《精编》电力变压器的工作原理与故障处理

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1、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

2、 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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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