变压器的工作原理.ppt

变压器 第一节变压器的工作原理分类及结构 第一节变压器的工作原理分类及结构 一 变压器的工作原理变压器 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是电力系统中生产 输送 分配和使用电能的重要装置 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 控制变压器 第一节变压器的工作原理分类及结构 1 变压器 静止的电磁装置变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组 变压器原理图 图3 1 第一节变压器的工作原理分类及结构 与电源相连的线圈 接收交流电能 称为一次绕组用U1 I1 E1 N1表示 与负载相连的线圈 送出交流电能 称为二次绕组用U2 I2 E2 N2表示 同时交链一次 二次绕组的磁通量的相量为Fm 该磁通量称为主磁通请注意图3 1各物理量的参考方向确定 第一节变压器的工作原理分类及结构 2 理想变压器不计一次 二次绕组的电阻和铁耗 其间耦合系数K 1的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为 第一节变压器的工作原理分类及结构 若一次 二次绕组的电压 电动势的瞬时值均按正弦规律变化 则有不计铁心损失 根据能量守恒原理可得由此得出一次 二次绕组电压和电流有效值的关系令K N1 N2 称为匝比 亦称电压比 则 第一节变压器的工作原理分类及结构 二 变压器的分类1 变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器两大类电力变压器可分为 升压变压器 降压变压器 配电变压器 联络变压器等电力变压器外形 第一节变压器的工作原理分类及结构 特种变压器可分为 整流变压器 电炉变压器 高压试验变压器 控制变压器等 第一节变压器的工作原理分类及结构 2 变压器按相数可分为单相和三相变压器三相变压器外观示意图 分类 变压器的分类 1 按冷却方式分类 有自然冷式 风冷式 水冷式 强迫油循环风 水 冷方式 及水内冷式等 2 按防潮方式分类 开放式变压器 灌封式变压器 密封式变压器 3 按铁芯或线圈结构分类 芯式变压器 插片铁芯 C型铁芯 铁氧体铁芯 壳式变压器 插片铁芯 C型铁芯 铁氧体铁芯 环型变压器 金属箔变压器 辐射式变压器等 分类 4 按电源相数分类 单相变压器 三相变压器 多相变压器 5 按用途分类 有电力变压器 特种变压器 电炉变 整流变 工频试验变压器 调压器 矿用变 音频变压器 中频变压器 高频变压器 冲击变压器 仪用变压器 电子变压器 电抗器 互感器等 6 按冷却介质分类 有干式变压器 液 油 浸变压器及充气变压器等 7 按线圈数量分类 有自耦变压器 双绕组 三绕组 多绕组变压器等 分类 8 按导电材质分类 有铜线变压器 铝线变压器及半铜半铝 超导等变压器 9 按调压方式分类 可分为无励磁调压变压器 有载调压变压器 10 按中性点绝缘水平分类 有全绝缘变压器 半绝缘 分级绝缘 变压器 变压器常用的冷却方式有以下几种 1 油浸自冷 ONAN 2 油浸风冷 ONAF 3 强迫油循环风冷 OFAF 4 强迫油循环水冷 OFWF 5 强迫导向油循环风冷 ODAF 6 强迫导向油循环水冷ODWF 按变压器选用导则的要求 冷却方式的选择推荐如下 1 油浸自冷31500kVA及以下 35kV及以下的产品 50000kVA及以下 110kV产品 2 油浸风冷12500kVA 63000kVA 35kV 110kV产品 75000kVA以下 110kV产品 40000kVA及以下 220kV产品 3 强迫油循环风冷50000 90000kVA 220kV产品 4 强迫油循环水冷一般水力发电厂的升压变220kV及以上 60MVA及以上产品采用 5 强迫导向油循环风冷或水冷 ODAF或ODWF 75000kVA及以上 110kV产品 120000kVA及以上 220kV产品 330kV级及500kV级产品 6 2基本结构 一 铁心 变压器的主磁路 为了提高导磁性能和减少铁损 用0 35mm厚 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成 变压器的电路 一般用绝缘铜线或铝线绕制而成 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中 油是冷却介质 又是绝缘介质 油箱侧壁有冷却用的管子 散热器或冷却器 将线圈的高 低压引线引到箱外 是引线对地的绝缘 担负着固定的作用 二 绕组 三 油箱 四 绝缘套管 此外 还有储油柜 吸湿器 安全气道 净油器和气体继电器 6 3型号与额定值 一 型号 型号表示一台变压器的结构 额定容量 电压等级 冷却方式等内容 表示方法为 如OSFPSZ 250000 220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压 额定容量250000kVA 高压额定电压220kV电力变压器 二 额定值 此外 额定值还有额定频率 效率 温升等 指长期运行时所能承受的工作电压 指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率 指在额定容量下 允许长期通过的额定电流 在三相变压器中指的是线电流 第一节变压器的工作原理分类及结构 三 变压器的结构简介1 铁心铁心是变压器中主要的磁路部分 通常由含硅量较高 厚度为0 35或0 5mm 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分 铁心柱套有绕组 铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 心式变压器结构示意图 第一节变压器的工作原理分类及结构 2 绕组绕组是变压器的电路部分 它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成 右图为交叠式绕组3 其他结构部件以典型的油侵式电力变压器为例 其他结构部件有 油箱 储油柜 散热器 高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图 第一节变压器的工作原理分类及结构 4 变压器的额定值 1 额定容量S变压器视在功率的惯用数值 以VA KVA MVA表示 2 额定电压U变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值 对于三相变压器额定电压系指线电压 以V或KV表示 3 额定电流I变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值 以A表示单相变压器的一次 二次绕组的额定电流为I1N SN U1NI2N SN U2N三相变压器的一次 二次绕组的额定电流为I1N SN U1NI2N SN U2N 4 额定频率我国工业用电频率为50HZ 变压器变比 当一次绕组上加上额定电压U1N时 一般规定此时二次绕组开路电压将是额定电压U2N 因此可以认为 变压器的电压比就是匝数比在三相变压器中 电压比规定为高压绕组的线电压与低压绕组的线电压之比 第五节变压器等效电路参数的测定一 空载试验1 空载试验的目的 测定变压器的电压比K 铁耗pFe以及等效电路中的励磁阻抗Zm2 单相变压器空载试验电路单相变压器空载试验按下图接线 3 单相变压器空载试验方法在额定频率 正弦的额定电压U1N作用下测读U1 I10 p0和U20z0 U1 I0 sqrt r1 rm 2 x1 xm 2 因为 Zm Z1 rm r1 xm x1则z0 zmr0 p0 I102 rmx0 xm电压比 k U1 U20空载试验一般在低压侧进行三相变压器必须采用每相值进行计算 二 短路试验1 短路试验的目的 测定变压器等效电路中的短路参数2 单相变压器短路试验电路单相变压器短路试验的接线图如图所示 第六节三相变压器 一 三相变压器的电路系统 连接组 一 联结法绕组的首端和末端的标志规定 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 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 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 由给定原理图确定变压器的连接组标号 1 画原 副边相量图 原理图上字母从左向右排列 相量图上为顺时针排列 2 同一铁心柱上的两个相量 要么同相 要么反相 3 确定比较相量 即下标字母相同的原 副边两个线电压 例如 UAB和uab 且相量方向均为下标的第一个字母指向第二个字母 4 旋转相量图 将原边线电压相量作为分针指向钟表 12 副边对应线电压相量所指的字母即为连接组标号 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 由联结组通过电势相量确定三相变压器的电路图表达图 二 三相变压器的磁路系统 铁心的结构形式三相变压器的磁路系统 三相心式变压器的磁路系统的演变 一 自耦变压器 原付边共用一部分绕组的变压器 一 特点 1 原付绕组既有磁的联系 又有电的联系 2 能量传递 既有磁场传递的 又有直接传递的 三相自耦变压器 三相自耦变压器 五 互感器互感器是电流互感器和电压互感器的合称 互感器的主要功能是 1 可使仪表和继电器标准化 如电流互感器副绕组的额定电流都是5A 电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V 2 可使测量仪表 继电器等二次设备与一次主电路隔离 降低仪表及继电器的绝缘水平 简化仪表构造 同时保证工作人员的安全 3 可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈 1 电流互感器电流互感器简称CT 文字符号为TA 单二次绕组电流互感器图形符号为 是变换电流的设备 1 工作原理和接线方式电流互感器由一次绕组 铁芯 二次绕组组成 其结构特点是 一次绕组匝数少且粗 有的型号还没有一次绕组 利用穿过其铁芯的一次电路作为一次绕组 相当于1匝 而二次绕组匝数很多 导体较细 电流互感器的一次绕组串接在一次电路中 二次绕组与仪表 继电器电流线圈串联 形成闭合回路 由于这些电流线圈阻抗很小 工作时电流互感器二次回路接近短路状态 电流互感器的变流比Ki用表示 则式中 I1N I2N分别为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流值 N1 N2为其一次和二次绕组匝数 变流比一般表示成如100 5A形式 2 电流互感器种类和型号按一次电压分 有高压和低压两大类 按一次绕组匝数分有单匝 包括母线式 芯柱式 套管式 和多匝式 包括线圈式 绕环式 串级式 按用途分有测量用和保护用两大类 按绝缘介质类型分有油浸式 环氧树脂浇注式 干式 SF6气体绝缘等 电流互感器型号的表示和含义如下 图4 15LQZ 10型电流互感器的外形图 图4 16LMZJ1 0 5型电流互感器的外形图 3 电流互感器使用注意事项 电流互感器在工作时二次侧不得开路 电流互感器二次侧有一端必须接地 电流互感器在接线时 必须注意其端子的极性 2 电压互感器电压互感器简称PT 是变换电压的设备 文字符号为TV 单相式电压互感器图形符号为 1 工作原理和接线方式电压互感器的基本结构原理如图4 17所示 它由一次绕组 二次绕组 铁芯组成 一次绕组并联在线路上 一次绕组匝数较多 二次绕组的匝数较少 相当于降低变压器 二次绕组的额定电压一般为100V 二次回路中 仪表 继电器的电压线圈与二次绕组并联 这些线圈的阻抗很大 工作时二次绕组近似于开路状态 图4 17电压互感器的结构原理 电压互感器的变压比用Ku表示式中 U1N U2N分别为电压互感器一次绕组和二次绕组额定电压 N1 N2为一次绕组和二次绕组的匝数 变压比Ku通常表示成如10 0 1kV的形式 电压互感器有单相和三相两大类 在成套装置内 采用单相电压互感器较为常见 3 电压互感器使用注意事项 电压互感器在工作时 其一 二次侧不得短路 电压互感器二次侧有一端必须接地 电压互感器在接线时 必须注意其端子的极性 图4 19JDZ 3 6 10型电压互感器外型结构 图4 20JSW 10型电压互感器外型结构 变压器的投运与停运 变压器的投运 变压器检修后 在投运前应做以下试验 1 主变在投入运行前 应用发电机做零起升压试验 2 其它变压器大修后投入运行或备用前 应用高压侧开关充电一次 变压器投运前的检查项目 一 1 变压器投入运行或备用前 所有有关工作票应办理终结并有可投运交待 拆除临时安全措施 恢复常设安全措施 现场清洁 2 相关保护和自动装置试验正常 3 变压器外壳与铁芯接地良好 4 油质及油色 油位正常 温度计指示正常 各部无渗漏油现象 5 瓦斯继电器内充满油 内部无气体 瓦斯继电器与油枕之间油门应打开 变压器投运前的检查项目 二 6 套管清洁 无裂纹 破损及放电痕迹 吸潮剂无潮解变色现象 呼吸管畅通 7 变压器本体及周围无杂物 8 防爆膜完整 压力释放器不动作 9 变压器分接开关位置一致 并与记录标注相符 10 冷却器进出油阀应打开 油泵 风扇启 停试验良好 冷却器电源切换正常 11 有载调压装置各部正常 信置指示正确 干式变压器投运前检查项目 1 中性点接地良好 2 外壳接地良好 3 无异物落在线圈及引线排上 4 所有紧固件无松动 5 测温装置完好 6 分接头连接片良好 三相位置一致 位置正确 7 线圈环氧绝缘层无开裂 剥落现象 8 各保护已按规定投运 9 变压器绝缘电阻合格 10 变压器门已锁好 变压器的停运 主变在退出运行前 应根据调度命令先倒换接地方式 变压器停电前合上其中性点接地刀闸 一般按照先停低压侧 后停高压侧的顺序 对单电源供电的先停负荷侧 后停电源侧 变压器停电后 应将其冷却装置停电 根据要求做好停电后的安全措施 变压器停 送电的操作原则 变压器在投入运行前 应先开启冷却装置 停运后再停用 变压器在停 送电前应合上各侧中性点接地刀闸 变压器的充电应从装有保护的高压侧进行 严禁降压变压器倒送电运行 一般情况下 主变不得从高压侧全电压冲击 应采取零起升压的方法 变压器投运前重瓦斯保护应投跳闸位置 变压器的正常运行 变压器的绝缘电阻变压器的运行变压器冷却装置运行变压器调压装置 一 变压器的绝缘电阻 变压器绝缘电阻的测量及要求 1 新装 检修后的变压器在投入运行前 应测量绝缘电阻合格 2 停用半月及以上的变压器投入运行前应测量其线圈绝缘电阻 并填入绝缘登记薄内 3 电压等级为6kV以上的绕组 测量绝缘电阻应使用2500V摇表 1KV及以下的绕组可选用1000V 或500V 摇表测量 4 测量形式 高对低 高对地 低对地 相间 测量后应对地放电 5 线圈绝缘电阻的允许值要求每千伏不小于1M 500V及以下的不小于0 5M 测量结果不得低于前次测量值的50 干式变压器在投运前 高压对地绝缘 应用2500V摇表测量 绝缘电阻应 300M 6 变压器线圈绝缘电阻吸收比应为R60 R15 1 3 备用中变压器定期测绝缘规定 1 备变定期测绝缘应经值长同意并在变压器停电状态下进行 2 备变定期工作期间应作好充分事故预想及防范措施 3 经测量绝缘合格 冲击试验良好后 即可投入备用 4 经投入备用的变压器 即视为带电设备 其运行中的检查项目同变压器运行中的检查项目 二 变压器的运行 变压器在运行中 允许电压在额定值的 5 以内变动 相应电流在 5 5 Ie内变化 此时 变压器的额定容量不变 变压器外加一次电压可比额定值高 但一般不应超过相应分接头电压值的5 变压器的温度变压器的过负荷运行 变压器的温度 1 强迫油循环风冷式变压器上层油温经常不应超过75 最高不得超过85 其最大温升不超过45 环境温度40 绕组平均温升不超过62 铁心绕组外部的电气连接或油箱中的结构件不超过80 2 油浸风冷或油浸自冷式变压器 上层油温经常不超过85 最高不应超过95 其最大温升不应超过50 3 干式变压器各部温度不应超过130 变压器的过负荷运行 1 正常方式下变压器不允许过负荷运行 2 变压器存在较大缺陷时 如冷却系统不正常 严重漏油 油质劣化等 不允许过负荷 3 在正常规定范围内和事故情况下可短时间过负荷运行 但应控制上层油温不超过规定值 干式变压器应监视其线圈温度不超过规定值 强迫油循环风冷变压器事故过负荷油浸自然循环冷却变压器事故过负荷 强迫油循环装置检查内容 1 油泵 电动机转动应正常 无杂音 2 油流量继电器指示正常且与冷油器状态对应 3 各冷油器应无漏油现象 4 运转中和备用中冷油器各截门都在开启状态 5 备用中的冷油器应投入 备用 位置或 辅助 位置 6 发现设备存在缺陷时 应及时通知有关班组及时处理 变压器调压装置规定 1 变压器无载调压装置的切换规定 1 切换变压器分接头工作应在变压器的各侧开关 刀闸断开的情况下 并做好安全措施后进行 2 切换分接头后 应检查三相分接头位置的一致性 正确性 3 切换分接头后 应由试验人员测量线圈电流电阻 以确定分接头位置 并应对分接头情况作好交待记录入册 2 有载调压装置的调整规定 1 正常情况下 有载调压分接头开关一般在DCS上操作调整 DCS不能调整时可在后备盘上或就地电动调整 只有电动失灵时才允许手动调整 每次调整后应检查分接头开关位置指示与机械位置一致 2 启备变有载调压装置允许运行中调整厂用6kV母线电压 调整时必须经值长同意 一人操作 一人监护 事故处理除外 3 分接变换指示器的指针转一周表示一次分接变换操作 指示盘分33格 一格相当于手摇把转一圈 4 当有载调压装置失控时 应立即按下 停止 按钮 通知检修处理 若此时分接头没有调整到所需要位置 可手动进行调节 5 切换时应加强监视 如发现电流电压无变化 不得继续操作 应查明原因 6 电机驱动的控制是采用级进原理 即在变换动作启动后 不管按钮是否被按下 都自动的 不可撤消的完成 紧急停止除外 只有当控制系统重新处于静止位置 才能进行下一次操作 7 当电动机构到达极限位置时 便不能再向下一级操作 当超越终点位置时 限位开关使电机停转 8 为了防止电动机构自动再起动 在手动操作之后 分接变换指示器的指针一定要位于绿色区域的中间位置 有载调压就地手动操作方法 1 戴好绝缘手套 将摇把插入上护板的电动机构轴端 此时即推动了安全开关 切断电动机的两相电源 2 安装联轴节 把电动机构和垂直传动轴联结起来 3 向一个方向转动手摇把直到切换开关动作 打响 在手摇电动机构过程中 要注意看分解变换指示器 它机械地反映着分接变换操作的进程 4 切换开关打响后即向同一方向继续摇动手摇把 同时开始计数变换指示器指针达到中央标志时所走的格数 记下所走格数A和传动方向 分接变换操作完成 有载调压装置的检查 1 分接开关头部 保护继电器和管路各接头的密封是否有漏油 2 电动机构箱体密封是否完好 3 电动机构中各控制电器的外观状态良好 4 如果保护继电器动作 必须对变压器和有载分接开关进行检查 5 重新投入运行前 要检查分接开关和变压器有没有损坏 在变压器没有检查前绝对不可投入运行 变压器的异常运行及事故处理 1变压器有下列情况之一 立即停运 1 不停电不能抢救触电人员时 2 变压器内部有强烈不均匀的噪声或爆炸声 3 正常负荷和冷却条件下 变压器温度异常升高超过极限值不断上升 经检查证明温度表指示正确 4 储油柜或安全气道防爆压力释放器喷油 5 严重漏油使油面下降低于瓦斯继电器而无法消除时 6 油色变化过甚 油内出现碳质等 7 套管有严重破损和放电闪络现象 8 变压器冒烟着火时 9 发生危及变压器安全的故障而变压器有关保护拒动时 10 变压器接线端子熔化 2变压器的异常运行及处理 1 值班人员发现变压器漏油 油位 温度 声音 振动 冷却系统不正常等 应尽快设法消除 并及时汇报值长和有关领导 2 变压器过负荷运行时 值班人员应严格按过负荷的规定进行调整 3 若变压器发生异常现象非停电不能消除时 应申请停机处理 3变压器发生下列异常时允许先联系后停电 1 套管裂纹 渗油 有放电现象和痕迹 2 各引线端子松动 发热变色 3 上部落物危及安全运行 不停电无法消除者 4 变压器过负荷 周围环境温度及冷却条件不变而变压器温度不正常升高 但未超过最高允许值 5 严重漏油使油面下降 油位指示在最低限位 瓦斯继电器内应充满油 6 变压器声音异常 且有增大趋势 但无放电声 7 0号启备变有载调压装置失灵 分接头调整失控手动无法调到正常时 8 油变色 油质明显劣化 4变压器过负荷的处理 1变压器过负荷时 应启动全部风机及冷却装置 事故状态下 按变压器事故过负荷允许时间规定执行 2变压器正常运行负荷超过允许值时 应联系值长 调整负荷 必要时投入备用变压器 3主变压器过负荷时 应报告值长转移负荷或联系调度限制出力 5变压器的油温超过规定的处理 1 检查变压器的负荷情况 是否超电流 并对照负荷检查油温和温度计 判明其指示是否正确 2 检查冷却器是否能够满足要求 有备用冷却器时 应投入备用冷却器 3 检查各组冷却器进出口油温之差及出入口风温之差 判断是否由于油泵进出口门未开所至 4 若冷却器故障 应尽快查明原因 同时注意监视主变上层油温并适当降低负荷至空载 5 若变压器冷却器正常 温度计指示正确 但变压器油温较同样负荷和冷却条件下高10 或负荷不变 温度不断上升 则认为变压器内部已有故障 应立即倒为备变运行或降负荷 并取油样分析 温度不断上升 且超过规定值时 应立即将变压器停运 6变压器油位不正常的处理 1 变压器正常运行中 油位因气温升高而超过最高限时 应联系检修及时放油 2 因气温急剧变化 油位明显偏低 应及时联系检修加油 3 变压器加油 放油 放气应将重瓦斯保护改投信号 4 因变压器漏油致使油位下降 应立即采取堵漏措施 并迅速加油至油位正常 5 大量漏油使变压器油位下降禁止将重瓦斯改投信号 如无法消除 变压器油位计已看不到油位 立即将变压器停用 7变压器轻瓦斯保护动作 1现象 警铃响 轻瓦斯动作 信号发出 2处理 1 当发轻瓦斯信号时 应加强监视变压器的电压 电流变化情况 2 检查温度 声音有无变化 3 检查是否因漏油引起 4 检查瓦斯继电器内有无气体 5 检查有无接地信号 各相电压是否平衡 二次回路有无故障 6 如果外部检查不能确定轻瓦斯动作原因 应取样分析 如果是空气进入时 变压器可继续运行 但应注意轻瓦斯继电器动作时间间隔 如间隔时间逐次缩短