[工程科技]变压器原理维护.ppt

Part1 Part2 Part3 INDEX Part4 变压器的工作原理 变压器原理及维护 变压器的用途及分类 变压器基本结构运行及分析 Part5 BOECD干式变压器参数及分布 变压器的故障与维护 电气科 Part1 变压器的工作原理 图一 变压器 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 工作原理 变压器的基本工作原理是电磁感应原理 当交流电压加到一次侧绕组后交流电流流入该绕组就产生励磁作用 在铁芯中产生交变的磁通 这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组 同时也穿过二次侧绕组 它分别在两个绕组中引起感应电动势 这时如果二次侧与外电路的负载接通 便有交流电流流出 于是输出电能 当1次绕组接交流电压后 电流i0 该电流在铁芯中产生一个交变的主磁通 在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2 一次线圈 Part1 变压器的工作原理 变压器的主要部件是一个铁心线圈 这两个线圈具有不同的匝数 且互相绝缘 如 图1 1 所示 接入电源线圈称为一次绕组 其电压 电流及电动势的相量分别为U1及I1 E1绕组的匝数为N1 与负载相联的线圈称为二次绕组 其电压 电流及电动势的相量分别为U2 I2及E2 绕组的匝数为N2 两个绕组的磁通称为主磁通 将电路中惯用的电压 电流及电动势相量的正方向示于 图1 1 根据电磁感应定律 可写出电压 电动势的方程式 图1 2 1 1 二次线圈 U1 一次侧电压U2 二次侧电压I1 一次侧电流I2 二次侧电流 1 2 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 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 4 44 N1 m 上式中K 变压器的电压比 亦称匝数比 可写为 Part1 变压器的工作原理 Part1 变压器的工作原理 副线圈产生感应电动势 变压器的特点 1 变压器不能改变稳恒电压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 原线圈接交流电 在铁芯中产生变化的磁通量 副线圈中如有电流 在铁芯中产生变化的磁通量 原线圈产生感应电动势 互感现象是变压器工作的基础 Part2 变压器的用途及分类 a 按照用途分类 电力变压器 电力系统传输电能的升压变压器 降压变压器 配电变压器等 电炉变压器 专用 给电炉 如炼钢炉 供电 整流变压器 专用 给直流电力机车供电 仪用变压器 用在测量设备中如电压 电流互感器 电子变压器 用在电子线路中 Part2 变压器的用途及分类 b 电力变压器类别 冷却方式油浸式变压器 铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中 可以加强绝缘和改善冷却散热条件 大容量 干式变压器 绕组置于气体中 空气或六氟化硫气体 或是浇注环氧树脂绝缘 它们大多在部分配电网内用作配电变压器 目前已可制造到35KV级 其应用前景很广 充气式变压器 绝缘性能优于油浸式 大容量 SF6 电力变压器类别 冷却方式如下图 干式变压器 油浸式变压器 强迫油循环电力变压器 电力变压器类别 冷却方式 Part2 变压器的用途及分类 C 电力变压器类别 调压方式 有载调压变压器 无载调压变压器 d 电力变压器类别 相数 变压器真空浇注机 变压器系列绕线机 Part2 变压器的用途及分类 变压器相关资料 变压器结构与器身构造 变压器主要部件是绕组和铁心 器身 绕组是变压器的通电的地方 铁心是变压器的磁路 二者构成变压器的核心即电磁部分 除了电磁部分 还有油箱 冷却装置 绝缘套管 调压和保护装置等部件 1 铁心 图1 3 型式 心式 结构简单工艺简单应用广泛 壳式 用在小容量变压器和电炉变压器 材料 一般由0 35mm 0 5mm冷轧 也用热轧 硅钢片叠成 铁心交叠 相邻层按不同方式交错叠放 将接缝错开 偶数层刚好压着奇数层的接缝 从而减少了磁阻 便于磁通流通 铁心柱截面形状 小型变压器做成方形或者矩形 大型变压器做成阶梯形 Part3 变压器基本结构 图1 3 变压器的基本结构分为四个部分 铁芯 变压器的磁路 绕组 变压器的电路 绝缘结构 油箱等其他部分 变压器的铁芯和绕组是变压器的主要部分 称为变压器的器身 下面着重介绍变压器铁芯和绕组的结构 1 铁芯铁芯由铁柱和铁轭两部分组成 铁柱上装有绕组 铁轭则作为闭合磁路之用 为了减少铁芯中的磁滞和涡流损耗 铁芯一般用含硅量较高 厚度为0 35mm 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成 铁芯的基本形式有壳式和心式两种 如图1 4 1 5所示 芯式结构是铁轭只靠着绕组的顶面和底面 而不包围绕组的侧面 如图1 5所示 壳式结构的机械强度较高 但制造工艺复杂 用材较多 通常用于低压 大电流的变压器或小容量的电力变压器 图1 4所示 心式结构比较简单 绕组的装配及绝缘也较容易 国产电力变压器均采用心式结构 Part3 变压器基本结构 图1 4壳式变压器1 铁芯柱 2 铁轭 3 绕组图 Part3 变压器基本结构 图1 5心式变压器1 铁芯柱 2 铁轭 3 高压绕组 4 低压绕组 图1 6叠接式铁芯的叠片次序 a 单相铁芯 b 三相铁芯 变压器的铁芯一般采取将硅钢片裁成条形 然后进行叠装而成 在叠片时 为减少接缝间隙以减小励磁电流 采用叠接式 即将上层和下层叠片的接缝错开 如图1 6所示 Part3 变压器基本结构 2 绕组绕组是用绝缘扁线或圆铜线绕成 接于高压电网的绕组称为高压绕组 接于低压电网的绕组称为低压绕组 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 如图1 7所示 为便于绝缘 一般低压绕组套在里面 并以绝缘纸筒隔开 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 3 其他结构部件变压器的器身放在装有变压器油的油箱内 变压器油既是绝缘的介质 又是一种冷却介质 为使变压器油能较长久地保持良好状态 在变压器油箱上面装有圆筒形的储油柜 储油柜通过管与油箱相通 柜内油面高度随着油箱内变压器油的热胀冷缩而变动 储油柜使油与空气的接触面积减小 从而减少油的氧化和水分的侵入 油箱的结构与变压器的容量 发热情况密切相关 变压器的容量越大 发热问题就越严重 在小容量 20KVA以下 变压器中采用平壁式油箱 容量稍大的变压器 在油箱壁上焊有散热油管以增加散热面积 称为管式油箱 对容量为3000 10000KVA的变压器 把油管先做成散热器 然后再把散热器安装在油箱上 这种油箱称为散热器式油箱 容量大于10000KVA变压器 需采用带有风扇冷却的散热器 对50000KVA及以上的大容量变压器 采用强迫油循环的冷却方式 Part3 变压器基本结构 Part3 变压器基本结构 1 信号式温度计 2 吸湿器 3 储油柜 4 油表 5 安全气道 6 气体继电器 7 高压套管 8 低压套管 9 分接开关 10 油箱 11 铁芯 12 线圈 13 放油阀门 图1 7油浸式电力变压器 干式变压器 冷却风机 浇注式线圈 分接头 高压侧进线 低压侧出线 4 变压器的型号和额定值每台变压器上都有铭牌 以表明该设备的额定值和使用条件 变压器的额定值是制造厂对变压器正常使用所作的规定 在规定的额定值状态下运行 可以保证长期可靠的工作 并且有良好的性能 变压器型号 相数 S 三相D 单相 Part3 变压器基本结构之参数 额定电压U1N U2N单位为V或者kV U1N为正常运行时1次侧应加的电压 U2N为2次侧加额定电压 2次侧处于空载状态时的电压 三相变压器中 额定电压指的是线电压 额定容量SN 公式 单位为VA kVA MVA SN为变压器的视在功率 通常把变压器1 2次侧的额定容量设计为相同 额定电流 单位为A kA 是变压器正常运行时所能承担的电流 在三相变压器中均代表线电流 公式 I S U额定频率 国标工频为50HZ 铭牌上还会给出三相联接组以及相数m 阻抗电压Uk 型号 运行方式 冷却方式 重量等数据 额定温升 变压器的额定温升是以环境温度 40 C作参考 规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境的最大温升 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 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 Part3 变压器基本结构之参数 kVA 1000 3 N 2 N 2 N I U S 阻抗电压 短路阻抗 阻抗电压也称短路电压 Uz 它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗 正常运行时 阻抗电压少一些较好 因为阻抗电压过大时 会产生过大的电压降 而在变压器发生短路时 阻抗电压大一些较好 因可以限制短路电流 否则变压器经受不住短路电流冲击 绝缘 绝缘材料的耐热等级 绝缘耐热等级AEBFHC耐热温度1051201301551802201 绝缘等级 绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级 它们的最高允许温度也各不相同 各级绝缘材料通常有 Y级绝缘材料 棉纱 天然丝 再生纤维素为基础的纱织品 纤维素纸 纸板 木质板等 A级绝缘材料 经耐温达的液体绝缘材料浸渍过的棉纱 天然丝 再生纤维素等制成的纺织品 浸渍过的纸 纸板 木质板等 E级绝缘材料 聚脂薄膜及其纤维等 B级绝缘材料 以云母片和粉云母纸为基础的材料 F级绝缘材料 玻璃丝和石棉及以其为基础的层压制品 H级绝缘材料 玻璃丝布和玻璃漆管浸以耐热的有机硅漆 C级绝缘材料 玻璃 电瓷 石英等 Part3 变压器基本结构之参数 变压器的空载运行原绕组接通电源 副绕组开路的工作状态 原边 接电源一侧 称初级侧 一次侧 副边 接负载一侧 称次级侧 二次侧 原边不是高压边 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 双绕组变压器的示意图 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 电量方向规定 电源电压U1的正方向原绕组首端指向末端 励磁电流正方向从首端流进 未端流出 磁通 正方向与电流i10正方向符合右手螺旋定则 感应电动势e1与i10电流的正方向相同 Part3 变压器基本结构之运行分析 负载运行原边 副边各量的正方向规定 1次侧接电源U1 2次侧接负载 此时2次侧流过电流I2 负载电流 1次侧电流不再是I0 而是变为I1 这即是变压器的负载运行 原边 U1E1正方向采用电动机惯例 副边 U2E2正方向采用发电机惯例 磁通与电流 磁通与感应电动势的正方向满足右手螺旋关系 Part3 变压器基本结构之运行分析 变压器的损耗和效率 损耗和效率 1 铁耗pFe 不变损耗 p0 铁损 PFe 包括磁滞损耗和涡流损耗 磁滞损耗 磁滞现象引起铁芯发热 造成的损失 涡流损耗 交变磁通在铁芯中产生的感应电流 涡流 造成的损失 当变压器的初级绕组通电后 线圈所产生的磁通在铁心流动 因为铁心本身也是导体 在垂直于磁力线的平面上就会感应电势 这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流 好象一个旋涡所以称为 涡流 这个 涡流 使变压器的损耗增加 并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加 由 涡流 所产生的损耗我们称为 涡流损耗 Part3 变压器基本结构之运行分析 2 铜损铜耗PCU 可变损耗 铜损 PCU 绕组导线电阻所致 要绕制变压器需要用大量的铜线 这些铜导线存在着电阻 电流流过时这电阻会消耗一定的功率 这部分损耗往往变成热量而消耗 我们称这种损耗为 铜损 所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的 由于变压器存在着铁损与铜损 所以它的输出功率永远小于输入功率 为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述 效率 输出功率 输入功率 P2 P1 100 P2 P2 PGU PFe 100 可写为公式 效率 由于变压器没有转动部分 其效率是较高的 值一般在95 以上 大型变压器的效率可达98 99 变压器效率随输出功率变化而变化 并有一最大值 三相变压器绕组的联接 1 变压器的标志变压器每个绕组都有两个端点 始端 末端 始端分别以A B C a b c表示 末端用X Y Z x y z表示 大写表示高压绕组 小写表示低压绕组 一般三相变压器的绕组有两种连接方式 星形接法和三角接法 星形接法是将三相的末端连在一起 用Y联结表示 如将星形中点引出则表示为YN 三角接法是三相的首尾相连成一闭合电路 例如A联Y B联Z C联A 用D联结表示 Part3 三相变压器基本结构之绕组联接 1 星形联结用符号 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 三角形联结用符号 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 Y接法 Part3 三相变压器基本结构之绕组联接 第二种 接法 第一种 接法 Part3 三相变压器基本结构之绕组联接 它是用来说明三相变压器绕组的连接方式及其一 二次线电动势间相位角的 三相变压器两侧相电动势不是同相就是反相 但线电动势则不然 其间的相位角将随绕组的连接而不同 比较复杂 但经分析知到 一 二次线电动势间相位角总是30o及30o的倍数 三相变压器的联结组别它是用来说明三相变压器绕组的连接方式及其一 二次线电动势间相位角的 三相变压器共有12种可能的不同组别 国标准规定下列五种为标准联结组 即Yyn0 Yd11 YNd11 YNy0 Yy0 图5 1为Yy0联接线 即高低压绕组都是星形接法 0表示零点钟 即两侧线电动势同相 图中同名端均标为始端 所以相电动势同相 按惯例画出高压侧电动势星形图 取EAB垂直向上表示长针指向钟面的l2 按Exa与EXA同相 作出低压侧电动势星形 看到亦指向钟面l2 即表示两侧线电动势同相 为零点 或l2点 图5 1a 接线图 图5 1b 电动势相量图 Part3 三相变压器基本结构之绕组联接 图5 2为Yd11联结组 表示高压侧星形联结 低压侧三角形联结 11点钟表示低压线电动势Eab超前高压线电动势EAB30o相位角 图中同名端都标为始端 所以相电动势同相 先按惯例画出高压侧电动势星形图 同时取EAB垂直向上 再按接线图中a联y b联z c联x作出低压侧电动势三角形 可见Eab超前EAB30o 即为11点钟 图5 2a 接线图 图5 2b 电动势相量图 Part3 三相变压器基本结构之绕组联接 Part4 BOECD变压器参数及分布 BOECD采用的是施耐德电气公司生产的干式变压器其型号为 SCB10型 电压等级10 0 46 0 4 0 218KV 如下图示 SC B 10系列10KV树脂绝缘干式变压器 Part4 BOECD变压器参数及分布 1 2 105002 3 102502 5 100003 4 97504 5 9500 Part4 BOECD变压器参数及分布 1 3 4 2 5 分接位置和电压关系 施耐德干式变 SCB10 侧面图 正常运行方式 运行不高于该额定分接电压的5 但是决不低于10 的电压 因为我公司属于电子精密生产 会引起机械和洁净室相关设备掉电 导致设备停机 Part4 BOECD变压器辅件 SCB10辅件 风机 外壳 温控器 温显仪 有载开关 等结构辅件 1 温控器 BWDK 3208E 配备通讯接口功能 铂热电阻测温元件 自动巡回检测绕组温升 显示三相高低压绕组的温度进行热保护 随着环境温度及负载的变化 当绕组达到限定温度时 温控器自动发出讯号 控制风机启动 100 风机停 80 报警 130 和跳闸 150 使得产品在运行中具有可靠的过负载保 BOECD干变温控器现设定温度为 65 60 12h 2 内置冷却风机6台 高低压侧各三台 型号 GFD470 130 AC220V0 3A60w810m3 h 冷却风机可提高干式变压器的输出功率40 50 从而可大大提高干式变压器的承载能力 并延长了干式变压器的使用寿命 是国内外厂家普遍采用的最经济有效的方式 冷却风机用于干式变压器时 风机置于变压器线圈下两侧 将冷风直接吹进变压器的线圈高 低压冷却风道 散热效果明显 可保障变压器的正常运行并延长其使用寿命 风机开 停及变压器的超温报警 超温跳闸等功能有温控装置提供 额定容量是指变压器在自然风冷 AN 状态下的容量 一般情况下通过强迫风冷可将变压器的容量临时增加40 Part4 BOECD变压器辅件 干式变压器的运行维护 1 巡视检查要点在通常情况下 干式变压器无需维护 但在多尘或有害物场所 检查时应特别注意绝缘子 绕组的底部和端部有无积尘 可用不超过2个大气压的压缩空气器吹净通风道和表面的灰尘 平时运行巡视检查中禁止触摸 注视观察 应注意紧固部件有无松动发热 绕组绝缘表面有无龟裂 爬电和碳化痕迹 声音是否正常 2 负荷监视干式变压器有较强的过载能力 可容许短时间过载 控系统通过温控箱和安装在低压绕组中的PTC测温元件 实现对变压器的温度检测与控制 自冷式变压主配置温控箱 变压器绕组温度超过安全值 温控箱会发出信号 强迫风冷配置温控箱应能停启冷却风机 并发出超温报警信号和超温跳闸信号 干式变压器的绕组 铁心最高温度不得超过150 最高温升100K 在超负荷运行中应密切注意变化 切忌因温升过高而损坏绝缘 无法恢复运行 3 干式变压器的定期维护试验周期一般3 5年变压器正常运行时 铁心振动而发出清晰有规律的 嗡嗡 声 但当变压器负荷有变化或变压器本身发生异常及故障时 将产生异常音响 若平时注意多听 对正常的声音比较熟悉 相比较之下就容易察觉出变压器的异常音响 声音比平时沉重 但无杂音 一般为变压器过负荷引起 变压器长期过负荷是烧坏变压器的主要原因 这是不允许的 当发生变压器过负荷运行时 要设法减少一些次要负荷以减轻变压器的负担 Part5 干式变压器故障与维护 日常检查项目 Part5 干式变压器故障与维护 一 干式变压器故障与维护 1 干式变压器在巡视中发现有运行不正常时应立即查找原因设法处理 同时做好相关记录 汇报上级 2 有下列情况应立即停运 1 响声异常明显 或确认存在局部放电声 2 温度显示超过设定值而未启动风机 并感觉异常过热 但是温控未动作 3 当发生危及安全的故障而保护装置拒动 3 当温升超过铭牌上允许温度值时 值班人员应按下列步骤检查处理 1 同时检查温控及温显装置 分别读取温控及温显的显示值 判定测温装置的准确性 2 检查干式变的负载及线圈温度 并与记录下的同一负载下的温度进行对比 3 检查干式变的冷却装置和变压器室的通风情况 如温升是由于风冷装置故障时 值班人员应立即汇报并在运行许可的情况下查看风机状态 确定其故障范围进行处理 4 正常负载及风冷状态下 干变温度不正常且温度不断上升 且经温控与温显比较证明测温装置指示正确 并确认为干式变内部故障时 应立即停运处理 Part5 干式变压器故障与维护 4 干式变保护动作跳闸时应查明原因 根据以下因素做出判断 1 保护及直流等二次回路是否正常 2 温控与温显装置的示值是否一致 3 外观有无明显故障异常现象 4 输入与输出侧电网有无电压过压 失压及电流等过载现象 5 其他继电保护装置的故障情况 二 干式变的维护及操作步骤 1 干式变的维护和保养步骤是先经过预案申请允许 后投入相邻备用变压器 再把待保养的变压器退出运行 1 用高压操作手柄断开备用变压器高压侧接地开关 摇入备用变压器 合上真空断路器 观察备用变压器空载运行是否