苏州电工培训-变压器的使用与维护..doc

培训考证、学历提升-苏州上德教育苏州电工培训 变压器的使用与维护. 项目3.1 变压器的构造与性能【知识准备】一、变压器构造 变压器是一种静止的电工设备，可用来将某一数值的交流电压换成同频率另一数值的交流电压。 目前，我国高压输电的电压有的已高达500kV。但交流发电机由于受到本身绝缘水平的限制，其输出电压只有10.5kV、18kV等少数几种，这就需要用升压变压器将电压升高，然后进行远距离输送。在用电方面，由于用电设备使用的是低电压，并且条件不同，所以用电电压也不完全相同。例如，一般电动机、电热照明设备等使用的电压为380V和220V；在工厂车间的机床上，为了保证工作人员的安全，一般照明灯采用的电压为28V或36V等。因此，又需要用降压变压器将输电线路的高电压变换成适合各种用电设备所的电压。变压器的种类很多，按照用途分类有：输配电系统用的电力变压器；电子线路用的级间耦合变压器、脉冲变压器；测量仪表中用的仪用互感器；实验室用的自耦变压器；焊接用的电焊变压器等等。虽然变压器的种类很多，但它们的基本结构和基本工作原理相同。电力油浸式变压器主要由铁心和绕组组成。此外，还包括油箱、储油柜、分接开关、安全气道、气体继电器、绝缘套管等。其作用是保证变压器安全和可靠运行。1、铁心铁心是变压器的磁路，也是机械骨架。为减少磁滞和涡流损耗，铁心一般由0.350.5mm厚的硅钢片叠装而成。硅钢片的两面涂以绝缘漆，使片间绝缘，以减小涡流损耗。2、绕组绕组也称线圈，是变压器的电路部分，分高、低压绕组。一般低压绕组用扁铜线绕成单层或双层。3、绝缘套管 绝缘套管的作用是作为变压器引出线的绝缘支架。从变压器的一、二次绕组接到高压和低压电路的引出线，需用瓷制的绝缘套管固定。二、变压器铭牌及技术参数（一）变压器的型号 变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量（KVA）和高压绕组电压（KV）等级。汉语拼音字母含义如下：第1部分表示相数。 D单相（或强迫导向）；S三相；第2部分表示冷却方式。 J油浸自冷；F油浸风冷； FP强迫油循环风冷； SP强迫油循环水冷。第3部分表示电压级数。 S三级电压；无S表示两级电压；其他：O全绝缘；L铝线圈或防雷；O自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦）；Z有载调压； TH湿热带（防护类型代号）；TA干热带（防护类型代号） （二）变压器的额定值使用任何电气设备或元器件时，其工作电压、电流、功率等都是有一定限度的。例如，流过变压器原、副绕组的电流不能无限增大，否则将造成绕组导线及其绝缘的过热损坏；施加到原绕组的电压也不能无限升高，否则将产生原、副绕组之间或绕组与铁心之间的绝缘击穿事故，造成变压器损坏，甚至危及人身安全。为确保电气产品安全、可靠、经济、合理运行，生产厂家为用户提供其在给定的工作条件下能正常运行而规定的容许工作数据，称额定值，它们通常标注在电气产品的铭牌和说明书上，并用下标“N”表示，如额定电压UN、额定电流IN、额定功率PN等。变压器的额定值标注在铭牌上或书写在使用说明书中。主要有： （1）额定电压 额定电压是根据变压器的绝缘强度和允许温升而规定的电压值，以伏或以千伏为单位。变压器的额定电压有原边额定电压U1N和副边额定电压U2N。U1N指原边应加的电源电压，U2N指原边加上U1N时副绕组的空载电压。应该注意，三相变压器原边和副边的额定电压都是指其线电压。使用变压器时，不允许超过其额定电压。 （2）额定电流 额定电流是根据变压器允许温升而规定的电流值，以安或千安为单位。变压器的额定电流有原边额定电流I1N和副边额定电流I2N。同样应注意，三相变压器原边和副边的额定电流都是指其线电流。使用变压器时，不要超过其额定电流值。变压器长期过负荷运行将缩短其使用寿命。 （3）额定容量 变压器容量是指其副边的额定视在功率SN，以伏安或千伏安为单位。额定容量反映了变压器传递电功率的能力。SN和U2N、I2N间的关系，对单相变压器为对于三相变压器为（4）额定频率 我国规定标准工频频率为50Hz，有些国家则规定为60Hz，使用时应注意。改变使用频率会导致变压器某些电磁参数、损耗和效率发生变化，影响其正常工作。 （5）额定温升 变压器的额定温升是以环境温度为作参考，规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境温度的较大温升。上层油温不得超过85（相当于温升55）.一般变压器都装有专用温度测定装置。（6）空载电流（I0） 变压器一次侧施加（额定频率的）额定电压，二次侧断开运行时称为空载运行，这时一次绕组中通过的电流称空载电流，它主要仅用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流可看成也就是励磁电流。变压器容量大小、磁路结构和硅钢片的质量好坏，是决定空载电流的主要因素。（7）空载损耗（P0）空载电流的有功分量I0a为损耗电流，由电源所汲取的有功功率称空载损耗P0 。空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗 。 （8）短路损耗（Pf） 短路损耗变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所汲取的（亦即消耗的）功率（单位为W或KW）。 （9）连接组别表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的连接方式，数字表示两个绕组的连接组号。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。 项目3.2 变压器的运行测试与分析【知识准备】一、变压器的运行 当变压器的一次绕组接通交流电源时，在绕组中就会有交变的电流通过，并在铁心中产生交变的磁通，该交变磁通与一次、二次绕组交链，在它们中都会感应出交变的感应电动势。二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，传输电能，实现了能量从一次侧到二次侧的传递。变压器的用途是：变压器一般只用于交流电路，它的作用是传递电能，而不能产生电能。它只能改变交流电压、电流的大小，而不能改变频率为了叙述方便，下面分两种情况分析变压器的运行状态。 1.变压器的空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压，副线圈开路不接负载， 称为空载运行，如图所示 。 图 空载时的变压器空载电流I0是指在外加正弦电压u1的作用下，线圈内有交变电流i0流过。 这时原线圈内的电流，称作变压器的空载电流，又称激磁电流。 空载电流（激磁电流）的有效值I0一般都很小，约为额定电流的3%8% 。 2.变压器的负载运行 变压器副边接上负载阻抗Z后， 副线圈中通过电流i2， 如图所示。 当电源电压U不变时， 铁心中主磁通也基本不变。因此，当变压器带上负载后，原边磁动势i1N1和副边磁动势i2N2共同产生的磁通，与变压器空载时的激磁磁势i0N1 所产生的磁通也应基本相等。图 变压器负载运行时， 副边磁势与原边磁势相位相反，副边磁势对原边磁势起去磁作用，原边电流和副边电流在相位上几乎相差180。变压器带载后，原边电流是由副边电流决定的。若只考虑其量值，可得I1N1I2N2 Ki称为变压器的变流比，表示原、副绕组内的电流大小与线圈匝数成反比。还可得出 表明，在不考虑变压器本身损耗的情况下（理想状态），变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。 这也说明变压器是一种把电能转换为“高压小电流”或“低压大电流”的电器设备，起着传递能量的作用。3、变压器的外特性 由于变压器一次和二次绕组有电阻和漏抗，负载时，负载电流通过这些电阻和漏抗必然产生内部电压降，其二次端电压则随负载的变化而变化。这种变化规律，就是变压器的外特性。因为在变压器内进行传递的是交流电能，所以描述其外特性时，还需规定负载功率因数。如图所示。变压器在纯电阻和感性负载时，外特性使下降的；而容性负载时，外特性是上翘的。纯电阻负载时，端电压变化小，感性或容性程度增加，端电压的变化就会增大。因此在感性负载为主的电力系统中，常用并接电力电容器的办法来改善电力系统的功率因数。二、变压器的试验1、变压器的空载试验变压器得空载试验电路如图所示，空载试验可以测定变压器的变压比K、空载电流I0和空载损耗P0等。在变压器一次测绕组接入可调电压的交流电源，二次测绕组开路，有些情况下可采用低压绕组接入额定电压，高压绕组开路。当一次侧绕组加上额定电压U1，测量二次侧绕组空载电压U2，此时，变压器的变压比KU1U2；电流表A的度数即为空载电流I0.功率表W的读数就是空载损耗P0.空载损耗P0包括铁耗和铜耗两个方面，由于铜耗很小，可忽略不计空载损耗近似认为即是铁耗。注意事项：（1）从试验电源、测量仪表和设备、人身安全因素考虑，一般都在低压侧进行 。（2）数据计算出的励磁参数是低压侧的，折算到高压仍需乘以k2 ；（3）Zm的大小与铁心饱和程度有关，电压超过额定值越多，铁心越饱和，Zm就越小。2、变压器的短路试验通过短路试验可以测出变压器的铜耗、短路电压等数据。短路试验时应注意：（1）短路试验时，二次侧短接，这时整个变压器等值电路的阻抗很小，为避免一次侧和二次侧绕组因电流过大而烧坏。（2）计算变压器性能时，应将试验测出的短路电阻rsh换算成75时的阻值。3、变压器油的试验 变压器油是流动的液体， 它能够充满变压器内各部件之间的任何空隙， 将空气排除， 从而避免各部件与空气接触受潮而引起的绝缘性能降低。 1.变压器油的主要性能指标 (1) 比重： 油在2040时的比重不超过0.895。 (2) 粘度： 油在50时的粘度不超过1.8恩格勒。 (3) 闪点： 指油加热后产生的蒸气与空气混合， 遇到明火能发生燃烧的较低温度。 (4) 凝固点： 油的粘度随温度而变化， 温度越低， 粘度越大。 (5) 酸价： 表示油中游离酸的含量。 (6) 酸、 碱、 硫及机械混合物： 这些杂质对电气设备的绕组、 绝缘物、 导线和油箱都有腐蚀作用， 因此含量越低越好。(7) 安定度(安定性)： 由于变压器油和空气长期接触并受热， 因而会氧化成酸、 树脂、 沉淀物等， 称为老化现象。2.定期取油样试验 我国常用的变压器油有国产25号(DB25)和国产10号(DB10)两种。 新油是淡黄色的， 运行后呈浅红色。 如油色变暗， 表明油已受污染和氧化。 纯净的油透明度较高， 放在玻璃瓶里呈现乳绿色或蓝紫色的反射荧光。 当透明度降低， 荧光微弱或消失时， 表明油中混有杂质。 好油应无气味或只有一点煤油味， 如有焦味或酸味， 则表明油已老化变质。 3.变压器油的净化 当变压器油内混有水分和杂质时， 可以通过处理恢复油的原有性能， 较常用的方法是滤油。一般用滤纸式滤油机，利用油泵压力使油透过滤油纸滤去水分和杂质，使油净化。 滤油必须在晴天或相对湿度较小的室内进行。滤纸应为中性， 使用前应放在80的烘箱内干燥24小时。4.检查变压器上层油温 变压器上层油温一般应在85以下。 如油温突然升高，则可能是冷却装置有故障，也可能是变压器内部出现故障。对油浸自冷变压器，如散热装置各部分温度有明显不同，则可能是管路有堵塞现象。 5.检查变压器的油位及油的颜色是否正常， 是否有渗漏油现象。从油枕上的油表检查油位，油位应在油表刻度的1434以内(气温高时，油面在上限侧，气温低时， 在下限侧。三、三相变压器并联运行1、变压器并联运行的优点（1）提高供电可靠性。当某台变压器发生故障时，并联运行的其他变压器可以继续维持供电，以保证重要用户的不间断供电。（2）有利于变压器的维修。并联运行的变压器，可以有计划地安排变压器检修，而不至于中断供电。（3）有利于经济运行。负荷减小时，可把部分变压器退出运行，因而降低消耗，提高效率，改善电网的功率因数。 （4）减少初次投资。用电量是逐年增加的，可以分期安装变压器，以减少初次投资。2、变压器并联运行的条件在变配电站中，总的负载常用两台或多台变压器并联供电，为了使变压器能正确并联运行，必须尽量满足以下3个条件：（1）参加并联运行的变压器，他们的一二次电压应对应相等，变压比应相等。（2）各变压器的短路电压应相等。（3）三相变压器应有相同的联结相序和相同的联结组别。 四、其它变压器一自耦变压器自耦变压器的原边电路与副边电路共用一部分线圈，如图所示。原、副边之间除了有磁的联系外，还有直接的电的联系。这是自耦变压器区别于一般变压器的特点。 从图中看出，当原边加上额定电压后，若不考虑电阻的压降和漏感电势，则式中K为自耦变压器的变压比。 当自耦变压器接上负载， 副边有电流i2输出时，有 上式表明，自耦变压器中原、副边电流的大小与线圈匝数成反比，且在相位上相差180。因此，自耦变压器中， 原、副边共同部分的电流为i=i1+i2 考虑到i1与i2相位相反，故I=I2-I1。当K接近1时，由于i1与i2数值相差不大，所以线圈公共部分电流I很小。因此，这部分线圈可用截面较小的导线，以节省材料。 自耦变压器的优点是：构简单，节省材料，效率高。 但这些优点只有在变压器变比不大的情况下才有意义。它的缺点是副线圈和原线圈有电的联系，不能用于变比较大的场合（一般不大于2）。这是因为当副线圈断开时，高电压就串入低压网络，容易发生事故。二互感器互感器是一种专供测量仪表，控制设备和保护设备中使用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器两种。1、电压互感器使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则与电压表相连，如图所示。a）电压互感器 b） 电流互感器可见，高压线路的电压U1等于所测量电压U2和变压比K的乘积，即U1=KU2使用时应注意：a 次级绕组不能短路，防止烧坏次级绕组。b铁心和次级绕组一端必须可靠的接地，防止高压绕组绝缘被破坏时而造成设备的破坏和人身伤亡。2、电流互感器使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载相串连，次级绕组则与电流表串联成闭和回路，如图b）所示。通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。使用时应注意：a 绝对不能让电流互感器的次级开路，否则易造成危险；b 铁心和次级绕组一端均应可靠接地。常用的钳形电流表也是一种电流互感器。它是由一个电流表接成闭合回路的次级绕组和一个铁心构成，其铁心可开、可合。测量时，把待测电流的一根导线放入钳口中，电流表上可直接读出被测电流的大小，如图所示。鉴定考核试题：一、单项选择题1、变压器的原、副绕组电动势E1、E2和原、副线圈匝数N1、N2之间的关系为（ ）AE1/E2=N1/N2 BE1/E2=N2/N1 C无比例关系2、变压器铁芯采用相互绝缘的薄硅钢片制造，主要目的是为了降低 （ ）A杂散损耗 B铜耗 C涡流损耗 D磁滞损耗3、单相变压器原、副绕组额定电流是在温升不超过额定值的条件下，原、副绕组所允许通过的（ ）A较大的电流有效值 B较大的电流平均值C较大的电流幅值 D电流的瞬时值4、若变压器带感性负载，从轻载到重载其输出电压将会（ ）A升高 B降低 C不变 D无规律5、若发现变压器的油温较平时相同负载和相同冷却条件下高出（ ）时，应考虑变压器内部已发生故障。A50C B100C C150C D200C6、变压器油应仅有一点煤油味或无气味，若感觉有酸味时，说明（ ）A油干燥时过热 B油内水分含量高C油内产生过电弧 D油严重老化7、运行中的变压器各部分温度是不同的，规定以（ ）来确定变压器的允许温度。A绕组温度 B铁心温度 C上层油温8、变压器的副绕组采用三角形接法时，如果一相绕组接反，将产生的后果是（ ）。A没有输出电压 B.输出电压升高C.输出电压不对称 D.绕组烧坏9.变压器副绕组作三角形接法时，为了防止发生一相接反的事故,须先进行( )测试.A.把副绕组接成开口三角形，测量开口处有无电压B.把副绕组接成闭合口三角形，测量其中有无电流C.把副绕组接成闭合三角形，测量原边空载电流的大小D.以上三种方法都可以.10当变压器的输入电压高于额定值时，其铁心饱和程度增加，使输出电压和电流波形发生严重畸变，因此规定变压器外加一次电压一般不允许超过额定值的（ ）。A100 B105 C110 D12011机床安全操作照明灯额定电压36V，额定功率60W，指示灯额定电压6V，额定功率2W，现照明灯一只，指示灯3只，应选用（ ）型号变压器较经济。ABK50200/36/3.6 BBK10038036/6.3CBK300380/36/6.3 DBK100380/3612.变压器中性点接地叫（ ），变压器外壳接地叫（ ）。A.工作接地 B.保护接地 C.保护接零二、判断题1电压比相等是变压器并联运行的唯一条件。 （ ）2变压器的效率等于其输出视在功率与输入视在功率的比值。 （ ）3变压器的损耗越大，其效率越低。 （ ）4变压器的空载电流，其有功分量很小。 （ ）5额定电压为380/220V的单相变压器若作升压变压器使用时，可在原低压即220V侧接380V的电源，高压侧输出电压为656V。 （ ）6工作零线和保护零线都引自变压器中性点，在安装单相三孔插座时，为省材料，将工作零线和保护零线合为一根导线，这样单相三孔插座用两根导线连接就行了。 （ ）7变压比为K的变压器，其副边的负载阻抗折算到原边时，为其实际值的K倍。（ ）8当变压器的输出电压和负载的功率因数不变时，输出电压与负载功率的关系，称之为变压器的外特性。 （ ）9当功率因数降低时，变压器的电压调整率会明显下降。 （ ）10理想变压器不考虑绕组的电阻和铁芯的损耗，磁通与电流不同相位。 （ ）11空载运行的变压器，副边绕组没有电流，但存在去磁作用，故空载电流很小。（ ）12一台Y形接法的变压器，若改变接成形接法，应将其同名端相接。 （ ）13动圈式电焊变压器在焊接中，当原、副边组距离增大时，变压器漏抗减小，焊接电流减小。 （ ）14为了使电焊变压器获得急剧下降的外特性，常采用增加变压器漏抗的方法。（ ）15变压器的铜损是通过空载实验测得的。 （ ）16变压器的铜损是通过短路试验测得的。 （ ）17运行中的变压器油若失去透明度和荧光，则说明其中含有游离炭等杂质。 （ ）18自耦变压器虽然其输出电压可调，但使用不够安全。 （ ）19变压器在安装前都必须进行吊心检查。 （ ）20运行中的变压器若发现很高的且沉重的“嗡嗡”声则说明该变压器存在故障。（ ）21.运行中的变压器若发现三相电压不平衡,其原因可能是三相负载不平衡。 （ ）22.取油样时若发现油内含有碳粒和水分，酸性增高，闪点降低，则常易引起变压器的绕组与外壳的击穿。 （ ）23.对一台已制造好的变压器，其同极性端（又称同名端）不可任意标定，而联结组标号也不可能改变。 （ ）24.当电网发生故障时，如有一台变压器损坏，其它变压器允许长时间过负载运行。（ ）25.经过修理的变压器，若铁心叠片减少，而绕组的匝数和导体的截面材料不变时，其空载电压肯定不变。 （ ）26.若变压器的输入电压为额定值，而频率低于额定值，那么在此情况下，变压器的空载电流也会减少。 （ ）27.变压器直流泄露试验和直流耐压试验方法一致，作用不同。 （ ）28.当变压器施以加倍额定电压进行层间耐压试验时，电压频率不变。 （ ）29.对分级绝缘的变压器，只能采用单相感应耐压进行试验。 （ ）30.变压器耐压试验应在绝缘电阻合格之前进行。 （ ）31、减小变压器，异步电动机和电焊机等用电设备的空载或轻载运行，就能够减小无功功率消耗。 （ ）32.两台或几台电力变压器一、二次绕组的端子并联在一起的运行方式，称为并联运行。（ ） 三、综合题1.油浸式电力变压器的温升高超限时，应检查哪些内容？2.油浸式电力变压器的油温升高超过许可限度时，应如何处理？3.什么叫过电压？产生过电压的原因有哪些？4.常用避雷器有哪几种？5.简述金属氧化物避雷器的工作原理。6、什么叫保护接地？有那几种形式？7、什么叫保护接零?有哪几种形式？8、什么叫重复接地？9、根据电源总容量的大小，对重复接地电阻的要求如何？模块三一、1、A 2、C 3、A 4、B 5、B 6、D 7、C 8、D 9、A 10、B 11、B 12、A、B二、1、错2、错3、对4、对5、错6、错7、错8、错9、错10、错11、错12、错13、错14、对15、错16、对17、对18、对19、错20、对21、对22、对23、错24、错25、对26、错27、对28、错29、对30、错31、对32、错三、1、答：应检查变压器的负荷和冷却介质的温度，核对温度表，检查变压器冷却装置或变压器室通风状况。2、答：由于冷却系统故障引起温度升高，通常立即将变压器停运检修；若冷却系统完好，但油温较平时同一负荷和冷却温度下高出10C以上，或变压器负荷不变，而油温不断上升，则说明变压器发生内部故障，也应立即停运检修。3、答：由于操作、故障、运行方式改变或雷击等原因，在电气设备或线路上可能出现超过正常工作电压数值，从而危及设备或线路安全的现象称之为过电压。产生过电压的原因可能由雷击引起；或者电力系统内部因操作、故障、谐振、运行状况改变而造成电磁能量的转化或传递引起电压升高。4、答：常用的有金属氧化物避雷器和阀型避雷器。5、答：金属氧化物避雷器是由压、敏电阻片构成，在正常电压作用下，呈现极大的电阻，几乎不导电，无需火花间隙；当出现雷电引起的过电压时其电阻又变得很小而呈现导通状态。能很好地泄放雷电流，当雷电流消失后，又呈现高阻状态。6、将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳接地，被称为保护接地。有IT系统和TT系统两种形式，即电源中性点不接地的供电系统中采用保护接地称为IT系统；电源中性点接地的供电系统中采用保护接地称为TT系统。7、在电源中性点接地的供电系统中，将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳与保护零线（PE）直接连接，被称为保护接零。有TN-S系统、TN-C系统和TN-C S 系统三种形式，即在三相五线制供电系统中将工作零线（N）与保护零线（