冷却 方式高 压 H.V 分接 低 压 L.V 标 号 损 耗(W) 损 耗(W) 电 流(%) 电压 (%) 范 围 (%) 1 太园 主 变 SFZ8-20000/110 20000 110 +8X1.25 6.3 Ynd11 23.5 104 0.7 10.5 ONAF 2 站 变 SC-400/6 400 6.3 +2X2.5 0.4 D,ynll 1200 4000 1.8 4 AF 3 生活 变 SC-250/6 250 6.3 +2X2.6 0.4 D,ynll 800 2850 2 4 AN 4 莲湖 主 变 SZ9-25000/110/10 25000 110 +8X1.25 10 Ynd11 19.8 2.108A 10.5 ONAN 5 站 变 SCB9-500/10/0.4 500 10.5 +2X2.5 0.4 D,ynll 1150 5150 1.2 4 AF 6 生活 变 SC9-250/10/0.4 250 10 +2X2.5 0.4 D,ynll 800 2800 1.4 4 AN/AF 7 隔离 变 SCB9-400/10/10 400 10 +2X2.5 10 Ynd11 9600 4610 1.2 6 AN/AF 8 沿线 分水点 SCB9-50/10/0.4 50 10.5 +5 0.4 D,ynll 300 1050 2 4 AN/AF 8 SCB9-100/10/0.4 100 10.5 +5 0.4 D,ynll 430 1660 1.8 4 AN/AF 8 检 修 泵房 SCB9-1000/10/0.4 1000 10.5 +5 0.4 D,ynll 1760 8590 0.8 6 AF 莲 湖站主 变 ：西 门 子 变压 器有限公司（ 济 南）生 产 SZ9-25000/110kV三相油浸式 有 载调压变压 器 变压器基本原理 | 莲湖主变调压开关操作箱、端子箱及温度表 本部变压器简介 太园站主变： SFZ8-20000/110/6kV三相油浸 风冷有载调压变压器 本部变压器简介 SC9系列干变（莲湖生活变） 本部变压器简介 | SCB9系列干变 其它变压器 励磁整流变压器 三相 整流变压器 三相变压器简介 | 三相变压器的磁路系统可分为各相磁路独立和各相磁路相关 两大类。 三相组式变压器的磁路系统 三相变压器的磁路系统 三相变压器的电路系统 绕组的连接法与联结组 | （一）连接法 | 目前变压器的常用接法有 Y与 D两种，配电变压器也有采用 Z 接法的。 | 1).Y接法的优点： | 对高压绕组而言最经济 ; | 可有中点可以利用； | 允许直接接地或通过阻抗接地； | 允许降低中点的绝缘水平 (即分级绝缘 )； | 可在每相中点处设分接头，分接开关也可位于中点处； | 允许接单相负载，中点可载流。 | 2).D接法的优点： | 对大电流低压绕组而言最经济； | 与 Y接绕组配合使用时可以降低零序阻抗值。 | 3).Z接法的优点： | 允许中点载流的负载且有较低的零序阻抗； | 可用作接地变压器的接法形成人工中点； | 可降低系统中电压不平衡 (系统中三相负载不平衡时 )； | 可作多雷地区使用配电变压器的一种接法。 三相变压器简介 三相变压器的电路系统 绕组的连接法与联结组 | （一）连接法 | 绕组的首端和末端的标志规定 绕组名称 首端 末端 中点 高压绕组 A B C X Y Z O 低压绕组 a b c x y z o | 1.星形联接用符号 “ Y（或 y)” 表示 三个首端 A、 B、 C（或 a、 b、 c)向外引出 末端 X、 Y、 Z（或 x、 y、 z）连接在一起成为中性点 | 2.三角形联接用符号 “D（或 d） ”表示 各相间联结次序为 A - X - C - Z - B - Y（或 a- x - c - z - b - y) 从首端 A、 B、 C（或 a、 b、 c）向外引出 三相变压器简介 三相变压器的 Y与 D型联接 三相变压器的电路系统 绕组的连接法与联结组 | （二）联结组 三相绕组无论采用什么联结法，二次侧线电动势的相位差总是 30的倍数，因此采用钟表面上 12个数字来表示。 | 1.时钟表示法 把高压侧线电动势的相量作为分针，始终指着 “12”这个数字而 以低压侧线电动势的相量作为时针，它所指的数字即表示高、 低压侧线电动势相量间的相位差这个数字称为三相变压器联结 组的 “标号 ” l 2.单相变压器的联结 单相变压器或三相变压器中某相高、低压绕组的联结组问题 其实质为电路理论中互感线圈的同名端问题 三相变压器简介 单相变压器的两种联结 三相变压器的电路系统 绕组的连接法与联结组 | 3.三相变压器的联结组 1)根据三相变压器具体连接确定连接组标号 三相变压器简介 由具体连接到获得三相变压器相位关系的电路图表达 用电势相量确定变压器的联结组 三相变压器的电路系统 绕组的连接法与联结组 | 3.三相变压器的联结组 2)由给定的连接组标号确定变压器原副边接法 三相变压器简介 由联结组通过电势相量确定三相变压器的电路图表达 由电路图表达获得三相变压器的具体连接 | 变压器的参数偏差值与使用峰值的参数 考核变压器性能的参数都由技术条件规定，标准值都有自己的偏差值， 偏差值有几种类型： l 1)只规定下限，没有上限，越大越好： z a.吸收比，绝缘电阻； z b.套管间带电距离； z c.绝缘承受能力； z d.局部放电试验时间与次数，工频耐压试验时间与次数； z e.电极表面场强； z f.突发短路试验次数； z g.冲击试验次数； z h.有载分接开关的电寿命、机械寿命。 | 2)只规定上限，没有下限，越小越好： z a.空载损耗，负载损耗； z b.空载电流； z c.总损耗； z d.绕组与油面顶层温升； z e.介质损耗率； z f.噪声水平； z g.局部放电量； z h.绕组热点温升；短路时绕组允许温度； z i.过激磁能力； z j.油中含水量与含气量、油的带电度； z k.测损耗时瓦特表的功率因数。 变压器的参数偏差值与使用峰值的参数三相变压器简介 l (3)既规定上限，又规定下限： ： z a.阻抗电压； z b.电压比； z c.冲击电压波形及峰值； z d.不平衡电阻。 | (4)没有偏差要求的参数： z a.零序阻抗； z b.空载电流谐波分析； z c.辅助风扇电机、泵的功率消耗； z d.涌流。 | 5)允许校正的标准值： z a.高海拔温升限值； z b.非额定电流下测得的阻抗电压与负载损耗 (但至少加 50%额定电 流 )； z c.非额定电流或非额定损耗下的温升 (但至少加 90%额定电流 )； z d.用球隙校正感应试验或外施耐压时高压侧电压。 | (6)必须精确的量 z a.试验空载损耗与空载电流时电压波形； z b.交流电源的频率。 | 在判断产品是否合格时，应根据以上要求进行评估。 变压器的参数偏差值与使用峰值的参数三相变压器简介 变压器的选型 | 变压器选型应根据负载的性质、大小、特性来选 择，其基本要求是要保证安全和经济运行 | 供配电变压器容量的合理选用应考虑以下几点要 求： z a.变压器的额定容量应能满足全部用电负荷的需要 ，即满足全部用电设备总计算负荷的需要，不能 使变压器长期处于过负荷状态运行； z b.变压器选用容量不宜过大或过小。对于具有两台 及以上变压器的变配电所，应考虑其中任何一台 变压器故障时，其余变压器的容量应能满足一、 二类用电负荷的需要； z c.选用的变压器容量种类应尽量少，达到运行灵活 、维修方便又能减少备用变压器的台数 ； z d.还要考虑到变压器的运行效率，使变压器运行时 有功功率损失和无功功率消耗最低 。 | 选型式 三相变压器简介 | 变压器的允许温度 | 变压器在运行中会产生铜损和铁损，这两部分 损耗最后全部转换成热能，使变压器的温度升 高。温度愈高，绝缘体老化得愈快；另一方面 ，随着温度的升高，在电动力的作用下，绝缘 体容易破裂；绝缘体性能下降，很容易被高压 击穿而发生故障。因此，变压器正常运行时不 允许超过允许温度。 | 变压器运行时，绕组的温度最高，其次是铁芯 ，绝缘油的温度最低，且上部油温高于下部油 温。 | 变压器允许温度和温升与绝缘耐热等级有关， 我国电力变压器大部分采用 A级绝缘，在正常运 行中，当环境最高温度为 40 时，绕组的极限 工作温度为 105 ，由于绕组的平均温度比油 温高 10 ，同时为了防止油质劣化，所以规定 上层油温最高不超过 95 。而在正常情况下， 为使绝缘油不致过速氧化，上层油温为不宜超 过 85 。 | 此外，当变压器绝缘体的工作温度超过允许值 后，会使绝缘体加速老化，缩短使用寿命。一 般可按 “ 八度规则 ” 计算，即平均温度每升高 8 ，使用年限将减少一半。 变压器的温升与冷却 变压器的运行及维修 变压器的温升与冷却 表 2 油浸式变压器的温升限值 部位 温升限 值 (K) （括号内 为莲 湖主 变 限 值 ） 线 圈 绝缘 耐 热 等 级 (电 阻法 测 量的平均温升 ) （） 顶层 油 (温度 计测 量的温升 ) （） 铁 芯本体 使相 邻绝缘 材料不致 损 坏的温升 （） 油箱及 结 构件表面 （） l变压器的允许温升 l变压器温度高出周围介质温度的差值称为变压器的温升。变压器各 个部门有不同的允许温升，不同的运行工况也有不同的允许温升。对 于 A级绝缘的变压器各部温升限值如表 2所示。 | 干式变压器各种绝缘的允许平均温升： A级为 60K， E级为 75K， B级为 80K， F级为 100K， H级为 125K， C级为 150K。 | 冬季绕组温升低于平均温升，绕组可延长寿命，夏季的绕组温 升高于平均温升，绕组要牺牲寿命。 l 大容量变压器有时有几种冷却方式，例如 ONAN/ONAF，变压 器额定容量一般是指 ONAF下的允许值，当风扇失去电源后， 冷却效率下降，如仍按 ONAF冷却方式下容量运行时，绕组平 均温升必将升高，故 ONAN冷却方式下必须降低容量运行，使 绕组平均温升不超过 65K。 变压器的运行及维修 变压器的温升与冷却 l 变压器的冷却方式由冷却介质种类及其循环种类来标志。冷 却介质种类和循环种类分别用字母代号表示，冷却介质类： 矿物油 O，不燃合成油 L，气体 G，水 W，空气 A；循环种类： 自然循环 N，强迫循环 P。 冷却方式的应用范围如表 3所示 冷却方式 代号 标 志 适用范 围 干式自冷式 AN 一般用于小容量干式 变压 器，由于空气比油的冷却作用差，因此容量偏小， 电 流密度 应 偏 低 干式 风 冷式 AF 线 圈下部 设 有 风 道并用冷却 风 扇吹 风 ，提高散热 效果，用于 500kVA以上 变压 器 时 是 经 济 的 油浸自冷式 ONAN 油浸式 变压 器容量在 6300kVA时 采用， 线 圈和 铁 芯中 热 油上升，油箱壁上或散 热 器中冷 油下降而形成循 环 冷却。散 热 能力 为 500W/m2左右，其 维护简单 油浸 风 冷 ONAF 油浸式 变压 器容量在 8000 31500kVA时 采用。 以吹 风 加 强 散 热 器的散 热 能力。空气流速 为 1 1.25m/s时 可散 热 800W/m2左右，但 风 扇功率 约 占 变压 器 总损 耗的 2% 强 油水冷或 强 油 风 冷 OPAFOPWF 用于 220kV及以上大型 变压 器 表 3 冷却方式的代号标志及适用范围 变压器的运行及维修 附注：绝缘等级分为以下七个等级，每一个等级温度（ ）如下 Y A E B F H C 90 105 120 130 150 180 180以上 主变温控装置 | 油浸吹风冷却变压器有两种冷却方式 可供选择： z 油浸吹风冷却即 ONAF z 油浸自冷即 ONAN | 一般是 100%额定容量选 ONAF冷却， 67%(或其它 百分数，这由制造厂规定 )额定容量时可选 ONAN冷却。 | 如果 67%额定容量及以下时，仍然选用吹风的 冷却方式时，因散热效率高，绕组平均温升会 远低于规定限值。此时，在这种容量运行时的 绕组平均温升低，从而相应的实际负载损耗也 低，风机的损耗虽没有节约，但实际负载损耗 却降低了。因此可从哪个是运行实际损耗为最 小来选择吹风方式。 | 但在额定容量附近运行时，只能 ONAF冷却方式 运行。 | 在 ONAF方式运行时，有时遇到风机有故障要更 换或维修时，应降低输出容量，输出容量不变 时，变压器的运行寿命会降低。 油浸吹风冷却变压器 冷却方式选择 变压器的运行及维修 | 各种耐热等级的干式变压器加上 吹风冷却时，是可以提高输出容 量的 ： z 对安装尺寸而言，较小空间可提高 所安装的变压器容量 40% 50% z 从允许绕组温升而言，吸风后仍能 符合允许温升限值 z 从节能角度讲，这是不经济 z 吹风冷却，可作为干式变压器的急 救超名牌容量运行的冷却方式。 干式吹风冷却变压器 冷却方式选择 变压器的运行及维修 变压器电压变化允许 范围及调整 | 1电源电压允许波动范围 一般不得超过额定值的 5 l 2电压的调整 变压器的调压方法有无载调压和有载调压两种 . （ 1）无载调压：断电后通过旋转手柄切换分接开关位 置改变高压绕组抽头。在切换分接头后，应测量直流电 阻，以判断三相直流电阻是否平衡。 （ 2）有载调压：有载变压器装有带负载调压装置，可 在运行中根据电压变化，逐级改变分接开关位置，以达 到调整电压的目的。其特点是，调压速度快，调压范围 大。 l 右图为莲湖站主变调压 开关操作箱图 变压器的运行及维修 莲湖主变分接开关示意图 变压器的运行及维修 莲湖主变分接开关示意图 有载调压分接开关操作面板 MRV 结构图 MA9 电动机构 变压器的运行及维修 l 分接开关常见故障如下： z 分接开关触头弹簧压力不足，触头滚轮压力不匀，使有效接触 面积减少，以及因镀银层的机械强度不够而严重磨损等原因引 起分接开关在运行中被烧毁； z 分接开关接触不良，引出线连接和焊接不良等在大电流冲击时 会发生故障； z 相间绝缘距离不够，或绝缘材料的电气绝缘性能降低，在过电 压情况下，造成相间短路故障在切换分接开关时， z 由于切换位置错误，引起分接开关烧坏。 l 为防止分接开关故障，在切换时必须测量各分接头的直流电 阻，三相直流电阻不平衡差值不得超过 2%。 l 有载调压分接开关的常见故障 z 过渡电阻在切换时烧断，在烧断处发生闪络，引起触头间的电 弧拉长，发出异常声音； z 分接开关密封不严而进水，造成相间短路； z 分接开关滚轮卡阻，使分接开关停在过渡位置上造成相间短路 ； z 调压分接开关油箱不严密，造成油箱与主变压器油箱内的油连 通，使分接开关油箱造成假油位而缺油，危及分接开关的安全 运行。 变压器的运行及维修 分接开关的故障及处理 | 变压器保护系统的检查 z 熔丝保护的检查； z 继电保护装置的检查 z 瓦斯保护的检查 | 监视装置的检查 z 包括电流表、电压表和温度测量仪表等。 | 冷却系统的检查 l 外表的检查 变压器投入运行前的检查变压器的运行及维修 变压器的操作 | 变压器启动前的充电试验 | 变压器操作原则 ）装有断路器的变压器，分合闸必须使用断路器，对于 空载变压器也应如此； ）未装断路器的变压器，可用隔离开关切断或接通空载 变压器，其电压等级与容量关系为： 10kV，容量不超过 320kVA； 35kV，容量不超过 1000kVA； 110kV,容量不超过 3200kVA ）变压器断路器停送电操作顺序：停电时先分负荷侧， 后分电源侧；送电时先合电源侧，后合负荷侧 ）在电源侧装隔离开关，负荷侧装空气断路器的电路中 ，送电时，先合电源侧隔离开关，后合负荷侧空气断路器； 停电时相反；因为隔离开关只允许分合空载电流，负载电流 则由空气断路器来切断 ）在用无载调压分接开关进行电压调整时将变压器与电 网断开后，才可改变变压器的分接头位置 变压器的运行及维修 变压器的巡视检查 | 监视仪表及抄表 负荷电流不能超过额定值，电压质量符合规定要求；查 看变压器的温度； l 2现场巡视检查内容和项目 z 检查上层油温是否正常； z 油枕上的油位、油色是否正常，有无渗漏油现象； z 绝缘件表面是否清洁，有无破损及放电痕迹等不正常现象 ； z 电磁声与以往比较有无异常现象，声音是否增大、有无其 它杂音等； z 导电排的螺栓接关有无过热现象，示温片有无熔化现象； z 防爆管上的防爆膜是否完好； z 冷却系统的运转情况是否正常； z 呼吸器的干燥剂是否吸湿变色； z 变压器的箱壳有无渗漏油现象，各附件是否清洁。 z 具体见 变压器的运行及维修 中华人民共和国电力行业标准 DL/T 57295 电力变压器运行规程 | 变压器的绝缘油，一方面作为绝缘介质，使各绕组之间以 及绕组与接地的铁芯和箱壳之间有良好的绝缘；另一方面 它以是散热的媒介，将铁芯和绕组运行中散发出来的热量 传递给冷却装置 | 变压器油质量的简易判断 z 油的颜色：新油为浅黄色，氧化后变深；运行中油的颜色变 暗迅速，表明油质劣化； z 透明度：新油在玻璃瓶中透明且带有蓝紫色的荧光，如失去 荧光或透明度降低，说明含有机械混合物和游离碳； z 气味：新油略有一点煤油味，如有其它气味，说明油质变坏 l 变压器油的运行要求 z 如发现大部分硅胶由原来的蓝色变为红色或紫红色时应更换 ； z 应避免受阳光的照射已发生过热分解或有闪络故障； z 禁止混合使用不同牌号的油 变压器的运行及维修 变压器油的运行 变压器内部异常声音判断 | 正常运行时的声音是均匀的 “嗡嗡 ”声； | 过负荷时，变压器会发出很高且沉重的 “嗡嗡 ”声 ； | 个别零件松动，会发出强烈的不均匀噪音； | 系统短路或接地时，因很大的短路电流通过而发 出很大的噪音； | 内部引线接触不良，或击穿放电部位，会发出 “嗞 嗞 “声或 “辟啪 ”的放电声； | 系统发生铁磁谐振时，变压器发出粗细不均的 “哼 哼 ”声。 变压器的运行及维修 | 瓦斯保护是变压器的主保护 。 | 发生瓦斯保护动作时，可考虑由以下原因所产生： z 可能是滤油、加油和冷却系统不严密，使空气进入变压器； z 因温度下降和漏油使油位缓慢降低； z 变压器内部产生少量气体； z 内部发生其它故障； z 二次回路故障所引起。 | 当运行人员对外部检查未发现有异常现象时，应查明瓦 斯气体的性质： z 气体不可燃，且无色无嗅，同时油的闪光点并不降低，则说明是空气 进入变压器