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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 1 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 2 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 3 变压器的分类 1 按用途分类 电力变压器 在电力系统中作输 配电用测量变压器 用于控制 测量 如电压互感器和电流互感器特种变压器 如电焊 试验 整流 调压 控制等变压器2 按相数分类 单相变压器 如试验变压器 三相变压器 电力系统中大部分都是多相变压器3 按铁心结构分类 心式变压器和壳式变压器 4 变压器的分类 4 按绕组分类 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 双绕组变压器 高 低压绕组每相各具有一个绕组三绕组变压器 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 油浸自冷式变压器 油浸风冷式变压器 强迫油循环水冷式 强迫油循环风冷式变压器 干式变压器 水内冷却式变压器 5 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 5mm 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 6 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 7 变压器基本结构 油侵式电力变压器 变压器的结构简介 8 9 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 SN U1N三相变压器的一次绕组的额定电流为 I1N SN 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 10 本部变压器简介 本部主要变压器一览表 11 12 变压器基本原理 13 14 莲湖主变调压开关操作箱 端子箱及温度表 15 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 16 本部变压器简介 SC9系列干变 莲湖生活变 17 本部变压器简介 SCB9系列干变 18 其它变压器 励磁整流变压器 三相整流变压器 19 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 20 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 21 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ABCXYZO低压绕组abcxyzo1 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 22 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 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 23 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 24 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 25 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 1 只规定下限 没有上限 越大越好 a 吸收比 绝缘电阻 b 套管间带电距离 c 绝缘承受能力 d 局部放电试验时间与次数 工频耐压试验时间与次数 e 电极表面场强 f 突发短路试验次数 g 冲击试验次数 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 a 空载损耗 负载损耗 b 空载电流 c 总损耗 d 绕组与油面顶层温升 e 介质损耗率 f 噪声水平 g 局部放电量 h 绕组热点温升 短路时绕组允许温度 i 过激磁能力 j 油中含水量与含气量 油的带电度 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 26 3 既规定上限 又规定下限 a 阻抗电压 b 电压比 c 冲击电压波形及峰值 d 不平衡电阻 4 没有偏差要求的参数 a 零序阻抗 b 空载电流谐波分析 c 辅助风扇电机 泵的功率消耗 d 涌流 5 允许校正的标准值 a 高海拔温升限值 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 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 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a 试验空载损耗与空载电流时电压波形 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 27 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 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 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 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 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 28 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 29 变压器的温升与冷却 表2油浸式变压器的温升限值 变压器的允许温升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 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 30 变压器的温升与冷却 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 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YAEBFHC90105120130150180180以上 31 主变温控装置 32 33 油浸吹风冷却变压器有两种冷却方式可供选择 油浸吹风冷却即ONAF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 34 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 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 从允许绕组温升而言 吸风后仍能符合允许温升限值从节能角度讲 这是不经济吹风冷却 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 35 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 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 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 36 莲湖主变分接开关示意图 变压器的运行及维修 37 莲湖主变分接开关示意图 38 有载调压分接开关操作面板 39 MRV结构图 40 MA9电动机构 变压器的运行及维修 41 分接开关常见故障如下 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 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 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 由于切换位置错误 引起分接开关烧坏 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 有载调压分接开关的常见故障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 分接开关密封不严而进水 造成相间短路 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 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 42 变压器保护系统的检查熔丝保护的检查 继电保护装置的检查瓦斯保护的检查监视装置的检查包括电流表 电压表和温度测量仪表等 冷却系统的检查外表的检查 变压器投入运行前的检查 变压器的运行及维修 43 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 44 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 2 现场巡视检查内容和项目检查上层油温是否正常 油枕上的油位 油色是否正常 有无渗漏油现象 绝缘件表面是否清洁 有无破损及放电痕迹等不正常现象 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 导电排的螺栓接关有无过热现象 示温片有无熔化现象 防爆管上的防爆膜是否完好 冷却系统的运转情况是否正常 呼吸器的干燥剂是否吸湿变色 变压器的箱壳有无渗漏油现象 各附件是否清洁 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 T572 95电力变压器运行规程 45 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 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 气味 新油略有一点煤油味 如有其它气味 说明油质变坏 变压器油的运行要求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 应避免受阳光的照射已发生过热分解或有闪络故障 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 46 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 47 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 可能是滤油 加油和冷却系统不严密 使空气进入变压器 因温度下降和漏油使油位缓慢降低 变压器内部产生少量气体 内部发生其它故障 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 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 此时变压器仍可继续运行 如气体为黄色 不易燃 且一氧化碳含量大于是1 说明固体绝缘物质因过热而分解 有损坏现象 如气体颜色为灰色且易燃 氢含量在30 以下 有焦油味 闪点显著降低 说明已发生过热分解或有闪络故障 如气体颜色为淡色