电力变压器的结构及工作原理

关于电力变压器的结构及工作原理三、电力变压器的电气特性二、电力变压器的结构一、电力变压器的用途和分类第2页,共42页，2024年2月25日，星期天一、电力变压器的用途和分类第3页,共42页，2024年2月25日，星期天第4页,共42页，2024年2月25日，星期天1.升压变和降压变升压变低压侧额定电压=发电机额定电压升压变高压侧额定电压比线路额定电压高10%降压变高压侧额定电压=线路额定电压降压变低压侧额定电压比线路额定电压高10%多的10%一般是用于补偿线路电压损失和变压器阻抗压降。

第5页,共42页，2024年2月25日，星期天2.分类按相数：单相、三相；按调压方式：无载调压、有载调压；按绕组结构分：单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器；按绕组绝缘及冷却方式分：油浸式、干式和充气式（SF6）等。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式、油浸风冷式冷却式、油浸水冷式和强迫油循环风冷变压器等。（西昌变、雷波变、冕山变）第6页,共42页，2024年2月25日，星期天强迫油循环风冷变压器：冷却器全停后，油温达75度，持续20分钟跳闸；冷却器全停后，持续60分钟，不经油温控制跳闸；冷却器全停后，温度达95度，直接跳闸。第7页,共42页，2024年2月25日，星期天3.型号（了解）特殊使用环境代号额定电压额定容量特殊用途和特殊结构代号设计序号调压方式导线材料绕组数油循环方式冷却方式相数产品类别第8页,共42页，2024年2月25日，星期天（1）产品类别代号O-自耦变压器，通用电力变压器不标H-电弧炉变压器C-感应电炉变压器Z-整流变压器K-矿用变压器Y-试验变压器（2）相数D-单相变压器S-三相变压器（3）冷却方式F-风冷式W-水冷式注：油浸自冷式和空气自冷式不标注第9页,共42页，2024年2月25日，星期天（4）油循环方式N―自然循环O―强迫导向循环P―强迫循环（5）绕组数S―三绕组注：双绕组不标注（6）导线材料L―铝绕组注：铜绕组不标注（7）调压方式Z―有载调压注：无载调压不标注第10页,共42页，2024年2月25日，星期天（8）性能水平代号（设计序号）第11页,共42页，2024年2月25日，星期天（9）特殊用途或特殊结构代号Z――低噪声用；L――电缆引出X――现场组装式；J――中性点为全绝缘；CY――发电厂自用变压器（10）变压器的额定容量变压器的额定容量，单位为kVA。（11）变压器的额定电压变压器的额定电压，单位为kV。第12页,共42页，2024年2月25日，星期天二、油浸式电力变压器的结构第13页,共42页，2024年2月25日，星期天油浸式电力变压器器身油箱冷却装置保护装置出线装置铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌散热器和冷却器储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气道）、吸湿器(呼吸器)、温度计、净油器、气体继电器（瓦斯继电器）高压套管、低压套管第14页,共42页，2024年2月25日，星期天2.分接开关1.高压套管4.瓦斯继电器3.低压套管6.油枕5.防爆管8.吸湿器7.油位表10.铭牌9.散热器12.油样活门11.接地螺栓14.活门13.放油阀门16.温度计15.绕组18.净油器17.铁芯20.变压器油19.油箱第15页,共42页，2024年2月25日，星期天1.铁芯铁芯在电力变压器中是重要的组成部件之一。它由高导磁的硅钢片叠积和钢夹件夹紧而成，铁芯具有两个方面的功能：在原理上，铁芯是构成变压器的磁路。它把一次电路的电能转化为磁能，又把该磁能转化为二次电路的电能，因此，铁芯是能量传递的媒介体。在结构上，它是构成变压器的骨架。在它的铁芯柱上套上带有绝缘的线圈，并且牢固地对它们支撑和压紧。第16页,共42页，2024年2月25日，星期天接地片上夹件铁轭螺杆拉螺杆芯柱绑扎铁芯磁导线下夹件铁芯的结构第17页,共42页，2024年2月25日，星期天第18页,共42页，2024年2月25日，星期天变压器铁损：当成块的金属放在变化的磁场中．或者在磁场中运动时，金属内将产生感应电流。这种电流在金属内自成闭合回路，犹如水的旋涡故称涡流，由于成块金属的电阻很小，所以涡流很强，使成块金属大量发热，同时电能遭到大量的浪费。此外还存在磁滞损耗。第19页,共42页，2024年2月25日，星期天为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，铁芯用厚度为0.3～0.5mm的硅钢片冲剪成几种不同尺寸，并在表面涂厚为0.01～0.13mm的绝缘漆，烘干后按一定规则叠装而成。由于硅钢片比普通钢的电阻串大，因此利用硅钢片制成的铁芯可以进一步减小涡流损耗。第20页,共42页，2024年2月25日，星期天为什么铁芯要一点接地？因为运行中变压器的铁芯与其他附件都处于绕组周围很强的电磁场内，如果不接地，必然因为电磁场作用，铁芯与其附件必然产生一定的电位差。容易造成放电现象，使绝缘油分解或损坏其他固体绝缘介质。如果是几点接地，通过接地点形成涡流通路，将造成铁芯发热，所以只允许一点接地。铁芯多点接地的故障特征：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；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。第21页,共42页，2024年2月25日，星期天2.绝缘变压器分级绝缘和全绝缘：分级绝缘就是变压器靠近中性点的绕组主绝缘水平比端部绕组的绝缘水平要低，当其绝缘水平一致时就是全绝缘。主绝缘就是绕组与接地部分，绕组与绕组之间的绝缘。纵绝缘是同一电压等级一个绕组各个部分的绝缘。第22页,共42页，2024年2月25日，星期天3.绕组不同容量、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芯式和交叠式两种结构形式。绕组绕铁芯分布，大致有两种方式:

第23页,共42页，2024年2月25日，星期天为什么高压绕组都在外侧？一是绝缘考虑，电压等级低一些的绕组靠近铁芯，从绝缘角度容易做到；二变压器调档是改变高压侧匝数实现，因为高压侧电流小一些，分接开关体积小，接触器引线和接头容易解决。升压变功率是从低压侧流向高压侧，低压侧在中间，其自感被抵消，等值电抗较小，它与高压侧的短路电压变小，也即高压侧达到额定电流时，低压侧所需施加的电压较小，利于升压。第24页,共42页，2024年2月25日，星期天4.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。

第25页,共42页，2024年2月25日，星期天调压方式分无载调压和有载调压两种。无载调压需要将主变停下，一般在35kV及以下系统使用；有载调压可以带负荷调压，一般在110kV及以上系统使用；有载调压时，Q1先断开，移动到下一个档位，Q2随后断开，移动到相应档位，即实现了不中断负荷的调档，切换装置中的电抗是用于限制环流。调档需要逐档进行。调压绕组一般靠近中性点处，使调节装置处于较低电位。第26页,共42页，2024年2月25日，星期天“高往高调：低压侧电压高，分接头就往高档位调。”(1档为高档)“低往低调：低压侧电压高，分接头就往低档位调。”某220kV变压器，1档高压侧额定电压250kV，中压侧110kV，变比为25/11；2档高压侧额定电压220kV，中压侧110kV，变比为22/11。假设系统电压为220kV，1档中压侧为220/25*11=96.8kV，2档中压侧电压为220/22*11=110kV。不能用有载调压的情况：过负荷、调压装置异常、调压装置油位低、调压装置瓦斯发信、调压装置油温低于-40度。第27页,共42页，2024年2月25日，星期天5.油枕（1）使变压器油箱在任何气温及运行状况下均充满油。（2）为了使变压器器身和套管下部能可靠地浸入油中，保证了安全运行，且可减小套管的设计尺寸。（3）变压器油仅在油枕内与空气接触(有些还装有胶囊呼吸器)，与空气接触面减少，使变压器油的受潮和氧化机会减少，油枕内的油温较油箱内油温低，也使氧化速度变慢，有利于减缓油的老化。（4）油枕和油箱的连管中间可安装气体继电器。（5）变压器油从空气中吸收的水分将沉积在油枕底部集污器内以便定期放出，使水分不会迸人油箱。第28页,共42页，2024年2月25日，星期天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

6.气体继电器第29页,共42页，2024年2月25日，星期天第30页,共42页，2024年2月25日，星期天6.气体继电器气体继电器又称瓦斯继电器，是利用变压器内故障时产生的热油流和热气流推动继电器动作的元件，是变压器的保护元件；瓦斯继电器装在变压器的油枕和油箱之间的管道内；轻瓦斯主要反映在运行或者轻微故障时由油分解的气体上升入瓦斯继电器，气压使油面下降，继电器的开口杯随油面落下，轻瓦斯干簧触点接通发出信号，当轻瓦斯内气体过多时，可以由瓦斯继电器的气嘴将气体放出。规程规定，轻瓦斯报警必须检查主变。重瓦斯主要反映在变压器严重内部故障（特别是匝间短路等其他变压器保护不能快速动作的故障）产生的强烈气体推动油流冲击挡板，挡板上的磁铁吸引重瓦斯干簧触点，使触点接通而跳闸。规程规定，重瓦斯动作不可试送主变。第31页,共42页，2024年2月25日，星期天7.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。当储油柜油面下降时，外部空气因为大气压的作用，先通过呼吸器底部变压器油，滤去杂质，再通过干燥剂吸去水分，最后进入储油柜，保证了变压器油的绝缘强度。第32页,共42页，2024年2月25日，星期天8.净油器变压器的净油器也是一个充有吸收剂的容器。当变压器油流经吸收剂时，油中所带的水分、游离酸和加速绝缘老化的氧化物等皆被吸收，借此使变压器油得到连续再生。根据油在净油器内的循环流通的方式不同，净油器可分为温差环流法和强制环流法两类。变压器运行时，由于上下层油存在温差，于是变压器油从上至下经过净油器，这种方式称为温差环流法，常用于油浸自冷或油浸风冷变压器。强制环流法净油器需有强迫油循环的机械力（如油泵）作为油流动的动力，适用于强迫油循环冷却的变压器。第33页,共42页，2024年2月25日，星期天9.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。10.压力释放阀压力释放阀是变压器的一种压力保护装置，当主变内部严重故障时，大量油分解，压力急剧上升，压力释放阀及时打开放出油气，避免损坏变压器，当压力降低时，压力释放阀自动闭合。第34页,共42页，2024年2月25日，星期天

11.温度计大型变压器都装有测量上层油温的测温装置，它装在变压器油箱外，便于运行人员监视变压器油温情况。绕组温度是通过采集上层油温和负荷电流后，通过相应的热反应得到，也即其不是真实的绕组温度。第35页,共42页，2024年2月25日，星期天12.套管变压器套管是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，同时起固定引出线的作用。因电压等级不同，绝缘套管有纯瓷套管、充油套管和电容套管等形式。纯瓷套管多用于10kV及以下变压器，它是在瓷套管中穿一根导电铜杆，瓷套内为空气绝缘。充油套管多用在35kV级变压器，它是在瓷套管充油，在瓷套管内穿一根导电铜杆，铜杆外包绝缘纸。电容式套管由主绝缘电容芯子，外绝缘上下瓷件，连接套筒，油枕，弹簧装配，底座，均压球，测量端子，接线端子，橡皮垫圈，绝缘油等组成。它用于100kV以上的高电压变压器上。第36页,共42页，2024年2月25日，星期天13.中性点结构第37页,共42页，2024年2月25日，星期天三、变压器的电气特性第38页,共42页，2024年2月25日，星期天1.技术参数(1)额定容量：指变压器厂家额定电压、额定电流时连续运行所输送的容量。额定容量是指变压器的视在功率，以VA、KVA、MVA表示。

(2)额定电压：指变压器长时间运行所能承受的工作电压，以V、KV表示。

(3)额定电流：指变压器在额定容量下，允许长期通过的工作电流，以A、KA表示。

(4)容量比：指变压器各侧额定容量之比。（注意：三绕组变压器高、中、低侧容量比不是1：1：1）

(5)电压比：指变压器各侧额定电压之比。(6)短路损耗(铜损)：将变压器的二次绕组短路，变压器一、二次电流流过一、二次绕组，在绕组电阻上所消耗的能量之和。铜损与一、二次电流的平方成正比。

(7)空载损耗(铁损)：指变压器在二次侧开路、一次侧施加额定电压时，变压器铁芯所产生的有功损耗，以W、KW表示。铁损包括激磁损耗和涡流损耗。

(8)空载电流：指变压器产品在额定电压下空载运行时，一次侧通过的电流。

(9)短路电压：指变压器二次绕组短路，使一次侧电压逐渐升高，当二次绕组的短路电流达到额定值时，此时一次侧电压与额定电压比值的百分数。第39页,共42页，2024年2月25日，星期天(10)额定温升：变压器内绕组或上层油的温度与变压器外围空气的温度(环境温度)之差，称为绕组或上层油的温升。在每台变压器的铭牌上