第三章 电力变压器分析

第二章电力变压器变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.具有变换电压、变换电流和变换阻抗的作用，在各个领域有着广泛的应用第一节变压器的工作原理与结构第二节变压器的运行第三节其他变压器第四节互感器第一节变压器的工作原理和结构一、基本工作原理变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。1u1e2e2u1i2iΦ1U2U1u2uLZ1212dΦe=-NdtdΦe=-Ndt只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。1.主磁通感应的电动势——主电动势设则有效值同理二次侧的有效值为tsinωΦΦm90sin2111tNfdtdNemmfNE1144.4mfNE2244.4注意：被同一磁通交链的两个绕组，其每匝电动势相等。2、变比-电压关系1)定义112112022NNUUENkENUU对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为Y，d接线N2N1U3UkNNUU3k21D，y接线:,,,01因此有磁动势平衡方程大小基本不变由空载到负载保持不变只要U112210NININI用电流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I::L作用它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量产生主磁通它用来一个是励磁电流两个分量变压器的负载电流包括表明10电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.2)电流关系负载运行时,忽略空载电流有:1221211或NNkIIkII表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。发电厂的发电机输出电压由于受发电机绝缘水平限制，通常为6.3、10.5KV，最高不超过20KV。远距离输送电能时，首先要将发电机的输出电压通过升压变压器升高到几万伏或几十万伏，以减小输电线上的能量损耗。由多个电站联合组成电力系统时，要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。关系说明：若S一定，U升高，损耗ΔP减少；若ΔP一定，U升高，S减小，故可节省材料。则提高送电电压U，可达到减少投资和降低运行费用的目的。二、基本结构1、铁心——变压器的磁路部分我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压器（如电炉变压器）才采用壳式铁芯。近年来，大量涌现的节能型配电变压器均采用卷铁芯结构。心式——结构简单工艺简单应用广泛壳式——结构复杂，用在小容量变压器和电炉变压器电力变压器的铁心是由0.35～0.5mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁能力。说明:为什么要采用冷扎硅钢片做铁芯?冷轧硅钢片在沿着辗轧方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗。且硅钢片表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通——接逢处气隙小可以避免涡流在钢片之间流通小型变压器做成方形或者矩形大型变压器做成阶梯形，容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向)。近年来，出现一种渐开线形铁芯——优点：节省硅钢片，便于机械化生产，节省工时2、绕组——变压器的电路部分变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线、绝缘铝线在绕线模上绕制而成。基本型式——根据高低压绕组在铁芯柱上排列方式不同可分为同芯式和交叠式对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯柱；对于交叠式绕组，为了减小绝缘距离，通常将低压绕组靠近铁轭。※芯式变压器绕组和铁芯的装配示意图绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。3、变压器的分接开关当变压器负载变化时，为保持其副边电压稳定，必须进行电压调节，目前，变压器调整电压方法是在其某一侧绕组上设置分接，以切除或增加一部分绕组的匝数，以改变绕组的匝数，从而达到改变电压比的有级调压方法，一般在高压绕组上抽头分接？因为高压绕组常套在外面，引出方便；另外，高压侧电流小。1）无励磁调压－无载调压：一次侧与电网断开，二次侧不带负载的条件下进行分接开关的调节。2）有载调压：带负载进行变换绕组分接的调压。分接开关是在变压器励磁或负载状态下进行档位转换操作、调节变压器绕组分接连接位置，从而改变变压器二次输出电压的装置。有载分接开关由切换开关和分接选择器组成。4、油箱变压器油——冷却、绝缘①绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间②散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱●油箱——机械支撑、冷却散热、1）吊器身式油箱：多用于6300KVA及以下变压器，箱沿设在顶部。2）吊箱壳式油箱：多用于8000KVA及以上变压器，箱沿设在下部，箱身做成钟罩形，又叫钟罩式油箱。钟罩绝缘套管SFP－400000/220型电力变压器外形连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端5、冷却装置油泵——为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环风扇——外部用变压器风扇吹风自来水——冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器6、油枕的作用:变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。以保证油箱内总是充满油，并减小油面和空气的接触面，以减缓油的老化。7、呼吸器的作用：即吸湿器，保证储油柜与大气相通；减少变压器油与空气接触面，减缓了变压器油的氧化过程；利用干燥剂吸收空气中的水分。8、气体继电器：当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。9、防爆管的作用：即安全气道，如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。气体继电器三、变压器的型号与额定值型号——可反映出变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容例一：SL7—500/10低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容量500KVA，高压侧额定电压10KV级电力变压器例二：SFPL——63000/110三相强迫油循环风冷双绕组铝线，额定容量63000KVA，高压侧额定电压110KV级电力变压器1、变压器型号如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器2、额定容量SN（KV-A)——铭牌规定的在额定条件下所能输出的视在功率，单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容量。※SN=U1NI1N=U2NI2N实质上就是绕组的容量※变压器额定容量与绕组额定容量有所区别：双绕组变压器额定容量即为绕组额定容量，多绕组则不同.变压器额定容量与电压等级也是密切相关的，电压低，容量大时电流大；电压高，容量小时绝缘比例大，变压器尺寸就大。所以，电压低的容量必小，电压高的容量必大。3、额定电压（UN)——指变压器长期运行时所能承受的额定电压。单位为V或kV。对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压考虑线路的电压降，线路始端（电源端）电压将高于等级电压，35KV以下的高5%，35KV及以上的高10%，连接于线路始端的变压器（即升压变压器），其二次侧额定电压与上述同。4、额定电流(IN)——指变压器在额定容量下，允许长期通过的电流，三相变压器指的是线电流值。单位用A或kA。注：高压侧的电流小，低压侧的电流大。单相变压器额定电流：IN=SN/UN三相变压器额定电流：IN=SN/UN5、额定频率我国为50HZ3336、变压器的允许温升变压器部分最高温升(℃)测量方法绕组65电阻法铁芯表面70温度计法油(顶层)55温度计法油浸变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40℃作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升。7、电压调整率定义：当一次侧电压保持为额定，在给定负载功率因数下，从空载到负载时二次侧电压变化的百分值，用△u表示。%100222NNUUUuNU22U二次空载电压或二次额定电压二次负载电压8、效率变压器的效率为输出与输入的有功功率比。9、阻抗电压二次绕组短路，一次绕组施加电压，使电流达到额定，测量此时的一次电压uK为短路电压（阻抗电压），变压器从电源吸取的功率叫短路损耗。如果短路电压太大，则变压器本身电压损失增大；如果短路电压太小，则变压器出口短路电流过大，变压器及一次回路设备承受短路电流的能力也要加大。通常，铭牌上的阻抗电压是以百分数的形式表示的%100NkkUUu第二节变压器运行一、变压器允许运行方式1、允许温度：规定上层油温为允许温度，变压器的允许温度主要取决于绕组的绝缘材料，A级绝缘材料允许最高温度105℃，规定上层油温最高不超过95℃。2、允许温升：变压器的温度与周围环境温度的差为温升。当变压器的温度达到稳定时的温升为稳定温升。稳定温升的大小与周围的环境温度无关，仅取决于变压器损耗和散热能力。对于A级绝缘的变压器，在周围环境温度最高为40℃时，绕组的允许温升为65℃，而上层油温为55℃。2、变压器的过负载能力在不损坏变压器绝缘和降低变压器使用寿命前提下，变压器在短时间内所能输出的最大容量为起过负荷能力，一般用变压器所能输出的最大容量与额定容量之比（过负荷倍数）表示。正常情况下的过负载：室外变压器总的过负载不得超过30%，室内变压器应不超过20%。事故过载能力：指发生事故时，对重要设备的短时过负载连续供电的能力。允许短路：指变压器发生短路时允许短时承载的电流倍数。一般为额定电流的25倍。3、允许电压波动：为保证输出电压的额定，则要求变压器的电源电压的波动不应超过额定值的±5%。二、变压器的并列运行1、为什么要并列运行？提高供电的可靠性；减少备用容量，提高运行的经济性。2、变压器并列运行的理想情况：空载时并列运行的变压器副边之间不产生循环电流，以免增加铜损；负载以后各变压器所承担的负载电流按其容量大小成比例分配，即电流标么值相同，使变电所装置容量得到充分利用；负载以后各变压器的副边电流相位相同，这样各变压器副边的电流一定时共同承担的总电流最大。为了达到并列运行的理想情况，并列运行的变压器必须满足下列条件：1）、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；允许有±5%的差值。2）、各变压器的连接组别相同；3）、各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等，且短路阻抗角也相等。允许有±10%的差值。其中，第二条必须绝对满足。三、变压器油及运行变压器油的作用：加强绝缘；隔绝空气避免绕组受到潮湿空气的浸蚀；通过油的对流为铁芯和绕组散热。变压器油的试验：变压器油每年要取样试验，注意它的试验项目（耐压试验、介质损耗试验和简化试验）及条件！运行中的监视（管理）：密封、硅胶颜色、油色、储油柜中的油量等；定期做气相色谱分析，以找出潜在的事故隐患，在高温和紫外线作用下，油会加速氧化，一般不应置油于高温下和透明容器内。变压器运行中补油中有哪些注意事项？1、10KV及以下变压器可补入不同牌号的油，但应做混油的耐压试验。2、35KV及以上变压器应补入同牌号的油，也应做耐压试验。3、补油后要检查气体继电器，及时放出气体，若在24小时后无问题，可重新将气体继电器接入掉闸回路。配电变压器的简化试验分析内容：酸值、水溶性酸、闪点、击穿电压、外观和颜色。对运行油的质量状况做出了大致的判断和评价。变压器电气试验1、绝缘电阻测定为了判断变压器绕组是否接地，应用1000V及以上的摇表来测量绕组的绝缘电阻，若测得数据很低或接近于零，则课判断有接地或短路，若