电力变压器电子课件VIP

第五章电力变压器 第一节概述一 电力变压器的用途和分类 1 按功能分 电力变压器按功能分 有升压变压器和降压变压器两大类 工厂变电所都采用降压变压器 终端变电所的降压变压器 也称配电变压器 电力变压器按容量系列分 有 容量系列和 系列容量两大类 所谓 容量系列 是指容量等级是按 倍数递增递减的 在我国 旧的变压器容量等级采用此系列 如 等 所谓 容量系列 是指容量等级是按 倍数递增递减的 系列的容量等级较密 便于合理选用 这是国际电工委员会 推荐的 我国新的变压器容量等级均采用此系列 如 等 电力变压器按相数分 有三相变压器和单相变压器 在工厂变电所中一般都用三相变压器 电力变压器按结构型式分 有铁芯式变压器和铁壳式变压器 如果绕组包在铁芯外围 则为铁芯式变压器 如果铁芯包在绕组外围 则为铁壳式变压器 电力变压器按调压方式分 有无载调压和有载调压变压器两大类 用户 变电所 大多采用无载调压变压器 电力变压器按绕组形式分 有双绕组变压器 三绕组变压器和自耦变压器三大类 用户 变电所 大多采用双绕组变压器 电力变压器按冷却介质分 有干式和油浸式变压器两类 而油浸式变压器又分为油浸自冷式 油浸风冷式和强迫油循环风冷 或水冷 式三种类型 一般工厂变电所多采用油浸自冷式或油浸风冷式变压器 电力变压器按其绕组导体材质分 有铜绕组和铝绕组两种类型 二 电力变压器的结构电力变压器从结构上看 铁芯和绕组是变压器的两大主要部分 图 所示为普通三相油浸式三相电力变压器的结构图 以下介绍变压器几个主要部分的结构 信号温度计 铭牌 吸湿器 油枕 储油柜 油位指示器 油标 防爆管 瓦斯继电器 高压套管 低压套管 分接开关 油箱 铁芯 绕组及绝缘 放油阀 小车 接地端子 1 连接管2 螺钉3 法兰盘4 玻璃管5 硅胶6 螺杆7 底座8 底罩9 变压器油 3 吸湿器 10 分接开关 变压器调压是在变压器的某一绕组上设置分接头 当变换分接头时就减少或增加了一部分线匝 使带有分接头的变压器绕组的匝数减少或增加 其他绕组的匝数没有改变 从而改变了变压器绕组的匝数比 绕组的匝数比改变了 电压比也相应改变 输出电压就改变 这样就达到了调整电压的目的 6 防爆管 1 储油柜2 连接小管3 防爆管4 油箱 1 温度计 8 9 高 低压套管 绝缘套管是油浸式电力变压器箱外的主要绝缘装置 变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管 使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘 同时起到固定引出线的作用 铁芯铁芯是变压器的磁路 又是变压器的机械骨架 由铁芯柱和铁轭两部分组成 如图 所示 铁芯柱上套装绕组 铁轭使整个铁芯构成闭合回路 运行时变压器的铁芯必须可靠接地 绕组绕组是变压器的电路部分 为了保证变压器有足够的使用年限 对绕组的电气性能 耐热性能和机械强度都有严格的要求 一般配电变压器多采用同心式绕组 同心式绕组的原 副绕组绕成两个直径不同的圆筒形 低压绕组放在里面靠近铁芯 高压绕组套在外面 同心式绕组的结构如图 所示 由于这种绕组结构简单 制造方便 所以在工厂 变电所 中应用的非常广泛 图 已叠装好的叠接式铁芯 铁轭 铁芯柱 图 同心式绕组的结构 单相变压器 三相变压器 低压绕组 高压绕组 铁 绝缘变压器的绝缘部分分为外部绝缘和内部绝缘 外部绝缘是指油箱外部的绝缘 主要包括高 低压绕组引出的瓷绝缘套管和空气间隙绝缘 内部绝缘是油箱盖内部的绝缘 主要包括绕组绝缘和内部引线绝缘等 油箱及其他附件油箱是用钢板焊成的 油浸变压器的器身 如图 所示 就是装在充满变压器油的油箱内的 变压器油既是一种绝缘介质 又是一种冷却介质 为了使变压器油能较长久地保持良好的绝缘状态 一般在变压器的油箱上装有圆筒形的油枕 油枕通过连通管与油箱连通 油枕中的油面高度随着变压器油的热胀冷缩而变化 因此使变压器油与空气接触面积减少 从而减少油的氧化和水分的侵入 变压器器身结构 图 三相心式变压器器身结构 三 电力变压器的铭牌和额定值 变压器的铭牌数据是制造厂对变压器正常工作时所作的使用规定 变压器的额定值就标注在铭牌上 变压器按额定值运行称为额定运行 电力变压器的铭牌上主要标注了以下各项 变压器型号 额定视在功率 额定电压 额定电流 频率 相数 接线图与连接组别 阻抗电压 冷却方式等 下面介绍电力变压器的型号和额定值 电力变压器的型号电力变压器的型号表示和含义如下 电力变压器的额定值 额定容量额定容量是指在额定状态下变压器输出功率的保证值 单位为 由于电力变压器的效率极高 规定一次 二次侧容量相同 额定电压高压 一次 侧额定电压是指变压器在空载时 变压器额定分接头对应的电压 单位为 二次侧额定电压是指在一次侧加上额定电压时 二次侧的空载电压值 对三相电力变压器 额定电压是指线电压 额定电流根据变压器的额定容量和额定电压计算出来的电流称为变压器的额定电流 单位为 对三相电力变压器 额定电流是指线电流 另外 在额定运行时 变压器的频率 效率和温升均为额定值 四 电力变压器的联接组 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 所谓变压器的联接组别 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这里只介绍几种常用的联接组别 变压器 联接组图 所示为变压器 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 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 变压器 联接组图 所示为变压器 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 采用 和 联接组的优 缺点比较 采用 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 联接组的变压器有利于抑制高次谐波电流 由于采用 联接组的变压器的零序阻抗比采用 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 联接组的变压器更有利于低压侧单相接地保护动作 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 由于采用 压器的中性线允许电流大得多 因此采用 联接组的变压器承受单相不平衡负荷的能力比采用 联接组的变压器大得多 由于采用 联接组的变压器一次绕组的绝缘强度要求比采用 联接组的变压器低 因此制造成本也低于采用 联接组的变压器 但在 系统中 当中性线电流不超过绕组额定电流的 时 可选用采用 联接组的变压器 变压器 联接组 图 所示为变压器 联接组 由图可知 联接组两侧线电压相位差 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 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 第二节变电所主变压器台数和容量的选择 一 变电所主变压器台数的选择 车间变电所主变压器台数的选择 对于一般生产车间 尽可能装设一台变压器 如果车间的一 二级负荷所占比重较大 必须由两个电源供电时 应装设两台变压器 若该变电所与相邻车间变电所有联络线时 则亦可只装设一台变压器 当车间负荷昼夜变化较大时 或由独立车间变电所同时向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时 若选一台变压器在技术 经济上显然不合理 则应装设两台变压器 工厂总降压变电所变压器台数的选择 当工厂的绝大部分负荷属于三级负荷 其少量的一 二级负荷可由邻近工厂获得低压侧备用电源 时 可装设一台变压器 如果工厂的一 二级负荷所占比重较大时 必须装设两台变压器 两台变压器之间互为备用 当一台出现故障或进行检修时 另一台能承担对全部一 二级负荷的供电 特殊情况下可装设两台以上变压器 例如 分期建设的大型工厂 其变电所个数及变压器台数均可分期投建 从而变压器台数可能较多 又如 对引起电网电压严重波动的设备 电弧炉等 可装设专用变压器 从而使变压器台数增多 当变电所仅装设一台变压器时 其变压器容量应考虑有 的富裕量 以备发展的需要 二 变电所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所变压器容量的选择变压器的额定容量 应满足全部用电设备总计算负荷 的需要 即 30 装有两台主变压器的变电所变压器容量的选择每台主变压器的额定容量 应同时满足以下两个条件 任意一台变压器单独运行时 应能满足不小于总计算负荷 的 的需要 即 任意一台变压器单独运行时 应能满足全部一 二级负荷 的需要 即 车间变电所主变压器容量的上限 车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于 这是因为 一方面受到过去低压电器的断流能力及短路稳定度要求的限制 另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心 以减少低压配电系统的电能损耗和电压损耗 目前 我国已能生产出一些断流能力更大 短路稳定度更高的新型低压断路器 因此 如果车间负荷容量较大 负荷集中且运行合理时 也可以选用单台容量为 的电力变压器 这样可以减少主变压器台数 高压开关柜数量和电缆长度等 此外 在确定主变压器的容量时 应适当考虑负荷的发展 而主变压器的台数和容量的最后确定 应结合变电所最后确定的主接线方案 择优而定 例 某 变电所 已知总计算负荷为 其中一 二级负荷为 试选择变电所主变压器的台数和容量 解根据题目所给条件 该变电所有一 二级负荷 因此应选两台主变压器 其每台变压器的容量为 而且应同时满足 因此每台主变压器的容量应选择为 第三节变压器的运行和维护 一 变压器投入运行前的检查变压器安装结束 各项交接试验和技术特性测试合格后 便进入启动试运行阶段 这个阶段是指变压器开始带电 可能的最大负荷连续运行 所经历的过程 变压器投入运行前 应进行严格而全面的检查 检查项目如下 本体 器身 冷却装置及所有附件应无缺陷 且不渗油 轮子的制动装置应牢固 油漆应完整 相色标志正确 变压器顶盖上应无遗留杂物 事故排油设施应完好 消防设施应齐全 储油柜 冷却装置 净油器等油系统的油门均应打开 且指示正确 无渗油 接地引下线及其与主接地网的连接应满足设计要求 接地应可靠 铁芯和夹件的接线引出套管 套管的接地小套管及电压抽取装置不用时其抽出端子均应接地 备用电流互感器二次端子应短接接地 套管顶部结构的接触及密封应良好 储油柜和充油套管的油位应正常 套管清洁完好 分接头的位置应符合运行要求 有载调压切换装置的远动操作应动作可靠 指示位置正确 变压器的相位及绕组的联接组别应符合并联运行要求 测温装置指示应正确 整定值应符合要求 冷却装置试运行应正常 联动正确 水冷装置的油压应大于水压 强迫油循环的变压器 应启动全部冷却装置 进行循环 以上 放完残留的空气 二 变压器的运行标准 运行温度和温升标准 运行允许温度变压器的运行允许温度是根据变压器所使用绝缘材料的耐热强度而规定的最高温度 普通油浸式电力变压器的绝缘属于 级 即经浸渍处理过的有机材料 如纸 木材和棉纱等 其运行允许温度为 多年的变压器运行经验证明 变压器绕组温度连续运行在 时 就可以保证变压器具有适当的合理寿命 约 年 因此说温度是影响变压器寿命的主要因素 变压器油温若超过 时 油的氧化速度加快 老化得越快 试验表明 油温在 的基础上升高 氧化速度会加快一倍 因此要严格控制变压器油箱内油的温度 运行允许温升变压器的运行允许温度与周围空气最高温度之差为运行允许温升 空气最高气温规定为 同时还规定 最高日平均温度为 最高年平均温度为 最低气温为 温度与温升的关系允许温度 允许温升 周围空气的最高温度 例 某一台油浸自冷式变压器 当周围空气温度为 时 其上层油温为 问该变压器是否允许正常运行 解变压器的上层油温为 没有超过 的最高允许值 变压器的上层油的温升为 也没有超过允许温升值 所以该变压器是可以正常运行的 例 例 中的变压器 若周围空气温度为 上层油温为 问该变压器是否允许正常运行 解变压器的上层油温为 没有超过 的最高允许值 变压器的上层油的温升为 已超过了允许的温升值 所以 该变压器是不允许正常运行的 变压器的过负荷能力 变压器的额定容量和受温度影响的实际容量电力变压器的额定容量 是指在规定环境温度条件下 户外安装时 在规定的使用年限 一般为 年 内所能连续输出的最大视在功率 变压器的正常过负荷能力油浸式电力变压器在必要时可以过负荷运行而不致影响其使用寿命 变压器电源电压变化的允许范围 变压器在三相电流不平衡时的允许运行方式 变压器油的运行 变压器油的作用变压器油在变压器中起绝缘和冷却的作用 变压器油的试验变压器油的绝缘性能是保证变压器安全运行的重要因素 140页表5 4 变压器油的运行在变压器运行过程中 变压器油有可能与空气接触而发生氧化 氧化后生成的各种氧化物为酸性物质 变压器绕组的绝缘监视 绝缘电阻的测量 变压器绕组绝缘的判断 绝缘电阻的最小允许值142页表5 5 变压器的负载监测和油监测 对变压器负载的监测 对变压器油的监测 变压器的外部检查 变压器的特殊监测和检查 三 变压器正常运行时的监视和检查 四 变压器的并联运行将两台或两台以上变压器的一次绕组接到同上公共电源上 二次绕组也都并接后向负载供电 这种运行方式叫做变压器的并联运行 两台或多台变压器并联运行时 必须同时满足以下三个基本条件 所有并联变压器的额定一次电压和二次电压都必须分别相等 所有并联变压器的阻抗电压必须相等 所有并联变压器的联接组别必须相同 也就是说 所有并联变压器的一次电压和二次电压的相序和相位都应分别对应相同还应该指出 并联运行的变压器容量应尽量相同或相近 其最大容量和最小容量之比 一般不宜超过 变压器的不正常运行 不正常运行的现象 变压器的自动跳闸和灭火 联接组变压器的不对称运行和中性线问题 变压器的绕组故障 匝间短路 层间短路 绕组对油箱绝缘击穿短路 变压器的铁芯故障 变压器的套管故障变压器套管的破损常发生在对油箱的绝缘击穿或相间闪络 五 变压器的故障检查与分析 一 变压器检修的目的 类别和方法 变压器检修的目的变压器在运行过程中 由于受到长期发热 负荷冲击 电磁振动 气体腐蚀等因素影响 总会发生一些部件的变形 紧固件的松动 绝缘介质老化等变化 在初期是可以通过维护保养来发现并达到改善和纠正的目的 变压器检修的类别和方法变压器的计划预修 一般可分为三类 清扫 预防性试验 小修 小修工作范围包括 拆开个别部件 更换部分零件 清洗换油 系统调整等 大修 检修时需要将变压器全部拆卸解体 更换 修复那些有缺陷或有隐患的零部件 全面消除各种缺陷 恢复变压器原有的技术性能 六 变压器的检修 预防性试验 绝缘电阻及吸收比周期 年 次 标准 见150页表 绕组连同套管的泄漏电流周期 年 次 标准 见150页表 绕组连同套管的介质损耗角正切值 周期 不定期 必要时 标准 时 不大于150页表 所列数值 非纯瓷套管的 值和电容值周期 对不需要拆卸套管即能试验的 年 次 标准 见150页表 变压器检修的主要内容 油箱和套管中绝缘油试 绕组连同套管一起的直流电阻 油中溶解气体色谱分析 七 变压器的干燥 变压器器身的干燥处理条件 变压器干燥时的注意事项 变压器器身的干燥方法 1 感应加热干燥法 热风干燥法 烘箱干燥法 真空箱干燥法 在变压器外壳内真空干燥法 铁轭截面 形状 特点和适用范围 多级椭圆形截面 与椭圆形心柱截面相配合的一种铁轭截面 另外在有旁轭的铁心中 铁轭的截面需小于心柱的截面 当各级相对应时 一定做成多级椭圆形截面 用于旁轭截面为椭圆形的旁轭式铁心 五柱式铁心 的变压器 1 铁芯 变压器铁心的绝缘 铁心的绝缘与变压器其他绝缘一样 占有重要的地位 铁心绝缘不良 将影响变压器的安全运行 铁心的绝缘有两种 即铁心片间的绝缘以及铁芯片与结构件件的绝缘 1 铁芯 变压器铁心的接地 铁心必须接地 铁心是其金属结构件在线圈的电场作用下 具有不同的电位 与油箱电位又不同 虽然它们之间电位差不大 也将通过很小的绝缘距离而断续放电 放电一方面使油分解 另一方面无法确认变压器在试验和运行中的状态是否正常 因此铁心及其金属结构件必须经油箱面接地 对于铁心柱和铁轭螺杆 则由于电容的耦合作用认为它们与铁心电位一样 不需接地 且要确保电气接通 1 铁芯 变压器铁心的接地 1 铁芯 变压器铁心的接地 1 铁芯 变压器铁心的接地 有拉螺杆和吊螺杆时 上 下夹件各自相接 期间又通过拉螺杆相接 这样只要用一接地片将铁心和上夹件相接 除垫脚令与箱底接地外 其余部分经吊螺杆与箱盖接地 且铁心片是一点接地 1 铁芯 变压器铁心的接地 只有拉螺杆时 也用一接地片将铁心和上夹件相接 则铁心经上夹件 拉螺杆 下夹件 通过垫脚和箱底接地 1 铁芯 变压器铁心的接地 上下夹件绝缘时 即旧产品种既无拉螺杆又无拉板的夹紧结构中 则用接地片将铁心分别与上下夹件相接 这样整个铁心又上夹件经铁芯片 在通过垫脚和箱底接地 这种情况需要注意上下接地片位置要对称 即在铁心的同一层上 否则将产生电位差 1 铁芯 变压器铁心的接地 有拉板时 上下夹件由拉板连接 而垫脚与箱底一般是绝缘的 用一接地片将铁心和上夹件并联后再由10KV套管引出接地 或者铁心和上夹件由两个套管接地 才用一个接地套管时指监视器身的绝缘 采用两个接地套管时还可检查铁心有无多余接地点 1 铁芯 变压器铁心的接地 接地片为0 3mm厚的紫铜片 宽度为20 30mm或40mm 铜带表面要搪锡 以减少接触电阻 1 铁芯 变压器铁芯多点接地的故障特征 油中气体不断增加并析出 电弧放电故障时 气体析出量较之更高 更快 可能导致气体继电器动作发信号 甚至使变压器跳闸 铁芯局部过热 使铁芯损耗增加 甚至烧坏 过热造成的温升 使变压器油分解 产生的气体溶解于油中 引起变压器油性能下降 油中总烃大大超标 1 铁芯 2 绕组 绕组是变压器最基本的组成部分 它与铁心合称电力变压器本体 是建立磁场和传输电能的电路部分 电力变压器绕组由高压绕组 低压绕组 对地绝缘层 主绝缘 高 低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块 撑条构成的油道 高压引线 低压引线等构成 不同容量 不同电压等级的电力变压器 绕组形式也不一样 一般电力变压器中常采用同心式和交叠式两种结构形式 2 绕组 同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁心上 一般是将低压绕组放在里边 高压绕组套在外边 以便绝缘处理 但大容量输出电流很大的电力变压器 低压绕组引出线的工艺复杂 往往把低压绕组放在高压绕组的外面 同心式绕组结构简单 绕制方便 故被广泛采用 按照绕制方法的不同 同心式绕组又可分为圆筒式 螺旋式 连续式 纠结式等几种 2 绕组 交叠式绕组又叫交错式绕组 在同一铁心上 高压绕组 低压绕组交替排列 间隙聚焦国 绝缘较复杂 包扎工作量较大 它的优点是力学性能较好 引出线的布置和焊接比较方便 漏电抗较小 一般用于电压为35KV及以下的电炉变压器中 2 绕组 变压器高低压绕组的排列方式 是由多种因素决定的 但就大多数变压器来讲 是把低压绕级布置在高压绕组的里边 这主要是从绝缘方面考虑的 理论上 不管高压绕组或低压绕组怎样布置 都能起变压作用 但因为变压器的铁芯是接地的 由于低压绕组靠近铁芯 从绝缘角度容易做到 如果将高压绕组靠近铁芯 则由于高压绕组电压很高 要达到绝缘要求 就需要很多多的绝缘材料和较大的绝缘距离 这样不但增大了绕组的体积 而且浪费了绝缘材料 再者 由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头 即改变其匝数来实现的 因此把高压绕组安置在低压绕组的外边 引线也较容易 2 绕组 在一般情况下是在高压绕组上抽出适当的分接头 因为高压绕组常套在外面 引出分接头方便 另外高压侧电流小 引出的分接引线和分接开关的载流部分截面积小 开关接触部分也容易解决 3 分接开关 调压方式有无励磁调压和有载调压两种 无励磁调压时 不是变压器二次不带负载 而是把变压器各侧都与电网断开 在变压器无励磁情况下变换绕组的分接头 有载调压时 变压器时在不中断负载的情况下进行变换绕组的分接头 3 分接开关 变压器无励磁分接开关的额定电压范围较窄 调节级数较少 额定调压范围以变压器额定电压的百分数表示为 5 或 2 2 5 根据使用要求 在调压范围和级数不变的情况下 允许增加负分接级数 减少正分接级数 无励磁调压变压器在额定电压 5 范围内改变分接位置运行时 其额定容量不变 如为 7 和 10 分接时 其容量按制造厂的规定 如无制造厂规定 则容量应相应降低2 5 和5 3 分接开关 3 分接开关 变压器无励磁调压电路 由于绕组上引出分接头方式的不同 大致氛围4种 1 中性点调压电路 一般适用于电压等级为35KV及以下的多层圆筒式绕组 2 中性点 反接 调压电路 适用于电压等级为15KV以下的连接式绕组 3 中部调压电路 4 中部并联调压电路 适用于电压等级为35KV及以上的连续式或纠结式绕组 3 分接开关 a 中性点调压 b 中性点反接调压 c 中部调压 d 中部并联调压 3 分接开关 有载分接开关是在带负载情况下 变换变压器的分接 以达到调节电压的目的 在变换过程中 必须要有阻抗来限制分接间的循环电流 根据阻抗的不同可分为电抗式和电阻式两种 3 分接开关 电抗式有载分接开关的特点是 如果电抗器是按连续工作设计的 则在变换分接过程中可以停留在跨接两个分接头的位置工作 在所需要的调压级数相同的情况下 可使变压器绕组的分接头个数减少一半 另外 即使分接开关电动机构的供电电源在过渡过程的任意位置发生故障 变压器仍能继续运行 但其缺点是过渡时循环电流的功率因数较低 切换开关电弧触头的电寿命较短 由于用了电抗器 使变压器的体积增大 制造成本较高 3 分接开关 电阻式有载分接开关是一种油中切换 电阻过渡 埋入式有载分接开关 它的特点是过渡时间较短 循环电流的功率因数为1 切换开关电弧触头的电寿命比电抗式提高了许多 为了保证切换机构在切换过程能连续快速完成 都采用电动机构带动快速机构的弹簧储能 到释放位置时 快速机构的弹簧释放能量 此时即使电动机构停转都能使切换开关快速 可靠地完成切换 所以它是一种先进的有载分接开关 应用比较广泛 3 分接开关 3 分接开关 双电阻式有载分接开关的典型接线图和变换顺序图 3 分接开关 双电阻式有载分接开关的典型接线图和变换顺序图 3 分接开关 双电阻式有载分接开关的典型接线图和变换顺序图 3 分接开关 双电阻式有载分接开关的典型接线图和变换顺序图 4 油枕 当变压器油的体积随着油的温度膨胀或减小时 油枕起着调节油量 保证变压器油箱内经常充满油的作用 如没有油枕 油箱内的油面波动就会带来一下不利因素 一是油面降低时露出铁芯和线圈部分会影响散热和绝缘 二是随着油面波动空气从箱盖缝里排出和吸进 而由于上层油温很高 使油很快地氧化和受潮 油枕的油面比油箱的油面要小 这样 可以减少油和空气的接触面 防止油被过速地氧化和受潮 三是油枕的油在平时几乎不参加油箱内的循环 它的温度要比油箱内的上层油温的低的多 油的氧化过程也慢的多 因此有了油枕 可以防止油的过速氧化 变压器油枕有三种形式 波纹式 胶囊式 隔膜式 4 油枕 对于胶囊式油枕 为了使变压器油面与空气完全隔绝 其油位计间接显示油面 该油枕是通过在油枕下部的小胶囊 使之成为一个单独的油循环系统 当油枕的油面升高时 压迫小胶囊的油柱压力增大 小胶囊的体积被缩小了一些 于是在油位计反映出来的油位也高起来一些 且其高度与油枕中的油面成正比 相反 油枕中的油面降低时 压迫小胶囊的油柱压力也将减少 使小胶囊体积也相对地要增大一些 反应在油位计中的油面就要降低一些 且其高度与油枕中的油面成正比 换句话说 它使通过油枕油面的高 低变化 导致小胶囊压力大小发生变化 从而使油面间接地 成正比地反应油枕油面高低的变化 4 油枕 对于隔膜式油枕 可安装磁力式油表 油表连杆机构的滚轮在薄膜上不受任何阻力 能自由 灵活地伸长与缩短 磁力表上部有接线盒 内部有开关 当油枕的油面出现最高或最低位置时 开关自动闭合 发出报警信号 4 油枕 1 油位计 2 气体继电器连通导管的法兰 3 吸湿器连通管 4 集污盒 5 注油孔 6 与防爆管连通的法兰 7 吊环 8 端盖 9 10 阀门 4 油枕 5 气体继电器 A 罩B 项针C 气塞D 磁铁E 开口杯F 重锤G 探针H 支架K 弹簧L 挡板M 磁铁N 螺杆P 干簧接点 跳闸用 Q 调节杆R 干簧节点 信号用 S 套管T 嘴子 5 气体继电器 重瓦斯动作整定 5 气体继电器 6 吸湿器 吸湿器又名呼吸器 常用吸湿器为吊式吸湿器结构 吸湿器内装有吸附剂硅胶 油枕内的绝缘油通过吸湿器与大气连通 内部吸附剂吸收空气中的水分和杂质 以保持绝缘油的良好性能 为了显示硅胶受潮情况 一般采用变色硅胶 变色硅胶原理是利用二氯化钴 CoCL2 所含结晶水数量不同而有几种不同颜色做成 二氯化钴含六个分子结晶水时 呈粉红色 含有两个分子结晶水时呈紫红色 不含结晶水时呈蓝色 6 吸湿器 变色硅胶的配制方法是把二氯化钴配成质量分数为5 的溶液 然后选用一定数量的硅胶在120 160 烘箱干燥5 6小时 冷却后放入配好质量分数为5 的二氧化钴溶液中 浸泡10 15分钟 待吸饱二氯化钴后成粉红色 再经120 160 烘干变成蓝色便可使用 安装在隔膜式储油柜上的呼吸器在罩内可不注油 以保证储油柜呼吸畅通 6 吸湿器 呼吸器的作用是提供变压器在温度变化时内部气体出入的通道 解除正常运行中因温度变化产生对油箱的压力 呼吸器内硅胶的作用是在变压器温度下降时对吸进的气体去潮气 油封杯的作用是延长硅胶的使用寿命 把硅胶与大气隔离开 只有进入变压器内的空气才通过硅胶 6 吸湿器 7 净油器 净油器又名热吸虹器 是用钢板焊接成圆筒形的小油罐 罐内也装有硅胶或活性氧化铝吸附剂 当油温变化而上下流动时 经过净油器达到吸取油中水分 渣滓 酸 氧化物的作用 3150KVA及以上变压器均有这种净化装置 净油器安装再变压器上部时净化效率高 装在下部时易于更换 安装位置视情况而定 7 净油器 7 净油器 8 防爆管 防爆管又名安全气道 装在油箱的上盖上 由一个喇叭形管子与大气相通 管口用薄膜玻璃板或酚醛纸板封住 为防止正常情况下防爆管内油面升高使管内气压上升而造成防爆薄膜松动或破损及引起气体继电器误动作 在防爆管与储油柜之间连接一小管 已使两处压力相等 8 防爆管 防爆管的作用使当变压器内部发生故障时 将油里分解出来的气体及时排出 以防止变压器内部压力骤然增高而引起油箱爆炸或变形 容量为800KVA以上的油浸式变压器均装有防爆管 且其保护膜的爆破压力应低于50662 5Pa 9 散热器 散热器分为片式散热器和扁管散热器片式散热器是用板料厚度为1mm的波形冲片 靠上下集油盒或油管焊接组成 20KVA以下的油浸式电力变压器 平顶油箱的散热面已足够 50 200KVA的油浸式电力变压器可采用固定式散热器 200 6300KVA油浸式电力变压器 可采用可拆式片式散热器 散热器通过法兰盘固定再油箱壁上 油浸式变压器冷却装置包括散热器和冷却器 不带强油循环的称为散热器 带强油循环的称为冷却器 9 散热器 9 散热器 扁管散热器分为自冷式和风冷式两种 自冷式的只在集油盒单面焊接扁管 风冷式扁管散热器有88管 100管 120管三种 扁管在集油盒两侧焊接 为了加强冷却 每只散热器下安装两台电风扇 不吹风时 散热能力为额定散热量的60 左右 9 散热器 10 冷却器 当变压器上层油温与下部油温产生温差时 通过冷却器形成油温对流 经冷却器冷却后流回油箱 起到降低变压器温度的作用 冷却器有强油风冷却器 新型大容量风冷却器 强油水冷却器 10 冷却器 11 温度计 大型变压器都装有测量上层油温的带电接点的测温装置 它装在变压器油箱外 便于运行人员监视变压器油温情况 11 温度计 WTQ 288型电接点压力式温度计结构 11 温度计 12 高 低压套管 绝缘套管是油浸式电力变压器箱外的主要绝缘装置 变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管 使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘 同时起到固定引出线的作用 第三节变压器的工作原理 变压器的一次绕组 一次绕组 与交流电源接通后 经绕组内流过交变电流产生磁通 在这个磁通作用下 铁芯中便有交变磁通 即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能 在铁芯中同时交 环 链原 副边绕组 二次绕组 由于电磁感应作用 分别在原 二次绕组产生频率相同的感应电动势 如果此时二次绕组接通负载 在二次绕组感应电动势作用下 便有电流流过负载 铁芯中的磁能又转换为电能 这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理 1 变压器的工作原理 在主磁通的作用下 两侧的线圈分别产生感应电势 电势的大小与匝数成正比 K为变压器变比 1 变压器的工作原理 变压器匝数多的一侧电流小 匝数少的一侧电流大 变压器的原 副线圈匝数不同 起到了变压作用 变压器一次侧为额定电压时 其二次侧电压随着负载电流的大小和功率因素的高低而变化 变压器电流之比与一 二次绕组的匝数成反比 即 2 变压器各电磁量的正方向 3 变压器变比和参数的测定方法 1 变压器的空载运行变压器一次绕组接电源 二次绕组开路 负载电流为零 这种情况即为变压器的空载运行 和为一 二次绕组的匝数分别绕在两个铁心柱上 2 变压器的负载运行一次侧接交流电源 二次侧接负载 二次侧中便有负载电流流过 这种情况称为负载运行 3 变压器变比和参数的测定方法 3 变压器变比和参数的测定方法 3 变压器等效电路参数的测定 1 空载实验用大写字母表示高压端 小字母表示低压端 空载试验可在任一边作 但考虑到空载试验所加电压较高 其电流较小 为试验的安全和仪器仪表选择方便 一般在低压侧作 如下图所示 测定方法 在原边侧加副边侧开路 读取 3 变压器变比和参数的测定方法 2 短路试验因短路试验电流大 电压低 一般在高压侧作 从等效电路可见 外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降 所以当很低时 电流即到达额定 该电压为 在时 读取 计算短路参数 3 变压器变比和参数的测定方法 短路试验时使电流达到额定值时所加电压称为阻抗电压或短路电压 阻抗电压用额定电压百分比表示时有 阻抗电压百分比是铭牌数据之一 是变压器的主要参数 阻抗电压的大小反映变压器在额定负载下运行时 漏阻抗压降的大小 4 变压器额定值的含义和作用 1 额定容量 指变压器的视在功率 对三相变压器指三相容量之和 单位 伏安 VA 千伏安 kVA 2 额定电压 指电源加到原边绕组上的电压 是副边绕组开路即空载运行时副绕组的端电压 对于三相变压器一般指线电压值 单位 伏 V 千伏 kV 4 变压器额定值的含义和作用 3 额定电流 由和计算出来的电流 即为额定电流对单相变压器 对三相变压器 4 变压器额定值的含义和作用 3 额定电流 由和计算出来的电流 即为额定电流对单相变压器 对三相变压器 4 额定频率 我国规定标准工业用电频率为50赫 Hz 有些国家采用60赫 此外 额定工作状态下变压器的效率 温升等数据均属于额定值 4 变压器额定值的含义和作用 5 变压器电压调整率的含义 1 变压器的外特性在电源电压不变的情况下 变压器二次侧接入负载后 一 二次绕组都有电流通过 必然产生一 二次侧的内阻抗压降 从而使二次电压随负载的增减而变化 二次电压从随二次电流变化的特性曲线称为变压器的外特性 5 变压器电压调整率的含义 2 电压调整率一般情况下 外特性曲线近似一条略向下倾斜的直线 且倾斜的程度与负载的功率因数有关 对于感性负载 功率因数愈低 下倾愈烈 从空载到满载 二次电压变化的数值与空载电压的比值称为电压调整率 即电力变压器的电压调整率一般为2 3 6 三相变压器联接组别 变压器联接组别 是表征变压器原 副绕组线电势相位差的一种标记 高压侧 首端用A B C 末端X Y Z 7 三相变压器绕组的标记 低压侧 首端用a b c 末端用x y z 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 7 三相变压器绕组的极性 7 三相变压器绕组的极性 如果原副绕组绕向相同 标记相同 即把同名端都标为首端 末端 则具有同样标记的原副绕组电动势EXA与Exa的相位就是相反的了 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 1 联结方法三相变压器的原 副绕组的连接方法有 星 Y 形连接和三角 D 形连接两种 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 2 联结组根据变压器原 付方对应的线电压之间的相位关系 把变压器绕组的连接分成不同的组合称为绕组的联结组 实践与理论证明 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 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 4 国家标准联结组Y Yn 12 Y D 11 Yn D 11 Yn Y 12 Y Y 12 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 A B C a b c 0 B Aa C c b 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 B Aa C c b 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 A B C c a b A B C a b c 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 A B C a b c A B C c a b 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 Aa c b B C Y y4 Aa b c B C Y d9 Aa c b B C D d2 B C Aa b c D d4 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 5 变压器绕组的极性及其测定进行绕组极性测定时 首先用万用表的欧姆档确认出哪两个出线端属于同一线圈的端子 然后再辨认不同线圈的同极性端 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 1 交流测定法实验电路如图所示 首先用一段粗导线将一 二次绕组中各选出的一个端子 如端子1和3 联接起来 然后在一个绕组的端子上 一般取高压绕组 加上一较低的交流电压 用电压表测量一 二次绕组另外两端子 即2和4 之间的电压和两绕组电压 若 则被短接的两个端子 1和3 为同名端 反之 则为异名端 而这时即可判定端子1和4或2和3为同名端 8 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法 2 直流测定法实验电路如图所示 在端子1 2间串联接入一个直流电源E和开关S 在另一绕组的两端子 3和4 串接一个直流毫安表 当电源E和毫安表的极性如图所示时 在S合上的瞬间 若毫安表的指针正向摆动 则表明接表正极的端子3和接电源正极的端子1为同名端 若表针反向摆动 则端子1和4为同名端 第四节变压器的故障处理 油浸式电力变压器的故障分为内部故障和外部故障 内部故障 变压器油箱内发生的各种故障 其主要类型有 各相绕组之间发生的相间短路 绕组的线匝之间发生的匝间短路 绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等 外部故障 变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障 其主要类型有 绝缘套管闪络或破碎而发生的解体短路 引出线之间发生相间故障等而引起变压器内部故障或绕组变形 油浸式电力变压器的故障分为内部故障和外部故障 变压器内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类 热故障通常为变压器内部局部过热 温度升高 根据其严重程度 热故障常被分为轻度过热 低于150 低温过热 150 300 中温过热 300 700 高温过热 一般高于700 四种故障情况 电故障通常指变压器内部在高电场的作用下 造成绝缘性能下降或劣化的故障 根据放电的能量密度不同 电故障又分为局部放电 火花放电和高能电弧放电三种故障类型 主要指变压器出口短路 以及内部引线或绕组间对地短路 及相与相之间发生的短路而导致的故障 短路电流引起绝缘过热故障变压器突发短路时 其高 低压绕组可能同时通过为额定值数十倍的短路电流 它将产生很大的热量 使变压器严重发热 当变压器承受短路电流的能力不够 热稳定性差 会使变压器绝缘材料严重受损 而形成变压器击穿及损毁事故 1 短路故障 短路电动力引起绕组变形故障变压器受短路冲击时 如果短路电流小 继电保护正确动作 绕组变形将是轻微的 如果短路电流大 继电保护延时动作甚至拒动 变形将会很严重 甚至造成绕组损坏 对于轻微的变形 如果不及时检修 恢复垫块位置 紧固绕组的压钉及铁轭的拉板 拉杆 加强引线的夹紧力 在多次短路冲击后 由于累积效应也会使变压器损坏 1 短路故障 放电故障对变压器绝缘的影响放电对绝缘有两种破坏作用 一种是由于放电质点直接轰击绝缘 使局部绝缘受到破坏并逐步扩大 使绝缘击穿 另一种是放电产生的热 臭氧 氧化氮等活性气体的化学作用 使局部绝缘受到腐蚀 介质损耗增大 最后导致热击穿 2 放电故障 固体绝缘故障固体纸绝缘是油浸式变压器绝缘的主要部分之一 包括 绝缘纸 绝缘板 绝缘垫 绝缘卷 绝缘绑扎带等 其主要成分是化纤素 一般信纸的聚合度为13000左右 当下降至250左右 其机械强度已下降了一半以上 极度老化致使寿命终止的聚合度为150 200 绝缘纸老化后 其聚合度和抗张强度将逐渐降低 并生成水 CO CO2 这些老化产物大都对电气设备有害 会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻率降低 介质增大 抗拉强度下降 甚至腐蚀设备中的金属材料 3 绝缘故障 液体油绝缘故障液体绝缘的油浸变压器是1887年由美国科学家汤姆逊发明的 1892年被美国通用电气公司等推广应用于电力变压器 这里所指的液体绝缘即是变压器油绝缘 油浸变压器的特点 大大提高了电气绝缘强度 缩短了绝缘距离 减小了设备的体积 大大提高了变压器的有效热传递和散热效果 提高了导线中允许的电流密度 减轻了设备重量 它是将运行变压器器身的热量通过变压器油的热循环 传递到变压器外壳和散热器进行散热 从而提高了有效的冷却降温水平 由于油浸式密封而降低了变压器内部某些零部件和组件的氧化程度 延长了使用寿命 3 绝缘故障 变压器油劣化的原因按轻重程度可分为污染和劣化两个阶段污染是油中混入水分和杂质 这些不是油氧化的产物 污染的绝缘性能会变坏 击穿电场强度降低 介质损失角增大 劣化是油氧化后的结果 当然这种氧化并不仅的产物 污染油的绝缘性能会变坏 击穿电场强度降低 介质损失角增大 3 绝缘故障 温度的影响电力变压器为油 纸绝缘 在不同温度下油 纸中含水量有着不同的平衡关许曲线 一般情况下 温度升高 纸内水分要向油中析出 反之 则纸要吸收油中的水分 因此温度较高时 变压器内绝缘油的微水含量较大 反之 微水含量就小 变压器的寿命取决于绝缘的老化程度 而绝缘的老化又取决于运行的温度 如油浸式变压器在额定负载下 绕组平均温升为65 最热点温升为78 若平均环境温度为20 则最热点温度为98 在这个温度下 变压器可运行20 30年 若变压器超载运行 温度升高 促使寿命缩短 国际电工委员会认为 A级绝缘的变压器载80 140 温度范围内 温度每增加6度 变压器绝缘有效寿命降低的速度就会增加一倍 这就是6度法则 说明对热的限制已比过去认可的8度法则更为严格 3 绝缘故障 湿度的影响水分的存在将加速纸纤维素降解 因此 CO和CO2的产生与纤维素材料的含水量也有关 当湿度一定时 含水量越高 分解出的CO2越多 反之 含水量越低 分解出的CO就越多 3 绝缘故障 过电压的影响暂态过电压的影响 三相变压器正常运行产生的相 地间电压时相间电压的58 但发生单相故障时 主绝缘的电压对中性点接地系统将增加30 对中性点不接地系统将增加73 因而可能损伤绝缘雷电过电压的影响 雷电过电压由于波头陡 引起纵绝缘 匝间 相间绝缘 上电压分布很不均匀 可能在绝缘上留下放电痕迹 从而使固体绝缘受到破坏 操作过电压的影响 由于操作过电压的波头相当平缓 所以电压分布近似先行 操作过电压由一个绕组转移到另一个绕组上时 约与这两个绕组间的匝数成正比 从而容易造成主绝缘或相间绝缘的劣化和损坏 3 绝缘故障 短路电动力的影响出口短路时的电动力可能会使变压器绕组变形 引线移位 从而改变了原有的绝缘距离 使绝缘发热 加速老化或受到损伤造成放电 拉弧及短路故障 3 绝缘故障 4 铁心故障 电力变压器正常运行时 铁心必须有一点可靠接地 若没有接地 则铁心对地的悬浮电压 会造成铁心对地断续性击穿放电 铁心一点接地后消除了形成铁心悬浮电位的可能 但铁心出现两点以上接地时 铁心间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流 并造成铁心多点接地发热的故障 变压器的铁心接地故障会造成铁心局部过热 严重时 铁心局部温升增加 轻瓦斯动作 甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故 烧熔的局部铁心片间的短路故障 使铁损变大 严重影响变压器的性能和正常工作 以致不许更换铁心硅钢片加以修复 有关资料统计表明 因铁心问题造成的故障比例 占变压器各类故障的第三位 4 铁心故障 故障原因 1 安装过程重的疏忽 完工后未将变压器油箱顶盖上运输用的定位钉翻转或卸除 2 制造或大修过程重的疏忽 铁心夹件的支板距心柱太近 硅钢片翘凸而触及夹件支板或铁轭螺杆 3 铁心下夹件垫脚与铁轭间的纸板脱落 造成垫脚与硅钢片相碰或变压器进水纸板受潮形成短路接地 4 潜油泵轴承磨损 金属粉末沉积箱底 受电磁力影响形成导电小桥 使铁轭与垫脚或箱底接通 4 铁心故障 故障原因 5 油箱中不慎落入金属异物 如铜丝 焊条或铁心碎片等造成多点接地 6 下夹件与铁轭阶梯间的木垫受潮或表面附有大量油泥 水分 杂质使其绝缘被破坏 7 变压器的油泥污垢堵塞铁心纵向散热油道 形成短路接地 8 变压器油箱和散热器等在制造过程中 由于焊渣清理不彻底 当变压器运行时 在油流的作用下 杂质往往被堆积在一起 使铁心与油箱壁短接 4 铁心故障 故障影响铁心局部过