2013年电工进网作业变压器课件.ppt

电力处培训中心二 一三年九月 电工进网作业培训电力变压器讲义 概述变压器的工作原理与结构变压器运行其他变压器互感器 内容提要 概述 变压器的基本概念 作用静止设备 电磁感应原理 一种电压等级的交流电能转化成另一种或几种电压等级的交流电能 变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换 分类按用途 电力变压器 特种变压器 仪用互感器 电流互感器 电压互感器 按冷却介质 油侵式 干式 电力系统中为什么需要变压器 a 发电机的输出电压有限 最高不超过20kV b 远距离输电需提高电压等级减少线路损耗 损耗与电流关系 c 输入用电设备的电压等级需与用电设备相匹配 d 电网中存在不同电压 需变压器将不通电压等级线路连接起来 综上所述 变压器是电力系统中不可缺少的重要设备 第一节变压器的工作原理和结构 一 变压器工作原理 变压器的工作原理 变压器是利用电磁感应作用将一种电压 电流的电能转换成同频率的另一种电压 电流的电能 也称为一种静止的电机 原理如 图一 所示 一个铁芯 提供磁通的闭合路径 两个绕组 1次侧绕组 原边 N1 2次侧绕组 副边 N2 由此可知 一 二次感应电动势的大小与电源频率 绕组匝数和主磁通最大值成正比 且在相位上滞后主磁通90 上式表明 变压器一 二次绕组的电压比就等于一 二次绕组的匝数比 电流与匝数成反比 即电压高的一侧电流小 电压低的一侧电流大 因此 要使一 二次绕组有不同的电压 只要使一 二次绕组有不同的匝数即可 例如一次绕组的匝数N1为二次绕组匝数N2的一倍 k 2 便是2 1的降压变压器 反之 则是1 2的升压变压器 变压器就是按照 动电生磁 动磁生电 的电磁感应原理制成的 这就是变压器的变压原理 E1 E2的相量表达式为 E1 j4 44 N1 m E2 j4 44 N2 m 上式中K 变压器的电压比 亦称匝数比 可写为 变压器的工作原理 变压器的特点 1 变压器不能改变直流电压2 变压器不能改变交流电的周期和频率3 输出电压由输入电压决定输入功率由输出功率决定输入电流由输出电流决定 互感现象是变压器工作的基础 变压器的工作原理 第一节变压器的工作原理和结构 一 变压器的结构 第一节变压器的工作原理和结构 一 变压器的结构 第一节变压器的工作原理和结构 变压器 器身 油箱 出线装置 包括套管等 铁芯 绕组 绝缘 引线 包括调压装置 引线夹件等 油箱本体 附件 包括油枕 油门闸阀等 冷却装置 包括散热器 风扇 油泵等 保护装置 包括防爆阀 气体继电器 测温元件 呼吸器等 一 变压器的结构 第一节变压器的工作原理和结构 一 变压器的结构1 铁芯按铁芯型式 变压器可分为内铁式 又称心式 和外铁式 又称壳式 两种 内铁式变压器的绕组包围着铁心 外铁式变压器则是铁心包围着绕组 套绕组的部分称铁心柱 连接铁心柱的部分叫铁轭 绕组是用绝缘扁线或圆铜线绕成 根据高 低压绕组的相对位置 绕组可分为同心式和交叠式两种类型 同心式绕组的高 低压绕组同心套在铁芯柱上 为便于绝缘 一般低压绕组套在里面 并以绝缘纸筒隔开 交叠式绕组为了减少绝缘距离通常将低压绕组靠近铁轭 同心式绕组结构简单 制造方便 国产电力变压器均采用这种结构 油浸式电力变压器 2 绕组 第一节变压器的工作原理和结构 3 绝缘主要绝缘材料 变压器油 绝缘纸板 电缆纸 皱纹纸等 4 分接开关作用 调节电压 供给稳定的电压 控制电力潮流或调节负载电流 调压方法 切除和增加一部分绕组的线匝 以改变绕组的匝数 常把绕组引出若干个抽头 这些抽头叫作分接头 当用分接开关切换到不同的抽头时 便接入了不同的匝数 这种调压方式又分无激磁 无载 调压和有载调压两种 变压器二次不带负载 一次也与电网断开 无电源励磁 的调压 称为无励磁调压 带负载进行变换绕组分接的调压 称为有载调压 第一节变压器的工作原理和结构 5 油箱油箱是油浸式变压器的外壳 变压器的器身置于油箱内 箱内灌满变压器油 按大小分为 吊器身式油箱和吊箱壳式油箱 6 冷却装置油浸式电力变压器的冷却方式 按其容量大小可分为油浸自冷 油浸风冷及强迫油循环 风冷或水冷 三类 7 油枕储油柜位于变压器油箱上方 通过气体继电器与油箱相通 第一节变压器的工作原理和结构 8 吸湿器防止空气中的水分浸入油枕的油内 油枕是经过一个呼吸器 也称吸湿器 与外界空气连通的 呼吸器内盛有能吸收潮气的物质 通常为硅胶 硅胶被氯化钴浸渍过后称为变色硅胶 它在干燥状况下呈蓝色 吸收潮气后渐渐变为淡红色 此时即表示硅胶已失去吸湿效能 如把吸潮后的硅胶在108度高温下烘焙10h 使水分蒸发出去 则硅胶又会还原成蓝色而恢复吸湿能力 第一节变压器的工作原理和结构 9 安全通道 防爆管 位于变压器的顶盖上 其出口用玻璃防爆膜封住 当变压器内部发生严重故障 而气体继电器失灵时 油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出 保护变压器不受严重损害 第一节变压器的工作原理和结构 10 气体继电器位于储油柜与箱盖的联管之间 在变压器内部发生故障 如绝缘击穿 匝间短路 铁芯事故等 产生气体或油箱漏油等使油面降低时 接通信号或跳闸回路 保护变压器 11 高低压绝缘套管变压器内部的高 低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的 它起着固定引线和对地绝缘的作用 套管由带电部分和绝缘部分组成 第一节变压器的工作原理和结构 三 电力变压器的型号及技术参数1 型号 第一节变压器的工作原理和结构 2 相数 单相和三相3 额定频率 50Hz4 额定电压UN 指变压器厂时间运行时 所能承受的工作电压 铭牌上的UN为变压器分接开关中间分接头的额定电压值 是变压器线电压 有效值 它应与所连接的输变电线路电压相符合 5 额定容量SN 额定状态下 变压器二次侧的输出能力 kVA 对于三相变压器 额定容量是三相容量之和 是变压器在厂家铭牌规定的条件下 在额定电压 额定电流连续运行时所输送的容量6 额定电流IN 是通过绕组的线电流 有效值 它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数 单相为l 三相为 3 第一节变压器的工作原理和结构 7 绕组联接组标号 各相绕组的联接形式 可以连接为星形 三角形等 星形联接是各相线圈的一端接成一个公共点 中性点 其余接端子接到相应的线端上 三角形联接是三个相线圈互相串联形成闭合回路 由串联处接至相应的线端 一般的高压变压器基本都是Yn Y d11接线 8 变比 指变压器各侧额定电压之比 调压范围 变压器高低压绕组的匝数比变化时 一次 二次之间电压变比的变化区间 9 空载电流 当变压器二次绕组开路 一次绕组施加额定频率的额定电压时 一次绕组中所流过的电流称空载电流I0 10 阻抗电压UK 和短路损耗 当变压器二次侧短路 一次侧施加电压使其电流达到额定值 此时所施加的电压称为阻抗电压UZ 变压器从电源吸取的功率即为短路损耗 以阻抗电压UK与额定电压UN之比的百分数表示 UK 短路电压 额定电压 100 11 铜损 短路损失 指变压器一 二次电流流过一 二次绕组 在绕组电阻上所消耗的能量之和 铁损 指变压器在额定电压下 二次开路 铁芯中消耗的功率 包括激磁损耗和涡流损耗 12 电压调整率 在给定负载功率因数下 一般取0 8 二次空载电压U2N和二次负载电压U2之差与二次额定电压U2N的比 该参数说明变压器二次电压随负荷变化的程度 是衡量变压器供电质量的数据 13 效率 变压器的效率为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数 当变压器的铜损等于铁损时 变压器处于最经济运行状态 一般为变压器带其额定容量的50 70 时 14 升温和冷却方式 第一节变压器的工作原理和结构 第一节变压器的工作原理和结构 15 变压器极性单相变压器原副绕组是被同一主磁通交链 故当主磁通交变时 在原 副绕组感应出的电动势有一定的极性关系 即任一瞬间 一个绕组的某一端点的电位为正时 另一绕组必有一个端点的电位为正 这两个同极性端又名同名端 用 表示 电流从两个线圈的同极性端流入 流出 时 产生的磁通方向相同 在使用变压器时 一定要注意绕组的正确连接方式 16 电力变压器的联接组 是指变压器一 二次绕组因采用不同联接方式而形成变压器一 二次侧对应的线电压之间的不同相位关系 变压器高 低压方相对应的线电压的相位差总是30度的倍数 因此采用 时钟表示法 来表示这种相位差是很简明的 时钟表示法 把高压边线电压作为长针始终指向 12 而低压边相对应的线电压作为短时 短针指向的数字称为三相变压器连接组的组号 三相变压器绕组接线有 星形连接 三角形连接 曲折形连接三种 三个绕组接成三角形时 要特别注意绕组极性问题 如果有一个绕组的极性标错或接错 那么 在闭合三角形回路中 三相总电动势不为零 而是两倍的相电动势 必将在绕组内产生很大电流 造成严重事故 甚至烧毁变压器 这一点必须引起注意 在三相变压器中 一次绕组的始端为 末端为 二次绕组的始端为 末端为 第一节变压器的工作原理和结构 变压器Y yn0联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 变压器Y yn0联接组下图所示为变压器Y yn0联接组 其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 和在零点 点 时时钟上的分针与时针的相互关系一样 图中的 表示 同名端 2 变压器D yn11联接组下图所示为变压器D yn11联接组 其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 在 点时时钟上的分针与时针的相互关系一样 第一节变压器的工作原理和结构 变压器D yn11联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 第一节变压器的工作原理和结构 采用Y yn0和D yn11联接组的优 缺点比较 采用D yn11联接组的变压器 其 次 为正整数 谐波励磁电流在其三角形接线中的一次绕组内形成环流的原因 因此比采用Y yn0联接组的变压器有利于抑制高次谐波电流 由于采用D yn11联接组的变压器的零序阻抗比采用Y yn0联接组的变压器的小得多 导致二次侧单相接地短路电流相比较大得多 因此采用D yn11联接组的变压器更有利于低压侧单相接地保护动作 D yn11联接组的变压器有利于单相不平衡负荷的使用 低压为TN TT系统时 宜选用D yn11联接组的变压器 D yn11变压器中性线电流一般不应超过低压侧额定电流的40 而Y yn0变压器中性线电流一般不应超过低压侧额定电流的25 D yn11变压器比Y yn0变压器的绝缘强度要求高 因此成本也稍高 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 第一节变压器的工作原理和结构 4 其他联接组举例 第一节变压器的工作原理和结构 29 A B C c a b Y y4 第一节变压器的工作原理和结构 第二节变压器运行 一 变压器允许运行方式1 允许温度与升温变压器运行时各部件的温度是不同的 绕组温度最高 铁芯次之 变压器油的温度最低 为了便于监视运行中变压器各部件的温度 规定以上层油温为允许温度 允许温度主要决定于绕组的绝缘材料 变压器的温度与周围环境温度的差称为温升 绕组允许温升65K 98 20 13 65 变压器上层油温升为55K 95 40 55 我国标准规定在额定使用条件下变压器各部分的允许温升见 表2 1 表2 1变压器各部分的允许温升 K 额定使用条件 最高气温40 最高日平均气温30 最高年平均气温20 最低气温 30 第二节变压器运行 一 变压器允许运行方式2 变压器过载能力在不损害变压器绝缘和降低变压器使用寿命的前提下 变压器在较短时间内所能输出的最大容量为变压器的过负载能力 以过负载倍数 变压器所能输出的最大容量与额定容量之比 表示 变压器过负载能力可分为正常情况下 规程规定室外不超过30 室内20 的过负载能力和事故情况下的过负载能力 允许电压波动范围 士5 为保证变压器的安全和正常的预期寿命 国际电工标准 IEC 规定了变压器过负荷运行时不要超过表2 2的限值 第二节变压器运行 第二节变压器运行 二 变压器并列运行 第二节变压器运行 二 变压器并列运行1 目的1 提高供电可靠性2 提高变压器运行经济性3 减少总备用容量 并可随着用电量的增加分批增加新的变压器 2 并列运行条件1 变压器的联结组标号相同 2 变压器的电压比相等 允许有士0 5 的差值 3 变压器的阻抗电压UK 相等 允许有士10 的差值 此外 两台并列运行的变压器容量比不能超过3 1 第二节变压器运行 三 变压器油及运行1 作用防止各部件受潮 本身绝缘强度比空气大 提高变压器绝缘强度 使木质和纸绝缘保持原有物理 化学性能 使金属得到防腐作用 变压器绝缘保持良好的状态 起到散热和冷却的作用 常用的国产变压器油有国产25号和10号两种 2 变压器油运行每年油样试验 试验项目一般为耐压试验 介质损耗试验和简化试验 定期或不定期取油样作油的气相色谱分析在高温或紫外线作用下 油会加速氧化 所以 一般不应置油于高温下和透明容器内 第二节变压器运行 四 变压器运行巡视检查 变压器的一般巡视检查内容和要求 1 储油柜和充油套管的油位 油色是否正常 器身及套管有无渗 漏油现象 2 变压器上层油温是否正常 可根据当时的负荷情况 环境温度以及冷却装置投入的情况等与以往的数据进行比较 例如上层油温过高 可能是冷却装置运行不正常 也可能是变压器内部有故障 3 变压器音响是否正常 可利用探声器来检查 变压器在正常运行时 内部发出均匀的 嗡嗡 声 如有噼啪的放电声 则内部有接触不良或绕组绝缘间有击穿现象 如声响不均匀 应检查系统有无异常 负荷是否有突然增大 铁芯的穿心螺杆或螺母松动 也会引起强烈不均匀噪声 当短网发生铁磁谐振时 会发出粗细不均匀的噪声 4 瓷套管应清洁 无破损 无裂纹和打火放电现象 第二节变压器运行 5 冷却器运行情况 油浸风冷式变压器 在上层油温达55 及以上时应启用风扇 风扇的运转应正常 强油风冷式变压器 检查水冷式变压器 检查油 水 温度 压力 流量应符合规定 冷却器中油压应比49kPa以上 潜油泵及风扇电动机运行应正常 冷油器出水中 不应有油花 否则 冷油器有漏油现象 水冷却器应无漏水现象 6 引线不应过松过紧 接头接触良好 不发热 用70 的示温蜡片贴于接头接触处 应无熔化现象 或者用快速红外线测温仪测试 接头接触处温度不应超过70 电缆接头及电缆无过热 第二节变压器运行 7 吸湿器油封应正常 呼吸应畅通 硅胶潮解变色部分 不应超过总量的1 2 否则应更换硅胶 换上干燥吸潮剂后 应使油封内的油没过吸湿器嘴 油再生器 充氮保护等应良好 8 防爆管玻璃膜片应完整无裂纹 无积油 压力释放器的标示杆未突出 无喷油痕迹 9 气体继电器与储油柜间连接阀门应打开 气体继电器内无气体 且充满油 注意不能触动探针 否则会造成事故 10 变压器铁芯接地线和外壳接地线应接地良好 11 有载调压分接开关位置应正确 操作机构中 机械指示器与控制室内分接开关位置指示器指示应一致 第二节变压器运行 变压器的特殊巡视检查内容和要求 1 气温骤变时 检查储油柜油位和瓷套管油位是否有明显的下降 各侧连接引线 是否过紧或断股等变化 2 大风 雷雨 冰雹后 检查引线摆动情况 有无断股 设备上有无其它杂物 瓷套管有无放电痕迹及破裂现象 3 浓雾 毛雨 下雪时 瓷套管有无沿表面闪络和放电 各接头在小雨中和落雪后 不应有水蒸气上升或立即融化 否则表示该接头运行温度比较高 应该红外线温仪进一步检查其实际情况 4 瓦斯保护动作后 应立即进行检查 5 过负荷运行时 应检查并记录负荷电流 检查油温和油位的变化 检查变压器声音是否正常 检查接头是否过热 冷却装置投人数量是否足够 运行是否正常 防爆膜 释压器是否动作过 第二节变压器运行 6 变压器发生短路故障或穿越性故障时 应检查变压器有无漏油 油色是否变黑 油温是否正常 电气连接部分有无发热 熔断 瓷质绝缘有无破裂 接地引线等有无烧断 7 新投入或经过大修的变压器投入运行后 在4h内 每小时应巡视检查一次 除了正常巡视项目外 应增加下列检查 变压器声音应正常 如发现响声特大 不均匀或有放电声 应认为内部有故障 油位变化应正常 应随温度的增加略有上升 如发现假油面应及时查明原因 用手触及每一组散热器 温度应正常 以证实散热器的有关阀门已打开 油温变化应正常 变压器带负荷后 油温应缓慢上升 第二节变压器运行 气体继电器内 有无气体 8 已经投入运行的变压器 由于各种原因而长期停用 在投运前 运行人员应注意下列检查 继电保护装置的整定值是否符合要求 是否校验合格并按规定启用 变压器储油柜有载分接开关 管套等各处油位应正常 气体继电器 散热器 吸湿器上下阀门应打开 气体继电器应充满油 变压器各开关之间的连接引线 应连接良好 而且回路内无接地线和其它影响投运的杂物 变压器的绝缘预防性试验是否过期 第二节变压器运行 变压器异常运行和常见故障分析 变压器内部发出异常声音 1 变压器在正常运行时 内部发出的声音是均匀的 嗡嗡 声 如有下列情况之一 应确认变压器内部有故障 必须立即汇报 声音较大而噪杂 强烈而不均匀的 噪声 可能是铁芯的穿心螺丝夹的不紧 使铁芯松动而造成 个别零件松动 会发出 叮当 音 某些离开叠层的硅钢片端部振动 有 营营 声 变压器内部发出 吱吱 或 噼啪 的放电声 这是由于内部接触不良或有绝缘击穿 声音中夹有水的沸腾声时 可能是绕组有较严重的故障 使其附近的零件严重发热 也可能是分接开关的接触不良 而局部点严重过热 声音中夹有爆裂声 既大又不均匀时 可能是变压器的器身绝缘有击穿 第二节变压器运行 2 变压器内发出很高而且沉重的 嗡嗡 声 这是由于过负荷引起的 可以从电流表的指示判断 其处理办法见后叙 变压器的过负荷 3 由于铁磁谐振 使变压器内发出 嗡嗡 声和尖细的 哼哼 声 这声音忽而变粗 忽而变细 电压表测量指示摆动较大 一般是系统低频率的谐振所致 若是操作引起 则应立即用断路器停用刚才操作的设备 4 变压器带有大动力设备 大型轧钢机 电弧炉等 负荷变化较大 由于五次谐波分量很大 变压器瞬间发出 哇哇 的声音 应密切监视电压 电流表的指示 汇报调度 进行处理 如可采用改变电网的运行方式 方法进行处理 第二节变压器运行 过负荷当变压器发出过负荷信号 首先汇报调度 并根据其命令调减负荷 严密监视变压器的上层油温和冷却器的运行情况 随时注意和记录负荷的变化情况 及时汇报调度 上层油温过高当变压器发出油温过高信号 应作以下检查 检查变压器的负荷和冷却介质的温度 并与以往同样负荷及冷条件相比较 若高出10 而又无冷却器及温度表等异常 则可认为变压器内部出现了异常 检查温度计本身是否失灵 检查冷却系统 油位异常 油位过低 油位过高 第二节变压器运行 油色异常油色变化过甚 油内出现明显强烈的碳质 这说明油质急剧下降 这是很容易引起绕组与外壳间发生击穿事故 应报调度 要求立即停运 若有备用变压器 则应先将其投入运行 变压器套管缺陷变压器的套管严重破裂或漏油 表面有放电及电弧的闪络痕迹时 会引起套管的击穿 应汇报调度 要求立即停运 变压器着火变压器着火的主要原因是 套管的破损和闪络 油流出并在顶盖上燃烧 变压器内部故障 使外壳或散热器破裂 使燃烧着得油溢出 发生这些情况时 应立即将变压器各侧断路器和隔离开关拉开 断开冷却器电源 然后进行灭火 灭火时应使用干式二氧化碳 四氧化碳 1211灭火器 砂子等灭火 而不能使用泡沫灭火器 第二节变压器运行 有载调压分接开关常见故障 变压器冷却系统的常见故障 发现下列情况 应紧急断开变压器各侧电源 强烈不均匀噪音 且内部有火花放电声 储油柜或防爆管向外喷油 套管爆炸 闪络放电严重 大量漏油致使油位计和气体继电器内看不到油位 在正常负荷和冷却条件下 温度异常 且迅速上升 超过事故允许值 第三节其他变压器 一 干式变压器干式变压器 依靠空气对流进行冷却 一般用于局部照明 电子线路等小容量变压器 在电力系统中 一般汽机变 锅炉变 除灰变 除尘变 脱硫变等都是干式变 变比为6000V 400V 用于带额定电压380V的负载 简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器 在结构上可分为两种类型 1 固体绝缘包封绕组 2 不包封绕组干式变压器的特点无油 无污染 难燃阻燃 自熄防火 绝缘温升等级高损耗低 效率高 噪声小局部放电量小 通常在10PC以下 可靠性高 可保证长期安全运行 寿命可达30年 抗裂 抗温度变化 机械强度高 抗突发短路能力强 防潮性能好 可在100 湿度下正常运行 停运后不需干燥处理即可投入运行 1 环氧树脂绝缘干式变压器用环氧树脂浇注或包封的干式变压器 难燃 防火 耐潮 耐污秽 机械强度高2 气体绝缘干式变压器密封的壳内充以SF6气体作为变压器的绝缘和冷却介质 防火 防爆 无燃烧危险 绝缘性能好 重量轻 防潮性能好 对环境无任何限制 运行可靠性高 维修简单 过载能力稍差 3 H级绝缘千式变压器用作绝缘的纸化学性能非常稳定 耐220 高温 C级绝缘材料 起火时能自熄 不产生烟雾和有毒气体 电气强度高 二 非晶态合金铁芯变压器铁芯利用高导磁率的非晶态合金制成 铁芯磁化性能大大改善 磁滞 涡流损耗大大降低 空载损耗较硅钢合金铁芯变压器低70 80 空载电流下降80 第三节其他变压器 三 低损耗油浸变压器采用先进的结构设计和新材料 新工艺 主要是增加铁芯截面积以降低磁通密度 选用超薄型硅钢片 高低压绕组均采用铜导线 并加大导线截面以降低空载损耗和负载损耗四 卷铁芯变压器适用于630kVA及以下变压器 总空载电流为叠装式20 30 比S9变压器空载损耗下降30 空载电流下降20 五 单相配电变压器可直接安装在负荷中心 空载损耗 负载损耗低小 缩短供电半径 改善电压质量 降低低压线路损耗 低压线路投资大大降低 电压降和高次谐波都有显著改善 适用于小负荷分布分散且无三相负荷区域 高压侧采用相 相式的全绝缘接线 居民密集区变压器容量利用率高 但单相变压器总容量高于三相变压器 第三节其他变压器 第四节互感器 互感器分电压互感器和电流互感器两大类 它们是供电系统中测量和保护用的重要设备 电压互感器是将系统的高电压改变为标准的低电压 l00V或100 3 电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流改变为低压的