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1、500kV主变压器知识及瓦斯继电器工作原理讲解 张利雄2017年4月12日 课前思考内容 1 晋耀在巡检500kV主变室时发现主变呼吸器内油封处不间断的冒出 气泡 请对此现象做出合理的解释 发现此现象晋耀有没有必要向值班负责人汇报 2 为什么变压器的低压绕组在里面 而高压绕组在外面 重点学习内容 500kV主变压器概述 变压器是一种静止的电器 借电磁感应 把一种交流电的电压和电流 变为另一种或几种频率相同但数值不同的电压与电流 它的主要作用是将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧 同时根据输配电的需要将电压变高或变低 用来升高电压的变压器叫升压变压器 用来降低电压的变压器叫降压变压器
2、500kV主变压器概述 乌弄龙水电站500kV主变压器及其附属设备 包括备用变压器 均布置在地下厂房EL1824 00m高程主变室内 相邻单相变压器间设置防爆隔墙 变压器低压侧与封闭母线相连 高压侧与SF6GIS管道母线相连 变压器中性点穿墙套管 或支柱绝缘子 横担绝缘子安装在相邻变压器隔墙上 用铝管母线相连 变压器中性点采用铝绞线与铝管母线连接成 Y 形 并直接接地 主变压器可通过交通洞汽车运输至安装场 1824 00m高程 拟采用主厂房桥机卸车 乌弄龙水电站主变压器技术参数 里底水电站550 15 75kV主变压器为三相变压器 主变压器及其附属设备一字型布置在尾水平台1792 60m高程
3、变压器与机组一一对应 相邻变压器之间设置防火隔墙 变压器器身下设有油槽 变压器低压侧与封闭母线相连 高压侧与SF6管道母线相连 主变压器可通过平板车运输至副安装间 1792 80m高程 拟采用主厂房桥机卸车 主变下游侧布置有搬运轨道 直通主厂房副安装间 作为主变压器安装 检修的运输通道 里底水电站主变压器技术参数 下图是主变压器 变压器介绍 油浸式变压器 变压器主要包括以下部件 变压器主要由 铁芯 绕组 油箱 油枕 瓦斯气体继电器 呼吸器 压力释放阀 冷却系统 套管 温度计等附件等组成 器身 包括铁芯 绕组 绝缘件等 油箱 含有装于油箱上的气管 油管 各种阀门 旋塞 铭牌 接地端子 吊环 牵引
4、点 顶起垫 梯子等 无励磁开关 高压套管 油 SF6套管 及附件 包括检漏设备 低压套管及附件 中性点套管及附件 中性点套管CT 一 500kV主变压器基本结构 500kV主变压器基本结构 铁芯及夹件接地用小套管 储油系统 包括储油柜 吸潮器 瓦斯继电器集气器 过滤器 阀 油气管路 阀门 旋塞等 变压器绝缘油 每台变压器油量加上5 的裕度 瓦斯继电器 压力释放装置 测量装置 包括油位计及油位信号器 油温温度计及温度信号器 测温电阻 绕组温度信号器 变送器等 各种连接件 密封垫圈 冷却系统 包括水冷却器 管路 阀门 仪表 油管路 油管路逆止阀及附属设施 联结波纹管 油管路上的监测设备等 连接电缆
5、 主变端子箱 冷却器控制柜等 变压器的附件 1 铭牌 2 信号式温度计 3 呼吸器 4 油标 5 储油柜 6 安全气道7 气体继电器 8 高压套管 9 低压套管 10 分接开关 11 油箱 12 放油阀门 13 器身 14 接地板 15 小车 500kV主变压器基本结构 1 铁芯 铁芯是变压器的主磁路 电力变压器的铁芯主要采用芯式结构 它是将绕组分别绕铁芯柱上 铁芯柱由上 下用两个铁轭连接起来 构成闭合磁路 主要作用是导磁 在油浸是变压器中其重量占了总重量的40 为了提高磁路的导磁性能 减小铁芯中的磁滞 涡流损耗 铁芯一般采用高磁导率的铁磁材料 0 35 0 5mm厚的硅钢片叠成 变压器用的硅
6、钢片其含硅量比较高 硅钢片的两面均涂以绝缘漆 这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘 铁芯 变压器的主体构造 1 铁芯2 绕组 铁芯 2 绕组 绕组是变压器的电路部分 它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成 低压绕组靠近铁芯柱 高压绕组套在低压绕组外面 线圈在电力变压器中是最重要 最复杂的部件 因为它基本上决定了变压器的容量 电压 电流和使用条件 它是由铜 铝 扁导线绕制 再配以专门的绝缘部件组成 线圈的结构型式是根据线圈的电压等级和容量大小来选择 并按照线圈的匝数 尺寸和截面形状以及并联的导线根数多少来确定的 如饼式其中包括连续式 纠结式 纠结连续式 内屏蔽连续式和各种螺旋式等 绕组 绕组是变压器的
7、电路部分铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成 绕组 绕组是变压器的电路部分 采用铜线或铝线绕制而成 原 副绕组同心套在铁芯柱上 为便于绝缘 一般低压绕组在里 高压绕组在外 但大容量的低压大电流变压器 考虑到引出线工艺困难 往往把低压绕组套在高压绕组的外面 绕组 第一 绝缘 经济 考虑 变压器的铁心是接地的 低压绕组靠近铁芯 容易满足绝缘要求 若将高压绕组靠近铁芯 由于高压绕组的电压很高 要达到绝缘要求就需要很多的绝缘材料和较大的绝缘距离 既增加了绕组的体积 也浪费了绝缘材料 第二 工艺安装需要 高压绕组安置在外面也便于其高压侧引出线引接至分接开关 3 油箱 油浸式变压器均要有一个油箱 装入变压器油
8、后 将组装好的器身装入其中 以保证变压器正常工作 变压器绝缘油用作加强变压器内部绝缘强度 散热和灭弧的作用 变压器油箱内部绝缘油介质流向 油箱本体上部绝缘油 变压器外部输油管油管 油泵 主变冷却器热交换器 变压器外部油管 油箱本体下部绝缘油 油箱本体上部绝缘油 油箱 油箱介质 原因分析 变压器油箱内部绝缘油受热后 油分子膨胀 油质量变轻 上升 变压器油箱本体上部集聚绝缘油温度最高 中部绝缘油温度次之 下部绝缘油温度最低 上部温度较高的绝缘油在自身膨胀和油泵的共同作用下 轻松地进入到主变冷却器热交换器 被冷却后的绝缘油 油分子收缩 油质量加重 再加之油泵的外力作用下 较省力地将冷却后的绝缘油注入
9、变压器油箱底部 4 储油柜 全封闭式胶囊储油柜 变压器在运行中 随着油温的变化 油的体积会膨胀和收缩 为了减少油与外界空气的接触面积 减小变压器受潮和氧化的概率 通常在变压器上部安装一个储油柜 俗称油枕 弹性 波纹 油箱 箱壁薄 1 1 5mm 波纹翅能顺从变压器油箱本体体检变化而自身发生相应容积变化 对主变压器热胀冷缩体积变化起到很好的调节作用 防止主变本体油箱不收损坏 全封闭式的弹性油箱无呼吸器 隔膜 维护起来方便 4 储油柜 5 呼吸器 变压器随着负荷和气温变化 各变压器油温不断变化 这样油枕内的油位随着整个变压器油的膨胀和收缩而发生变化 为了使潮气不能进入油枕使油劣化 将油枕用一个管子
10、从上部连通到一个内装硅胶的干燥器 俗称呼吸器 硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用 干燥状态状态为钴蓝色 吸潮饱和后变为粉红色 吸潮的硅胶可以再生 调度规程规定 更换变压器呼吸器硅胶必须退出主变重瓦斯保护 但从专业角度来看 分析油枕结构 主变在正常运行时 呼吸器连管并没有直接通向主变本体绝缘油 没有必要退出重瓦斯 油箱及储油柜 油箱 油枕 6 冷却器 强迫油循环水冷变压器 热油从变压器油箱上部流出 由油泵送入管式冷却器本体 在冷却器内被水冷却后 回入油箱下部 出油连管按对角线布置 以减少循环油流死区 油泵在冷却器入口侧 以加大油 水压差 冷却器启动前 要遵循 先启动油泵 再开启冷气器水阀 的原则
11、 绝缘油具有很好的运动粘度 先启动油泵对油水分离面起到一定的缓冲作用 防止突然启动的水压对冷气器油水分离的薄铜管壁造成变形 损伤 减少油混水的风险 冷却器 冷却器 7 绝缘套管 变压器绕组的引出线从油箱内部引到箱外时必须经过绝缘套管 使引线与油箱绝缘 绝缘套管一般是陶瓷的 其结构取决于电压等级 1kV以下采用实心磁套管 10 35kV采用空心充气或充油式套管 110kV及以上采用电容式套管 为了增大外表面放电距离 套管外形做成多级伞形裙边 电压等级越高 级数越多 8 分接开关 变压器常用改变绕组匝数的方法来调压 一般从变压器的高压绕组引出若干抽头 称为分接头 用以切换分接头的装置叫分接开关 分
12、接开关分为无载调压和有载调压两种 前者必须在变压器停电的情况下切换 后者可以在变压器带负载情况下进行切换 分接开关安装在油箱内 其控制箱在油箱外 乌弄龙 里底水电站主变分接开关属于无载调压式 分接开关 调压装置 9 压力释放阀 当变压器内部发生严重故障而产生大量气体时 油箱内压力迅速增加 为防止变压器发生爆炸 油箱上安装压力释放阀 压力释放阀 压力释放阀是用来保护油浸电气设备的装置 即在变压器油箱内部发生故障时 油箱内的油被分解 气化 产生大量气体 油箱内压力急剧升高 此压力如不及时释放 将造成变压器油箱变形 甚至爆裂 安装压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障 压力升高至压力释放阀的开启压力
13、时 压力释放阀在2ms内迅速开启 使变压器油箱内的压力很快降低 当压力降到关闭压力值时 压力释放阀便可靠关闭 使变压器油箱内永远保持正压 有效地防止外部空气 水份及其他杂质进入油箱 套管 10 气体继电器 气体继电器又称为瓦斯继电器 是变压器的一种保护装置 安装在油箱与储油柜的连接管道中 当变压器内部发生故障时 如绝缘击穿 匝间短路 铁芯事故 油箱漏油使油面下降较多等 产生的气体和油流 迫使气体继电器动作 轻者发出信号 以便运行人员及时处理 重者使断路器跳闸 以保护变压器 气体继电器 瓦斯保护作用 瓦斯保护是变压器的主要保护 它可以反映油箱内的一切故障 包括 油箱内的多相短路 绕组匝间短路 绕
14、组与铁芯或与外壳间的短路 铁芯故障 油面下降或漏油 分接开关接触不良或导线焊接不良等 瓦斯保护动作迅速 灵敏可靠而且结构简单 但是它不能反映油箱外部电路 如引出线上 的故障 所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置 另外 瓦斯保护也易在一些外界因素 如地震 的干扰下误动作 轻瓦斯投信号 重瓦斯投跳闸 基本结构 轻瓦斯动作原理 在瓦斯保护继电器内 上部是一个密封的浮筒 下部是一块金属档板 两者都装有密封的水银接点 浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转 在正常运行时 继电器内充满油 浮筒浸在油内 处于上浮位置 水银接点断开 档板则由于本身重量而下垂 其水银接点也是断开的 当变压器内部发生轻微故障时
15、气体产生的速度较缓慢 气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间 使油面下降 浮筒随之下降而使水银接点闭合 接通延时信号 这就是所谓的 轻瓦斯 重瓦斯动作原理 当变压器内部发生严重故障时 则产生强烈的瓦斯气体 油箱内压力瞬时突增 产生很大的油流向油枕方向冲击 因油流冲击档板 档板克服弹簧的阻力 带动磁铁向干簧触点方向移动 使水银触点闭合 接通跳闸回路 使断路器跳闸 这就是所谓的 重瓦斯 重瓦斯动作 立即切断与变压器连接的所有电源 从而避免事故扩大 起到保护变压器的作用 瓦斯继电器动作的四种状态 瓦斯保护的原理接线图 附变压器瓦斯保护原理电路图 轻瓦斯动作发信号回路 瓦斯继电器 信号继电
16、器KG 起动轻瓦斯信号继电器 发出动作信号 重瓦斯动作跳闸回路 瓦斯继电器 信号继电器KS 出口中间继电器KOM 起动重瓦斯信号和出口中间继电器 一方面发出重瓦斯动作信号 同时启动跳闸回路将变压器退出运行 重瓦斯动作信号回路 当重瓦斯保护动作因某些原因由作用于跳闸改为发信号时 将XE跳闸压板退出 则变压器只发信号不跳闸变压器 瓦斯继电器保护动作的主要原因 1 空气进入运行中的变压器有三种途径 一是变压器在换油 补充油时 被换或补加的油未彻底进行真空脱气处理 或者未严格按真空注油工艺进行 使油中的空气附着在铁心 绕组 附件表面上及有机固体绝缘材料孔隙中 这些气体在变压器投入运行后通过油的对流循环 变压器铁心的磁滞现象 逐渐汇集 上升到瓦斯继电器内 引起信号动作 二是变压器呼吸器更换吸附剂 如硅胶 后 静置时间较短 空气未彻底排净 由呼吸器进入本体循环 进而进入瓦斯继电器引起信号动作 三是热油循环的变压器潜油泵密封不良 因油泵工作时产生的微负压导致空气进入变压器本体循环 聚集在瓦斯继电器内造成瓦斯信号动作 2 环境温度骤然下降 变压器的本体油很快冷缩造成油位降低 或者变压器本体严重漏油引起
