数据中心供配电系统运维-课件 项目三：变压器的运行与维护

《数据中心供配电系统运维》项目三：变压器的运行与维护学习目标掌握变压器的基本结构、工作原理及主要技术参数。

理解变压器的运行方式（空载、负载、过载）及其对电网的影响。

熟悉变压器常见故障类型、原因及诊断方法。

了解变压器的绝缘老化、温升控制及寿命评估方法。

学习变压器维护的国家标准、行业规范及安全操作规程。

能够正确操作变压器，完成投运、停运及负荷调整。

能够使用仪器进行变压器状态检测。

能够识别变压器异常现象并采取应急措施。

能够按照规程进行变压器日常维护。

培养安全生产意识，严格遵守电力行业操作规程，杜绝违章操作。

树立精益求精的工匠精神，确保变压器运行稳定，保障电网安全。

增强团队协作能力，在故障处理和维护工作中发挥集体智慧。

强化节能环保理念，优化变压器运行方式，降低电能损耗。

培养责任担当意识，认识到电力设备维护对社会经济发展的重要性。

技能目标素质目标项目三：变压器的运行与维护项目目标任务3.1变压器的日常维护

电力变压器在电力系统中扮演着至关重要的角色，其运行和维护的效率直接决定了整个系统的稳定性和可靠性。随着电力行业的不断进步，变压器在运行过程中不可避免地会遇到各种故障，这些故障有可能对整个电力网络造成重大影响。本项目致力于培养学生掌握10kV电力变压器的日常巡检技能以及分析常见故障的能力。课前引导变压器的基础知识变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。按相数分类，可以分为单相变压器和三相变压器。按调压方式分类，可以分为有载调压变压器和无载调压变压器。按绕组分类，可以分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。按绕组导体的材质分类，可以分为铜绕组变压器和铝绕组变压器。按安装地点分类，可以分为户内式和户外式两种。按冷却方式和绕组绝缘分类，可以分为油浸式、干式和充气式（SF6）等，按容量分类，可以分为R8和R10。目前我国电力系统大多采用IEC推荐的R10系列来确定电力变压器的容量，即容量按R10约等于1.26倍数递增。电力变压器的分类变压器的基础知识电力变压器的结构变压器的基础知识电力变压器的型号含义变压器的基础知识（1）额定容量SN

：额定容量指在制造厂规定的额定条件下长期运行时输出功率的保证值，以视在功率表示，单位是kVA。每台变压器的铭牌上都标有额定容量。（2）额定电压UN：额定电压指变压器长期运行所能承受的工作电压。在三相变压器中，额定电压指的是空载线电压。（3）额定电流IN：在额定电压和额定容量下，变压器允许长期通过的电流，称为额定电流。三相变压器的额定电流指的是线电流。（4）空载损耗P0：所谓空载损耗，系指变压器一次绕组在额定电压作用下，二次绕组空载时所产生的损耗。（5）负载损耗：所谓负载损耗，系将变压器二次绕组短路，在一次绕组的额定分接头处通入额定电流时，变压器所消耗的功率。电力变压器的特性与参数变压器的基础知识（6）阻抗电压：也称短路电压。该电压是将变压器二次绕组短路，并于一次绕组两端缓慢地增加电压值，当二次绕组中的电流等于额定电流时，一次绕组的端电压，称为阻抗电压。它通常以额定电压的百分数来表示。（7）空载电流当二次绕组开路，一次绕组加额定电压时，一次绕组中所流过的电流，称为空载电流。空载电流常以一次绕组额定电流的百分数来标定，即（8）联结组别联结组别是指变压器一、二次侧绕组因连接不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应线电压之间的不同相位关系。电力变压器的特性与参数变压器的基础知识（1）超低损耗特性：非晶合金变压器以其超低损耗特性著称，其空载损耗能够降低至传统变压器的1/3到1/5之间，显著提高了能源利用效率。（2）环保性能优越：非晶合金变压器在全生命周期内表现出卓越的环保性能，能够有效减少二氧化碳排放量，据估计，其全生命周期可减少CO2排放20—30吨，对环境保护做出了重要贡献。（3）运行噪音低：在运行过程中，非晶合金变压器的噪音水平相对较低，典型值为45～50分贝，比传统变压器低10～15分贝，为用户提供了更为安静的使用环境。。它通常以额定电压的百分数来表示，即非晶合金变压器变压器的运行空载运行：当变压器的一次侧绕组接入交流电源，而二次侧绕组保持开路，此时变压器处于空载状态。负载运行：当变压器的一次侧绕组接入交流电源，同时二次侧绕组连接至负载时，变压器处于负载运行状态。独立运行模式：两台变压器的一次绕组并联接入同一交流电源，各自独立地向其各自的负载供电。并联运行模式：两台变压器的一次绕组并联接入同一交流电源，其二次绕组通过母联断路器并联连接至另一组交流母线，以充分利用两台变压器的总容量，提高对负载的供电能力。电力变压器运行方式变压器的运行通过调整绕组的匝数接入，可以实现两种不同的调压方式：无载调压和有载调压。无载调压：无载调压操作必须在变压器未加电压、无励磁的情况下进行。通过改变变压器分接头的位置，可以调整变压器的电压比，进而实现低压输出侧电压的升高或降低。干式变压器的分接头通常设有五个档位：+5%、+2.5%、额定、-2.5%、-5%，这些分接头是外露的，并通过铜连接条来调整连接方式。变压器的铭牌上会明确标注电压等级和分接头的编号。有载调压：与无载调压不同，有载调压允许在变压器带负载、有励磁的情况下进行。有载调压分接开关的触头具备在带电状态下切断电流的能力，整个分接开关通过驱动机构进行操作。电力变压器调压变压器的运行（1）投运前的检查外观检查：检查变压器的套管是否清洁，没有裂纹、破损或放电痕迹，引线连接是否牢固，接触是否良好。电气试验：进行变压器绝缘电阻的测量，以确保其值符合相关标准。保护装置检查：确保变压器的继电保护装置完好无损，定值设置正确，动作是否灵敏可靠。检查瓦斯继电器内无气体。冷却系统检查：检查冷却风扇电机是否运转正常，转向是否正确，风扇叶片是否无变形、无碰壳现象。其他检查：检查变压器的接地装置是否牢固可靠，接地电阻是否符合要求。检查变压器的铭牌参数，是否与实际运行要求相符。检查控制室的信号装置、测量仪表等是否完好，指示是否正确。电力变压器投运操作变压器的运行（2）投运操作步骤合上电源侧隔离开关。在变压器投运前，确保待投运变压器的电源侧隔离开关处于断开位置，经过仔细检查确认无误后，依照操作票的指示，依次闭合电源侧的母线侧隔离开关和变压器侧隔离开关。合上电源侧断路器。在确认电源侧隔离开关已经闭合并处于正常状态后，闭合电源侧断路器。检查变压器运行状态。变压器空载运行一段时间（通常为5～10分钟）后，检查变压器的油温、油位是否正常，有无渗漏油现象；观察变压器的运行声音，应为均匀的嗡嗡声，无杂音、放电声等异常声音；检查变压器的各侧电压、电流指示是否正常，应在额定范围内。合上负荷侧隔离开关和断路器。在确认变压器空载运行正常后，依照操作票的指示，先闭合负荷侧的母线侧隔离开关，再闭合负荷侧的变压器侧隔离开关；最后闭合负荷侧断路器，将变压器投入带负荷运行。电力变压器投运操作变压器的运行（3）投运后的检查1)检查变压器的油温、油位、运行声音等是否正常，有无渗漏油现象。2)检查变压器各侧的电压、电流是否在额定范围内，三相负荷是否平衡。3)检查变压器的冷却系统运行是否正常，风扇、油泵等是否运转良好。4)检查变压器的继电保护装置和信号装置是否正常，无异常信号发出。电力变压器投运操作变压器的运行（1）停运前的准备工作了解变压器的运行状况。查看变压器的运行记录，包括负荷情况、油温、油位、运行声音等，检查变压器各侧的电压、电流值，确认负荷情况。通知相关部门和人员。在停运操作前，需要提前通知可能受到停电影响的用户和相关部门，告知他们停电的时间和预计的恢复时间，以便他们做好相应的准备工作。同时，通知运维人员和检修人员，告知变压器即将停运，以便他们做好相应的准备和检查工作，确保停运操作的顺利进行。检查保护装置和仪表。在停运操作前，需要检查变压器的继电保护装置，确保其处于正常工作状态，定值设置正确，无异常信号发出，以保障变压器的安全运行。电力变压器停运操作变压器的运行（2）停运操作步骤断开负荷侧断路器。按照操作票的顺序，首先操作负荷侧断路器，将变压器与负荷断开。断开负荷侧隔离开关。在确认负荷侧断路器已断开后，再断开负荷侧隔离开关。断开电源侧断路器。在断开负荷侧隔离开关后，接下来操作电源侧断路器，将变压器与电源断开。断开电源侧隔离开关。在确认电源侧断路器已断开后，接下来断开电源侧隔离开关。按照先断开变压器侧隔离开关，后断开母线侧隔离开关的顺序进行操作。操作完成后，检查隔离开关的分闸位置是否正确，动、静触头是否完全分离，以确保变压器与电源彻底断开。电力变压器停运操作变压器的运行（3）停运后的检查与维护检查变压器状态。首先，检查变压器的运行声音是否已经停止，确认变压器已完全停运。其次，检查变压器的油温、油位是否正常下降，如有异常应及时查明原因。对于干式变压器，检查其温度是否逐渐降低至环境温度。最后，检查变压器的各侧套管、引线等设备，是否有放电、过热等异常迹象，以确保变压器的稳定运行。进行安全措施。变压器的电源侧和负荷侧分别挂上“禁止合闸，有人工作”的标示牌，防止误送电，确保操作人员和设备的安全。根据需要，在变压器的两侧装设接地线，确保在检修或维护过程中人员和设备的安全。电力变压器停运操作变压器的运行（3）停运后的检查与维护记录停运时间和相关参数。准确记录变压器的停运时间、停运前的负荷、电压、电流、油温等参数，以便为后续的维护和检修工作提供参考。根据需要进行检修和维护。如果变压器需要进行检修或维护，按照相关的检修规程和标准进行操作。例如，对油浸式变压器进行油样分析、检查绕组绝缘、清洗散热器等；对干式变压器进行绕组绝缘电阻测量、检查铁芯接地情况、清理灰尘等。电力变压器停运操作电力变压器的日常巡检（1）照明环境：对配电室/变压器室的照明设备进行彻底检查，确保应急照明指示正常工作，灯具和消防设施运作无异常，无异响、异味；设备无告警信号；一旦发现损坏，应立即进行更换，以保证环境的安全和照明的可靠性。（2）维护环境1)巡视配电室/变压器室内环境，仔细检查机房墙面、天花板是否有裂缝、破损或水渍，这些情况可能会导致设备损坏或安全隐患。2)确保地面清洁，及时清理任何杂物和污渍；检查地面是否平整，无塌陷，以防止设备损坏或人员受伤。3)检查地面是否平整且无破损，瓷砖是否完整且固定，以确保人员行走安全和设备稳定。4)检查地面定位和出入标识是否牢固、平整，信息清晰、准确，以便于人员快速识别和定位，提高工作效率。变压器室的环境检查电力变压器的日常巡检5)检查机房地面、墙体、天花板是否有裂缝、破损或水渍，这些情况可能会导致设备损坏或安全隐患。6)检查架空静电地板是否平整且牢固，无起皮、摇晃或塌陷现象，以确保人员行走安全和设备稳定。7)检查机房门窗是否关闭严密，无漏风或渗水现象，以防止外部环境对室内环境造成影响。8)检查清洁用品、消防设施等可移动设备是否放置得当，标识清晰、准确，以便于管理和使用。9)检查机架排列是否整齐，竖直且牢固；柜门是否平整、关闭严密，内部布线是否整齐、有序；设备和线缆标签是否统一、规范，无脱落，以确保设备的正常运行和维护的便捷性。10)检查走线架吊挂承重杆安装是否整齐牢固，保持垂直，无歪斜；各类线缆布线是否规范，绑扎是否整齐，扎带或蜡线样式、颜色是否一致，无交叉、无飞线，以保证线缆的整洁和安全。变压器室的环境检查电力变压器的日常巡检11)检查地面、墙面、门窗、机架、走线架、维护设施、消防设施是否清洁，无积灰，以维护良好的工作环境和设备的正常运行。12)检查机房内是否有杂物、废弃物、易燃易爆物、工程余料，这些都可能成为安全隐患，需要及时清理。13)检查变压器前铺设的绝缘胶垫，如有损坏，立即更换，以保证操作人员的安全。14)巡视高压电缆引入区域，检查高压电缆引入情况；若发现周边有工程施工，及时提醒施工人员或采取相应保护措施，以防止施工对电缆造成损害。变压器室的环境检查电力变压器的日常巡检15)检查灭火设备、防毒面具是否在有效期内。若已过期，立即更换，以确保在紧急情况下能够正常使用，保障人员安全。16)温湿度：记录配电室/变压器室的温湿度计读数，配电房环境温度应保持在5℃～+40℃之间，相对湿度在30%～70%(25℃)以下。若机房湿度过高，手动开启柜内加热器，以防止设备受潮。17)孔洞封堵：检查机房孔洞封堵（如电缆沟）情况，确保门口防鼠栏完好，进排风口、电缆走线孔洞等防小动物措施有效，机房门窗防护措施完好，以防止小动物进入机房造成损害。变压器室的环境检查电力变压器的日常巡检（1）巡视变压器运行声响。（2）检查变压器的运行电压与负荷电流。（3）检查变压器容量是否满足要求。1)在低配进线柜上查看各相负载电流值，并记录；2)根据变压器的铭牌上显示的额定容量S，计算并记录额定电流值；（I=1.44S）；3)每一相电流≤每相额定输出电流的×90%，为合格；变压器室的日常巡检电力变压器的日常巡检（4）检查干式变压器温升是否正常。1)在变压器温度控制器上，读取变压器温度（或点温仪测试）；记录变压器温度。温控器显示变压器温度不得超过105℃。在三相负载平衡的情况下，三相温度相差不应大于25℃。（如有厂家参数的，以厂家为准）。2)变压器的实时温度，并与厂家提供的参数进行对比，确保其在安全范围内。3)温升=最高温度-环境温度<80℃为合格。变压器室的日常巡检电力变压器的日常巡检（5）检查手动测试干式变压器风扇运行是否正常。1)确认风扇在自动位置；2)检查风扇自启动温度设置，一般为85℃（如有厂家参数的，以厂家为准）；风扇的自启动温度设置通常为85℃，但这个值可能会根据变压器的型号和厂家的建议有所不同。3)将风扇打在手动位置，观察风扇的转动情况，转动为正常的。变压器室的日常巡检电力变压器的日常巡检（6）检查油浸变压器绝缘油的油位、油温、有无漏油及干燥剂情况。1)检查变压器外壳有无渗漏油、变形、破损、油漆脱落等情况2)查看套管是否清洁，有无破损裂纹、严重油污、放电痕迹及闪络现象3)检查油杯的油位是否在油位线范围内，油质是否透明无浑浊。油杯中的油位和油质是评估变压器绝缘油状态的重要指标。油位应保持在规定的范围内，油质应清澈透明，无杂质和浑浊现象。4)检查油位计外观是否完整，密封是否良好，有无进水、凝露，指示是否符合油温油位标准曲线的要求。5)检查呼吸器外观有无破损，干燥剂变色部分是否超过2/3，干燥剂是否存在自上而下的变色。若吸附剂变色超过2/3，需及时更换。变压器室的日常巡检电力变压器的日常巡检（6）检查油浸变压器绝缘油的油位、油温、有无漏油及干燥剂情况。6)法兰、阀门、冷却装置、油箱、油管路等密封连接处应密封良好，无渗漏痕迹，油箱、升高座等焊接部位质量良好，无渗漏油。7)查看引线接头、电缆、母线有无发热迹象，可用红外线测温仪检测，若有发热，可能是接触不良，会导致局部过热，损坏设备。8)检查气体继电器内有无气体，若有气体，需分析气体性质，判断变压器是否存在内部故障。9)检查各控制箱和二次端子箱是否关严，无受潮、进水现象，防止箱内电气元件受潮损坏，影响变压器的控制和保护功能。变压器室的日常巡检任务3.2变压器的故障分析与处理

变压器在电力系统中扮演着至关重要的角色，它不仅负责电压的转换工作，还确保了电能的有效输送与合理分配。变压器的稳定和可靠运行对于整个电力系统的顺畅运作来说，是不可或缺的基础。如果变压器出现任何故障，那么它可能会导致大范围的电力中断，这种情况一旦发生，将会对社会的工业生产以及人们的日常生活产生极其严重的影响，进而导致巨大的经济损失和潜在的社会问题。那么，变压器常会出现哪些故障，该如何处理呢？课前引导变压器声音异常故障原因一：负荷增加。当变压器所承担的负荷突然增加时，通过变压器的电流会相应地增大。这种电流的增加会直接影响铁芯中的磁通密度，使其上升。随着磁通密度的增加，电磁力也会随之增大，这正是导致变压器运行时声音增大的直接原因。故障处理：监测变压器的负载情况，了解变压器的带载情况及负载增减情况。避免负载突变对变压器造成影响。如果负载变化较大，可考虑调整负载分配或采取相应的限流措施。如变压器所承受的负荷在其额定范围之内，通常情况下不会对变压器本身造成任何损害。（一般要求每一相电流≤每相额定输出电流的×90%）1.故障现象：变压器运行声音增大且均匀变压器声音异常故障原因二：市电电压过高：如果市电电压超过了变压器的额定电压，铁芯会进入过饱和状态。在这种状态下，励磁电流会急剧增加，导致变压器发出的声音明显增大，并且这种声音通常会比较尖锐。如果长时间处于电压过高的状态，不仅会使变压器的铁芯和绕组过热，还会加速绝缘材料的老化，从而对变压器的长期稳定运行构成威胁。故障处理：利用变压器自身调压装置进行调节。对于配备调压装置的变压器，可以通过调整分接开关来改变变压器的变比，从而调节输出电压。当市电电压过高时，可将分接开关调至合适的分接位置，使变压器的变比增大，这样在输入电压较高的情况下，输出电压能够保持在合理范围内。1.故障现象：变压器运行声音增大且均匀变压器声音异常故障故障原因一：铁芯问题。传统变压器铁芯由硅钢片堆叠而成的，硅钢片之间如果存在短路，会导致涡流损耗增大，使铁芯发热，进而引起声音增大并伴有“嗡嗡”的杂音。另外，非晶合金铁芯的材质特性使其对机械应力较为敏感，无论是何种变压器，如果铁芯在装配过程中夹紧力不均匀或紧固螺栓松动，那么在电磁力的作用下，铁芯可能会产生异常振动，导致运行声音增大并伴有杂音。故障处理：检查铁芯的夹紧装置，查看是否有松动、移位等现象。对于松动的部件，立即采取措施进行紧固和调整，以保证设备的正常运行和安全。2.故障现象：变压器运行声音增大且伴有杂音变压器声音异常故障

故障原因二：绕组问题变压器的绕组是其核心部件之一，如果绕组的绝缘层出现损坏，那么在运行过程中，绕组之间可能会发生局部短路。这种局部短路会导致电流急剧增加，从而产生额外的电磁力。这些电磁力不仅会增加变压器的损耗，还可能引起变压器发出异常的声音，如“噼啪”声。除此之外，如果绕组的固定不够牢固，在变压器运行时，由于电磁力的作用，绕组可能会发生振动。这种振动会使得变压器产生各种杂音，影响其正常工作。

在进行故障处理时，首先应仔细检查绕组的固定部件，以确保没有出现松动或移位的现象。对于那些已经发现松动的部件，必须及时采取紧固和调整措施，以保证设备的稳定运行。接下来，需要对绕组的绝缘电阻进行精确测量，以评估其绝缘性能是否符合标准。如果测量结果显示绝缘电阻值过低，这通常意味着绝缘材料可能已经受潮或者遭到了损坏，此时应立即进行干燥处理，或者根据情况更换受损的绝缘部件。2.故障现象：变压器运行声音增大且伴有杂音变压器声音异常故障

故障原因一：接触不良。变压器的分接开关、绕组的连接点等部位如果接触不良，在运行时会产生电弧，导致声音时大时小，伴有“滋滋”声。这种情况可能会随着负荷的变化而更加明显，严重时会引起局部过热，损坏设备。

故障处理：检查分接开关的触头压力弹簧，确保弹簧的弹力正常。如果弹簧弹力不足，需要进行更换。调整触头的位置，使其与相应的分接位置准确对准，并保证触头之间的接触压力均匀。使用力矩扳手按照规定的力矩值紧固分接开关的固定螺栓，确保分接开关的安装牢固可靠。发现绕组连接点接触不良时，应使用力矩扳手将连接点的螺栓紧固到规定的力矩值。对于一些采用焊接连接的部位，如果发现焊接处有虚焊或脱焊现象，需要重新进行焊接。焊接时要注意焊接工艺，确保焊接质量，避免出现新的焊接缺陷。3.故障现象：变压器运行声音时大时小或有间歇性变压器声音异常故障

故障原因二：附近的大型电机、电焊机等设备在启动或运行时，可能会产生电磁干扰，影响变压器的正常运行，使声音出现间歇性的异常。另外，变压器的安装基础不牢固，在受到外界振动或冲击时，也会导致声音不稳定。这种不稳定的声音可能是由于安装基础的松动，使得变压器在振动或冲击下发生位移或倾斜，进而影响其内部结构和运行状态。

故障处理：检查附近的大型电机、电焊机等设备是否在运行时产生了电磁干扰，采取必要的屏蔽措施，如增加电磁屏蔽层或调整设备布局，以减少干扰。如果是安装基础问题，则需要加固基础，确保变压器能够稳定地安装在坚实的基础上，避免因外界振动或冲击导致的声音异常。3.故障现象：变压器运行声音时大时小或有间歇性变压器声音异常故障故障原因一：内部放电。变压器内部的绝缘材料可能因为受潮、老化或含有杂质等因素，导致其绝缘性能下降。这种情况下，变压器内部可能会发生局部放电现象，产生“噼啪”或“嘶嘶”的放电声。这种放电声音是变压器内部放电故障的明显征兆。如果不及时采取措施处理，绝缘材料的损坏会进一步加剧，最终可能导致变压器发生短路等严重故障，对电力系统的稳定运行构成威胁。故障处理：为了判断变压器的绝缘是否良好，需要测量其绝缘电阻。如果测量结果显示绝缘电阻过低，这可能是绝缘材料受潮或已经损坏的信号，此时需要对变压器进行干燥处理，或者更换受损的绝缘材料。此外，还应进行绕组的直流电阻测量，以检查绕组是否存在短路、断路或接触不良等问题。如果直流电阻值超出了允许的范围，就需要仔细查找故障点，并采取相应的修复措施。4.故障现象：变压器运行声音中出现放电声变压器声音异常故障

故障原因二：套管问题。变压器的套管如果表面脏污、有裂纹或存在电晕现象，可能会发生沿面放电，产生与内部放电类似的“噼啪”或“嘶嘶”声音。这种放电现象会严重影响套管的绝缘性能，严重时甚至可能导致套管击穿，引发安全事故。

故障处理：为了确保变压器的安全运行，需要定期检查变压器的套管，观察其是否清洁，有无裂纹、破损和放电痕迹。一旦发现套管存在问题，应立即采取措施进行更换，以避免因套管故障导致的电力事故。4.故障现象：变压器运行声音中出现放电声变压器温升过高故障原因一：变压器在运行过程中出现了过载现象。具体来说，变压器所承载的负载量已经超出了其设计的额定容量，这导致了变压器内部绕组中的电流值超过了正常工作电流。根据焦耳定律，电流的增加会使得绕组中产生的热量也随之增加。由于热量的累积，变压器内部温度不断升高，最终导致了变压器温升过高，这可能会引起变压器的绝缘材料老化，甚至可能造成设备损坏。故障处理：利用变压器的负载监测装置或电流表，实时监测变压器的负载电流。对比实际负载电流与变压器的额定电流，如果发现过载，应及时调整负载，将部分负载转移