电力变压器PPT课件

.,1,第二章电力变压器,变压器是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理将一次侧的能量传递到二次侧供用户使用，同时根据输配电的需要将电压变高或变低改变电能的参数。在电力系统中依靠变压器将不同电压等级的输电线路连接起来。需要变压器升压、降压的原因变压器的分类按用途分类：电力变压器、特种变压器、仪用互感器按冷却方式分为：油浸式和干式,.,2,第一节变压器的工作原理与结构一、工作原理:电磁感应原理1、工作过程:(如图2-1)，闭合的铁芯上绕有两个互相绝缘的绕组其中接入电源的一侧叫一次绕组，输出电能的一侧叫二次绕组。,图2-1单相变压器的原理图,当交流电源电压U1加到一次绕组后，就有交流电流I1通过该绕组并在铁芯中产生交变磁通。这个交变磁通不仅穿过一次绕组，同时也穿过二次绕组，两个绕组中将分别产生感应电势E1和E2。,.,3,这时若二次绕组与外电路的负载接通，便会有电流I2流入负载Z，即二次绕组就有电能输出。变压器将一次绕组输入的能量传递到了二次侧供用户使用。2、变压器的变比：（讨论变压器一、二次侧电压的关系）设：一次绕组的匝数为N1，二次绕组的匝数为N2一次绕组感应电势E1=4.44fN1m(V)二次绕组感应电势E2=4.44fN2m(V),由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可忽略不计，故可近似地认为：U1E1；U2E2。即变压器一次侧的端电压有效值近似等于一次侧的感应电势有效值，二次侧端电压有效值近似电压二次侧感应电势的有效值。即公式：,.,4,3、一,二次电流的关系:由于变压器的内部损耗很小，可以忽略不计，则变压器的输出功率等于输入功率，即从而,上式说明：变压器一、二次电压之比与一、二次绕组的匝数成正比;一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数成反比。即匝数多的一侧电压高、电流小；匝数少的一侧电压低、电流大。结论：变压器利用电磁感应原理，将一次绕组输入的能量传递到了二次侧，同时改变了电能的参数：对降压变压器而言把高电压变成了低电压，把小电流变成了大电流。而且只要知道其中某一侧的电压或电流，通过变比便可以求出另一侧的电压和电流。,.,5,二、变压器的结构电力变压器的基本结构组成：,.,6,图2-2电力变压器结构图,.,7,1.铁芯（！）铁芯结构铁芯是变压器的磁路部分。由铁芯柱和铁轭组成。套绕组的部分称铁芯柱，连接铁芯柱的部分叫铁轭，磁通在铁芯中形成闭合回路。大容量变压器为了减低高度、便于运输，常采用三相五柱铁芯结构。这时铁轭截面可以减小，因而铁芯柱高度也可降低。按铁芯型式，变压器可分为心式和壳式两种。心式变压器的绕组包围着铁芯，壳式变压器则是铁芯包围着绕组。由于芯式变压器的结构简单，绕组的布置和绝缘比较容易，我国主要采用芯式铁芯，只有特种变压器才采用壳式铁芯。,.,8,图2-4内铁式变压器的铁芯和绕组(a)单相内铁式变压器的铁芯和绕组；(b)三相内铁式变压器的铁芯和绕组1一铁芯柱；2一铁轭；3一绕组,.,9,（2）.铁芯材料由于变压器铁芯内的磁通是交变的，故会产生磁滞损耗和涡流损耗。为了减少这些损耗，变压器铁芯一般用含硅5%厚度为O.35mm或O.3mm、0.27mm的冷轧硅钢片叠制而成，硅钢片的两面涂有绝缘用的硅钢片漆(0.010.13mm厚)并经过烘烤。2.绕组：绕组是变压器的电路部分。材料：通常采用绝缘铜线或铝线绕制而成，匝数多者称为高压绕组，匝数少者称为低压绕组。在高压绕组上有若干分接头供调压使用。,.,10,绕组分类：可分为同心式和交叠式两种。1.同心式绕组:它是把一次、二次绕组分别绕成直径不同的圆筒形线圈套装在铁芯柱上，高、低压绕组之间用绝缘纸相互隔开。低压绕组靠进铁芯，高压绕组在外层。这样可以降低绕组对地的绝缘水平，节省投资,同时便于从高压绕组引出分接头。2交叠式绕组：它是把一次、二次绕组按一定的交替次序套装在铁芯柱上。这种绕组的高、低压绕组之间间隙较多。3.绝缘1）绝缘等级绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级，变压器一般采用级绝缘。表3一l绝缘材料的耐热等级与极限温度,.,11,2绝缘结构变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种。外绝缘指的是油箱外部的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等，主要材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。4.分接开关作用：调整电压分类：无励磁调压分接开关和有载调压分接开关原理：高压绕组有若干分接头，低压绕组为固定匝数，改变高压绕组的匝数，从而改变低压绕组的输出电压。分接头在高压绕组的原因：原因一是高压绕组匝数多、电压高、电流小，使分接开关的引线和开关的载流部分截面小，有利于分接开关的接触和调整分接开关时减小电弧；原因二是高压绕组布置在外层，便于引出接线。,.,12,无励磁调压分接开关:什么叫无励磁调压？10kV的配电变压器只有一对5%的分接头，共3个抽头，表示为UN5%；容量在8000kVA及以上，相电流在800A及以下，电压35kV及以上高压绕组有两对2.5分接头，共5个抽头，表示为UN22.55%和22.5的意义有载调压开关:是从变压器绕组（高压绕组）中引出若干分接头，通过有载分接开关，在保证不切断负载电流的情况下，由一个分接头“切换”到另一分接头，以变换绕组的有效匝数。,图3-28单电阻、单臂、有载调压电路示意图(a)切换前；(b)Kl接到“1”上；(c)K2离开“2”；(d)切换后,.,13,5.油箱油箱是变压器的承载部件，也是变压器的外壳，里面装满了变压器油，绕组和铁芯也放置在里面。油浸式电力变压器油箱按容量分为：吊器身式和吊箱壳式吊器身式：6300KVA及以下变压器吊箱壳式（钟罩式）：8000KVA及以上变压器,.,14,6.冷却装置小容量：油浸自冷式，容量较小无散热管，仅靠油箱散热。容量稍大，加装散热片或散热管。大容量：为了提高冷却效果，加装冷却风扇，称风冷。50000KVA以上：强迫油循环水冷或风冷,.,15,7储油柜(又称油枕),储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通，作用：1、储油和补油的作用：使变压器的油箱总是装满油。2、减小空气与绝缘油的接触面积，从而减缓绝缘油被氧化和吸湿的速度。,.,16,8.防爆管防爆管安装在变压器油箱顶盖上，是一个钢质园管，出口处有玻璃防爆膜密封，作为油箱内部发生故障而产生过高压力时的一种释放保护，所以又称为安全气道。,.,17,9.吸湿器,吸湿器里面装满了吸湿剂硅胶（氯化钙或氯化钴）变色硅胶受潮后由蓝色变为粉红色吸湿器的作用：1、使进入变压器储油柜上部空间的空气被吸湿，过滤掉工业粉尘和其它杂质。2、呼吸作用,.,18,10.高、低压绝缘套管变压器的套管是将变压器绕组的高、低压引线引到油箱外部的绝缘装置。作用：1、引线对地(油箱)的绝缘。2、固定和支持引线。套管结构：带电部分和绝缘部分带电部分：导电杆、导电管、电缆或铜排绝缘部分：外绝缘（瓷管）和内绝缘（变压器油）,.,19,11.气体继电器,安装地点：储油柜与箱盖的联管上作用：变压器内部故障的主保护（匝间短路、绕组与外壳击穿、相间短路、油面下降等）轻瓦斯作用于信号重瓦斯作用于跳闸,.,20,三、变压器型号及技术参数1型号变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量(kVA)和高压绕组电压(kV)等级。相数表示：D-单相；S-三相。冷却方式表示：J-油浸自冷；F-油浸风冷；FP-强迫油循环风冷；SP-强迫油循环水冷。电压级数表示：S-三级电压；无S表示两级电压。其他：0-全绝缘；L-铝线圈或防雷；0-自耦；Z-有载调压,.,21,配电变压器的型号意义/防护代号U1NSN设计序号调压方式：Z（有载调压）导线材料：L（铝绕组）绕组数：S（三绕组）循环方式（自然循环不标，P表示强迫循环）冷却方式F（风冷）G（干式空气自冷）（干式浇注绝缘）；（油浸风冷），油浸自冷不标相数：D（单相）S（三相）绕组耦合方式（一般不标，O表自耦）例：S11-160/10SFL1-10000/110；SFPS-63000/220,.,22,2相数电力变压器分单相和三相两种，220kV及以下电压等级的电力变压器都是三相变压器。3、额定频率：变压器的额定频率是指所设计的运行频率，我国规定为50Hz(常称“工频”)。4额定容量(SN)（补充单相和三相电路，和星形电路特点）额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态(即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态)下变压器输出的视在功率，以kVA表示。三相变压器的额定容量等于三相额定容量之和。即SN3PNPN对于单相变压器SNPNPN变压器的额定容量与绕组容量的关系：双绕组变压器：变压器的额定容量等于绕组的额定容量三绕组变压器：变压器的额定容量等于最大的绕组额定容。一般有100/100/100；100/50/100；100/100/50三种当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量.,.,23,5额定电压(UN)变压器各侧的额定电压不同，但它们必须与线路的额定电压相配合。我国规定交流、高压的额定电压有：（补充功能、组合、配合等）3、6、10、20、35、110、220、500、750、1000它们都是线电压变压器一次绕组的额定电压U1N是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；等于与变压器一次绕组相连元件的额定电压。即升压变压器的U1N等于发电机的额定电压；降压变压器的U1N等于线路的额定电压。变压器二次绕组的额定电压U2N是指当一次绕组施加的电压为额定值、分接开关放在额定分接头位置上，变压器空载时，二次绕组的开路电压(单位为V或kV)。由于变压器二次绕组均位于线路的始端，考虑到线路输送功率将产生电压损耗，为了使线路末端的电压不至太低，要求始端电压应高于线路的额定电压。规定：小变压器比线路的额定电压高大变压器比线路的额定电压高如10/0.4、20/0.4、35/11、35/10.5、110/38.5/11、220/121/11220/121/10.5,.,24,表3-4电力变压器标准调压范围和方式,.,25,6额定电流(I1N、I2N)变压器一、二次绕组的额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各载流部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的最大工作电流，对三相变压器指线电流，单位以A表示。其值可通过额定容量和额定电压求出：单相变压器三相变压器：7绕组连接组标号（组别）变压器的三相绕组可以连接成星形（）或三角形（）。星形连接：线电流相电流线电压=相电压三角形连接：线电流相电流线电压=相电压例：Y11；11,.,26,8空载电流(I0)空载运行:变压器一次侧施加(额定频率的)额定电压，二次绕组开路时的运行状态。空载电流:空载运行时一次绕组中通过的电流。它主要用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流的主要作用是励磁。励磁涌流：当变压器空载合闸时，由于铁芯饱和而产生的数值很大的励磁电流。空载损耗P。：变压器空载时的有功功率损耗，它主要是铁芯中的磁滞和涡流损耗。9阻抗电压和短路损耗阻抗电压：也称短路电压(uZ)，指二次侧短接，一次侧加电压，使其一次侧电流到达额定值时的一次电压叫阻抗电压。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，一般用百分值表示，称阻抗电压百分数或短路电压百分数。表达式为短路损耗：也称负载损耗(P)定义：变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所吸取的(亦即消耗的)有功功率(单位为W或kW)。他是变压器流过额定电流时在一、二次绕组电阻上产生的有功功率损耗。,.,27,10调压范围调整设备：分接开关。分为无励磁调压和有载调压两类调压方式：无励磁调压和有载调压调压原理：改变高压绕组的匝数，从而改变变压器的变比，从而改变二次绕组的输出电压。11电压调整率是衡量供电电压质量定义：在给定功率因数下，变压器二次的空载电压与负载时电压之差对额定电压的百分数。即或式中：冷却方式表示绕组及箱壳内外的冷却介质和循环方式，即变压器的冷却方式是由冷却介质种类及其循环方式来标志。,.,28,12、效率：变压器输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。小型变压器一般为以上，大型变压器一般在以上。用式子表示为13温升和冷却方式变压器的温升：对空气冷却变压器指变压器测量部位的温度与冷却空气温度（周围环境实际温度）之差；对水冷却变压器指变压器测量部位的温度与冷却器入口处水温之差。允许温升是指在额定条件下运行时，其实际(测量)温度超出环境温度的最大允许值。级绝缘的温升规定冷却方式：）油浸自冷式：油靠对流和辐射的形式把热量散发到周围空气中，一般用于6300kVA及以下的变压器。在110电压级的城网中50000及kVA以下也用自冷式。2）油浸风冷式：在自冷式的基础上加风吹装置，提高散热能力4050。用于800063000VA的变压器3）强迫油循环风冷：容量大于63000的大型变压器油箱上装有强迫油循环冷却器，散热效率很高。）强迫油循环水冷：从油到水比油到空气的散热系数高，故水冷却器比风冷却器的冷却效率高，用于大型变压器。,.,29,不讲六、变压器损耗与效率特性1变压器的铜损和铁损变压器的基本铜损是指电流通过绕组电阻所产生的损耗。一次绕组的铜损：Pcu=I12r1二次绕组的铜损：Pcu=I12r1变压器附加铜损，是由漏磁通产生的集肤效应和邻近效应使导线中电流密度不均而产生的(额外)损耗。变压器的基本铁损，是由于铁芯中工作磁通的快速变化和对铁芯的反复磁化，在铁芯中产生的磁滞和涡流损耗之和。,.,30,2变压器的工作效率变压器的工作效率用符号来表示，它等于输出有功功率P2与输入有功功率P1之比的百分数，即=(P2/P1)100,3.变压器的基本特性:指电源电压U1和负载的功率因数均为常量时，效率随负载电流的变化关系=f(I2)，或是效率与负载系数的关系=f()。为变压器实际负载与额定负载之比即=S2/SN=I2/I2N。,.,31,图3-51变压器的效率特性,.,32,由效率特性可知：当变压器输出为零时，效率也为零；输出增大时，效率开始很快升高，直到最大值，然后又开始下降(这是因为变压器铁损基本上不随负载变化的缘故)。故负载小时效率差，而铜损与负载的平方成正比，负载增加过大时：铜损增加很快，使效率反而降低。据设计时的铜铁协调定则及实际试验(或数学论证)可知，效率的最高值发生在铜损与铁损相等,.,33,第二节变压器运行,一、变压器允许运行方式1.允许温度与温升1）允许温度运行中的变压器各部件的温度是不同的，绕组和铁芯的温度最高，变压器油的温度最低，周围环境的温度更低，它们之间要进行热交换。变压器的允许温度主要决定于绕组的绝缘材料电力变压器大部分采用A级绝缘材料。即浸渍处理过的有机材料、如纸、棉纱、木材等。对于A级绝缘材料，其允许最高温度为105规定变压器上层油温最高不超过95。而在正常状态下，为了使变压器油不致过速氧化，上层油温一般不应超过85C。对于强迫油循环的变压器上层油面的温度不宜经常超过7568定则,.,34,2）温升（）定义：对油浸式变压器指被测部位的温度与周围环境温度之差。变压器的温度达到稳定时的温升称为稳定温升，稳定温升的大小与周围环境的温度无关，它仅决定于变压器的损耗与散热能力。我国规定的环境温度为40C0，油浸式变压器的允许温升指上层油面的温度与周围环境温度之差95C040C055C0绕组的允许温升为105C040C065C0对水冷却变压器指被测部位的温度与冷却器入口处水温之差。变压器正常运行时上层油面的温度和温升，不能超过允许值。如果超过，将缩短寿命。,.,35,2.变压器过负载能力,1、什么叫变压器的过负荷运行：在不损坏变压器的绝缘和降低使用寿命的前提下，变压器输出的功率大于额定功率运行称过负荷运行。变压器的过负荷能力：在不损坏变压器的绝缘和降低使用寿命的前提下，变压器在短时间内能输出的最大容量称为变压器的过负荷能力。2、变压器能过负荷运行的原因a、变压器不是总在额定负荷下运行b、变压器的环境温度不总是40故变压器能在高峰负荷和冬季过负荷运行3、变压器过负荷的表示方法：过负载倍数：变压器所能输出的最大容量与额定容量之比,.,36,4、过负荷的分类：正常过负荷；事故过负荷；短时过负荷(1)变压器在正常情况下过负载能力对室外变压器，总的过负载数值不得超过30，对室内变压器，总的过负载不得超过20（2)变压器在事故时过负载能力：电力系统或变电站事故时，允许变压器短时过负荷能力称为事故过负荷能力。它的大小和持续时间均有规定。（3）变压器允许短路：为限制铜绕组的温度不超过250，铝绕组的温度不超过200，时间秒。规定允许短路电流一般为25倍额定电流，（开关早已跳闸）,.,37,3.允许电压波动范围,电源电压波动范围：额定电压5，变压器可满载运行。电源电压低于额定电压：变压器的输出功率减小。电源电压高于额定电压，变压器的空载损耗增大，变压器发热增加，系统的无功需求增大，各母线电压降低。,.,38,二、变压器并列运行,什么叫变压器并联运行？并列运行目的：（1）提高供电可靠性（2）提高变压器运行经济性（改变投入的台数，使损耗最小）（3）减少总备用容量,2.理想并列运行条件,I)变压器的联结组标号相同。如都是-112)变压器的电压比相等(允许有5的差值)。3)变压器的阻抗电压Uz相等(允许有10的差值)如果不满足以上条件，变压器在投入时将产生很大的冲击电流，会损坏变压器或引发系统事故。,.,40,三、变压器油及运行1变压器油作用绝缘、散热和冷却的作用。绝缘：油的绝缘强度高于空气，浸润能力强，它能充满油箱内的各个缝隙从而排出空气，它是变压器的绝缘介质。油能使木质和纸质长期保持原有的物理和化学性能，使金属得到防腐作用。散热和冷却：油的温度低于发热元件运行中油箱内的油之间存在温差，变压器油是流动的，从而把发热元件热量传递给油箱和散热器，再辐射和传导到空气2变压器油运行1)变压器试验新的和运行中的变压器油都需要作试验。（）变压器油每年要取样试验(12年)（2）试验项目：一般为耐压试验、介质试验和简化试验。（3）取样时的注意事项：,.,41,(2)变压器油运行管理日常巡视：油温、油位、油色是否正常，油箱是否有滲、漏油的现象，吸湿器中的吸湿剂是否需要更换(吸湿器内的吸湿剂2/3变色认为吸湿饱和)、储油柜和防爆管是否有喷油痕迹。定期或不定期作油样试验，作气相色谱分析。了解变压器的运行情况，预测潜伏性故障。变压器油一般不应放置在高温下和透明容器内。变压器运行中补油时注意事项：1)10kV及以下变压器可补入不同牌号的油，但应作混油的耐压试验。2)35kV及以上变压器应补入相同牌号的油，也作耐压试验。3)补油前要将重瓦斯保护改接到信号位置，补油后要检查气体继电器，即时放出气体，运行24后无问题，再重新将气体保护接回跳闸位置。,.,42,四、变压器运行巡视检查,1变压器巡视检查变压器运行巡视检查内容和周期如下：1)检查储油柜和充油绝缘套管内油面的高度和封闭处有无漏油现象，以及油标管（油位计）内的油色。2)检查变压器上层油温。正常时一般应在85C以下，强油循环水冷却的变压器为75C以下。3)检查变压器的响声。正常时为轻微的连续均匀的嗡嗡声。4)检查绝缘套管是否清洁、有无破损裂纹和放电痕迹,.,43,5)清扫绝缘套管及有关附属设备。6)检查母线及接线端子等连接点的接触是否良好，有无过热现象。7)容量在630kVA及以上的变压器，且无人值班的，每周应巡视检查一次。容量在630kVA以下的变压器，可适当延长巡视周期，但变压器在每次合闸前及拉闸后应检查一次。,.,44,8）有人值班的变配电所，每班都应检查变压器的运行状态。9）对于强油循环水冷或风冷变压器，不论有无人员值班，都应每小时巡视一次。10)负载急剧变化或变压器发生短路故障后，都应增加特殊巡视,.,45,2.变压器异常运行和常见故障分析,（1)变压器声音异常的原因1)启动大容量动力设备时，负载电流变大2）当变压器过负载时，发出很高且沉重的嗡嗡声,但无杂音。3)当系统短路或接地时，通过很大的短路电流，变压器会产生大的噪音。4）若变压器带有可控硅整流器或电弧炉等设备时，由于有高次谐波产生，变压器声音也会变大。,(2)绝缘套管闪络和爆炸原因1)套管密封不严进水而使绝缘受潮损坏。2)套管的电容芯子制造不良，使内部游离放电。3)套管积垢严重或套管上有大的裂纹和碎片。,.,46,五、变压器油色谱在线监测系统简介,变压器油的气相色谱分析是变压器故障诊断的重要方法。其原因是：变压器长期局部过热或局部放电，高温和电弧使油和有机绝缘物质分解出某些气体，根据这些气体的成份和含量，可以判断变压器的运行情况。若由人工进行此项工作，过程十分复杂，而且需要技术熟练的专业人员较长时间的工作。变压器色谱在线监测系统，代替了技术人员的复杂劳动，能同时检测出6种故障特征气体，并通过故障气体的分析诊断，及时捕捉到变压器的故障信息，科学指导设备运行检修。,.,47,第三节其他变压器,一、干式变压器干式变压器是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘液体中的变压器在结构上分为以固体绝缘包封绕组和不包封绕组1环氧树脂绝缘干式变压器用环氧树脂浇注或浸渍作包封的干式变压器称为环氧树脂干式变压器。环氧树脂是难燃、阻燃的