3电力变压器及电抗器培训课件DHT1 电力变压器第一节 变压器的根本原理及参数变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器它根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压变换成另一等级的交流电压，以满足不同负荷的需要应用于电力系统〔包括发电厂和变电所〕中供输电和配电用的变压器，统称为电力变压器 一、变压器的根本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的，因此它的构成原那么是：有两个或两个以上互相绝缘的线圈〔构成电路〕套在一个共同的铁芯柱上〔构成磁路〕，线圈之间一般仅有磁的耦合，而无任何电的联系〔在电路上不联系〕，其原理示意图如图5-1所示〔本图为双绕组变压器，为便于分析分别套在两个铁芯柱上〕将线圈1接到交流电源上，在电源电压U1的作用下，线圈中流有电流I1，并在铁芯中产生交变磁通Ф，其频率与外施电压U1相同，这个交变磁通以整个铁芯作为闭合回路，同时交链于1、2两个线圈，根据电磁感应原理，分别在两个线圈中感应电势E1和E2E1=-W1*dФ/dt 〔5-1〕E2=-W2*dФ/dt 〔5-2〕式中：W1和W2分别为1、2假设把负载接于线圈2，那么有电流I2流过负载。
图5—1由于两个线圈都交链于同一磁通，故两线圈感应电势频率均与磁通Ф的频率相同，即等于外施电压U1的频率由上面两公式看出，两个线圈感应电势的大小都正比于各自线圈的匝数，通常两个线圈的匝数是不相等的，因此两个线圈感应电势的大小就不相等一台变压器，匝数多的感应电势就大，线圈匝数少的感应电势就小，即E1/W1=E2/W2=-dФ/dt (5-3)由式8-3可知，无论是线圈1还是线圈2，它们每一匝线圈所感应的电势都相等，又由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都很小，可以忽略不计，可近似认为U1=E1,U2=E2,于是U1/U2=E1/E2=W1/W2=K,因此改变匝数〔比〕就可以改变电压，这就从物理意义上解释了变压器能变电压的原理在变压器中，与电源相接的线圈叫原线圈，简称原边或原方，接负载的线圈叫付线圈，简称付边或付方对双绕组变压器，有时把接电源的一侧叫一次侧，有关的各物理量如功率、电压、电流等都以下标1来表示，如P1、U1、I1等，接负载的一侧叫二次侧，有关的各物理量都以下标2来表示，如P2、U2、I2等二、变压器的分类变压器一般可分为特种变压器和电力变压器两大类。
特种变压器有电炉变压器、整644DHT1 W 水冷式P 强迫油循环J 油浸自冷D 强迫油导向循环C 干式浇注绝缘D 单相S 三相O 自耦变压器〔型号首位表示降压，末位表示升压〕例如，SFZ8—40000/110表示三相风冷铜绕组有载调压，额定容量为40000KVA，高压绕组额定电压为110KV电力变压器，设计序号8为低损耗型四、变压器的技术参数变压器的技术参数有额定容量SN、额定电压UN、额定电流IN、额定温升τN、阻抗电压百分数ud％，都标在变压器的铭牌上此外，在铭牌上还标有相数、接线组别、额定运行时的效率及冷却介质温度等参数或要求645DHT1 I1N＝48000√3×20＝1386〔A〕10.5KV侧 I2N=36000√3×10.5=1787〔A〕3.15KV侧 I3N√3×3.15=2119 〔A〕4．额定频率fN我国规定标准工业频率为50Hz，故电力变压器的额定频率都是50HZ5．额定温升tN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都标明了该变压器的温升限值。
我国标准规定〔参见下节〕，绕组温升的限值为65℃，上层油温升的限值为55℃，并规定变压器周围的最高温度为＋40℃因此变压器在正常运行时，上层油的最高温度不应超过＋95℃6．阻抗电压百分数ud％阻抗电压百分数，在数值上与变压器的阻抗百分数相等，说明变压器内阻抗的大小阻抗电压百分数又称为短路电压百分数646DHT1 上海阿尔斯通变压器型 号： DFP—240000/550型 式： 户外、双绕组、油浸、单相电力变压器冷却方式： ODAF〔强迫油循环风冷式〕额定容量： 3×240〔MVA〕额定电压： 550/√3-2×2.5％／20〔kV〕额定电流： 755.8／12000〔高压单相／低压单相〕〔A〕相 数： 3周 波： 50〔Hz〕接线组别： YN，d11阻抗电压： 14%±3.5%647DHT1 100〔KW〕负载损耗： 465〔KW〕效 率： 99.76％允许温升： 绕组64 ， 顶层油54〔℃〕变压器质量〔t〕总质量： 212油质量： 33铁芯和绕组质量： 149器身〔油箱〕质量：18冲击耐压水平〔KV〕高压绕组： 1550， 高压套管：1550高压中性点：325低压绕组： 200 低压套管：200冷却装置冷却器：4+1组，采用德国GEA公司全套进口产品。
套管型式高压： T进口550KV/1250A 充油电容式低压： 沈变一分厂 25KV/16000A充油式分接头切换方式： 无励磁调压/中性点分接头位置及参数、套管、TA标准等在此648DHT1 变压器的结构及附件较大容量的油浸式变压器一般是由铁芯、绕组、绝缘油、油箱、冷却装置、绝缘套管及一些保护装置等主要局部构成图5－2所示为北仑港电厂755MVA主变外形 图5－2 北仑港电厂主变〔755MVA〕外形1－高压套管；2－高压中性套管；3－低压套管；4－分接头切换操作器；5－名牌；6－油枕；7－ 冷却器风扇；8－油泵；9－油温指示器；10－绕组温度指示器；11－油位计；12－压力释放装置；13－油流指示器；14－气体〔瓦斯〕继电器；15－人孔；16－枯燥和过滤阀；17－真空阀一、铁芯铁芯是变压器的磁路局部为了降低铁芯在交变磁通作用下的磁滞和涡流损耗，铁芯材料采用厚度为0.35mm或更薄的优质硅钢片铁芯由几种不同尺寸的硅钢片在其两面涂以绝缘漆后迭装而成迭装的原那么是接缝越小越好，第一层接缝与第二层接缝互相649DHT1 图5-4 冷轧硅钢片迭装 铁芯包括铁芯柱和铁轭两局部。
铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来，使之形成闭合磁路铁芯只允许一点接地，接地片用厚度0.5㎜、宽度不小于30㎜的紫铜片，插入3-4级铁芯间，对大型变压器插入深度不小于80㎜，其外露局部应包扎绝缘，防止短路铁芯按照绕组在铁芯中的布置方式，变压器又分为铁芯式和铁壳式〔或简称芯式和壳式〕两种铁芯式单相变压器，如图5-5所示，它有两个铁芯柱1，用上、下两个铁轭〔2、3〕将铁芯柱连接起来，构成闭合磁路两个铁芯柱上都套有高压绕组5和低压绕组4通常，将低压绕组放在内侧，即靠近铁芯，而把高压绕组放在外侧，即远离铁芯，这样易于符合绝缘等级要求另外高压绕组上常抽出几个线头作为调压，结构较为复杂，也是把高压绕组布置在外面的一个原因铁芯式三相变压器有三相三铁芯柱式和三相五铁芯柱式两种结构，分别如图5－6和图5－7所示图5－7所示的三相五铁芯柱式〔或称三相五柱式〕也称三相三铁芯柱旁轭式，它是在三相三铁芯柱式〔或称三相三柱式〕外侧加两个旁轭4〔没有绕组的铁芯〕而构成，但其上、下铁轭的截面和高度比普通三相三铁芯柱式的小从而降低了整个变压器的高度中、小容量的三相变压器都采用三相三铁芯柱式大容量三相变压器，常受运输高度限制，故多采用三相五柱式，例如北仑港电厂755MVA主变、石洞口二电厂773MVA主变都采用三相五柱式铁芯。
岱海电厂采用的是单相三柱式铁芯，上下压绕组套装在中间铁芯上，两边铁芯用来构成磁路壳式变压器铁芯根本结构，见图5－8和图5－9图5－8所示铁芯为单相壳式变压器铁芯，具有一个中心铁芯柱3和两个分支铁芯柱〔也称旁轭〕4，中间一个铁芯柱的宽度为两个分支铁芯柱宽度之和把全部绕组放在中间的铁芯柱上，两个分支铁芯柱好似“外壳〞似的围绕在绕组的外侧，因而有壳式变压器之称不过，有时亦称其为单相三柱式变压器图5－9所示铁芯为三相壳式变压器的铁芯，可以看作由三个独立的单相壳式变压器并排合拢放在一起而构成650DHT1 三相五铁芯柱式变压器 1－铁芯柱；2－上铁轭；3－下铁轭；4－旁轭； 5－低压绕组；6－高压绕组 图5－8 单相壳式变压器 1－高压绕组；2－低压绕组； 3－铁芯柱；4－旁轭 图5－5 单相芯式变压器铁芯 和绕组 1－铁芯柱；2－上铁轭；3－下铁轭； 4－低压绕组；5－高压绕组 图5－6 三相三铁芯柱式变压器 1－铁芯柱；2－上铁轭；3－下铁轭； 4－低压绕组；5－高压绕组芯式变压器结构比拟简单，高压绕组与铁芯的距离较远，绝缘较易处理壳式变压器的结构比拟巩固，制造工艺较复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘处理较困难。
壳式结构易于加强对绕组的机械支撑，使其能承受较大的电磁力，特别适用于通过大电流的变压器壳式结构也用于大容量电力变压器日本三菱电气公司生产的大型电力变压器中使用的壳式铁芯结构如图5－10所示变压器有两个并联的磁路，铁芯水平布置，以包围绕组硅钢片冲压成相同的宽度，分层叠置硅钢片采用冷轧、磁性能极佳的晶粒取向硅钢片由于冷轧硅钢片沿着碾轧方向有较小的损耗和较高的导磁系数，为充分利用这种硅钢片的导磁方向性，硅钢片在搭接处都冲压成45°的斜度，即铁芯采用全斜接缝叠装法叠装 图5－9 三相壳式变压器1一铁芯柱；2—铁轭；3一绕组 图5－10 日本三菱电气公司的壳式铁芯结构 在大容量变压器中，为了使铁芯损耗发出的热量能被绝缘油在循环时充分地带走，从而到达良好的冷却效果，通常在铁芯中还设有冷却油道冷却油道的方向可以做成与硅钢片的平面平行，也可以做成与硅钢片的平面垂直例如，北仑港电厂中的755MVA651DHT1 内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材三相五柱式主变压器，其铁芯叠装时，在主铁芯柱和边柱的垂直方向上留有油流通道，通道数量分别为“横三纵一〞和“横三〞。
二、绕组制作绕组时，对绕组的电气强度、耐热强度、机械强度等根本要求都要满足变压器的绕组，按其高压绕组和低压绕组在铁芯上相互间的布置，有两种根本形式：同心式和交叠式同心式绕组，参见前面图5－5和图5－6，高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，但圆筒的直径不同，然后同轴心地套在铁芯柱上交叠绕组，又称为饼式绕组，参见前面图5－8，高压绕组和低压绕组各分为假设干线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着交叠绕组多用于壳式变压器芯式变压器一般都采用同心式绕组为了绝缘方便，通常低压绕组装得靠近铁芯，高压绕组那么套在低压绕组的外面，低压绕组与。