电力变压器的工作原理、运行和维护

20.2.171电力变压器工作原理、运行与维护肖万银2007-11-0920.2.172目录：电力变压器的用途和分类电力变压器的结构电力变压器的工作原理电力变压器的运行与维护干式变压器的运行与维护油浸式变压器运行与维护电力变压器的故障分析和处理20.2.173电力变压器的用途和分类•变压器的用途：•变压器是一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。•变压器的分类：•按其用途不同，有电源变压器、电力变压器，调压变压器，仪用互感器，隔离变压器。•按结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。•按铁心结构分为壳式变压器和心式变压器。•按相数分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。•按工作频率范围分为低频变压器、中频变压器、高频变压器•变压器的种类虽多，但基本原理和结构是一样的。20.2.174电力变压器的结构20.2.175电力变压器的结构油浸式变压器的主要部件组成：1、铁芯。铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为0.35或0.5mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。2、绕组。绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。3、油箱。4、变压器的保护装置：主要包括储油柜、吸湿器、安全气道、气体继电器、净油器温度计等。5、出线套管。6、调压装置。20.2.176电力变压器的工作原理变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值f--频率N--匝数Øm--主磁通最大值由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。变压器的变比：K=U1/U2=N1/N220.2.177电力变压器的工作原理三相变压器的结构及绕组联接变压器铁芯三相变压器外观三相变压器的联接20.2.178电力变压器的工作原理变压器的主要参数：一额定电压变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生电压。变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为10kV及以下系列，35kV系列，63kV系列，110kV系列和220kV系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。二额定容量：变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量，（由于变压器的效率很高，通常一，二次侧的额定容量设计成相等）变压器视在功率计算公式：S=√3UICOS￠20.2.179电力变压器的工作原理三额定电流变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的系数（单相为1，三相为）,而并得的电流经绕组线端的电流。因此变压器的额定电流就是各绕组的额定电流，是指线电流，也以有效值表示（要注意组成三相的单相变压器）四额定频率额定频率是指对变压器所设计的运行频率，我国标准规定频率为50HZ。五空载电流和空载损耗空载电流是指当向变压器的一个绕组（一般是一次侧绕组）施加额定频率的额定电压时，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流I。其较小的有功分量Ioa用以补偿铁心的损耗，其较大的无功量Ior用于励磁以平衡铁心的磁压降。通常Io以额定电流的百分数表示：Io%=(Io/IN)×100=0.1～3%空载电流的有功分量Ioa是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗Po，即指当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。20.2.1710电力变压器的工作原理六阻抗电压和负载损耗双绕组变压器当一个绕组短接（一般为二次侧）另一绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz，通常阻抗电压以额定电压百分比表示Uz%=(Uz/UN)*100%(且应折算到参考温度)一个绕组短接（一般为二次）。另一绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗PR.负载损耗＝最大一对绕组的电阻损耗＋附加损耗附加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度七温升和冷却方式温升，变压器温升，对于空气冷却变压器是指测量部分的温度与冷却空气温度之差；一般规定：油浸式变压器上层油温不超过85℃干式变压器温度90℃启动风机，110℃报警，130℃跳闸20.2.1711电力变压器的运行与维护目前我们武汉项目使用最广泛的电力变压器SCB9（10）型干式变压器S9-M系列全密封油浸式变压器20.2.1712干式变压器的运行与维护•干式变压器的日常维护及控制要点：•1、运行状况的检查：•要点：检查电压、电流、负荷、频率、功率因数、环境温度有无异常；及时记录各种上限值，发现问题及时处理。•2、变压器温度检查：•要点：检查干式电力变压器温度是否正常，因为不仅影响到变压器的寿命，而且会中止运行。在温度异常时，确保测温仪正常。温度计失灵，应及时修理更换。•3、异常响声、异常振动的检查：•要点：检查外壳、铁板有无振音，有无接地不良引起的放电声，附件有无常音及异常振动，从外部能直接检测共振或异常噪音时，应立即处理。•4、风冷装置的检查：•要点：检查声音是否正常，确认有无振动和异常温度。风机应期手动试验。•5、嗅味：•要点：温度异常高时，附着的脏物或绝缘件是否烧焦，发生臭味，有异常应尽早清扫、处理。20.2.1713干式变压器的运行与维护•6、绝缘件线圈外观检查：•要点：绝缘件和绕注线圈表面有无碳化和放电痕迹，是否有龟裂。•7、外壳及变压器室的检查：•要点：检查是否有异物进入、雨水滴入和污染，门窗照明是否完好、温度是否正常。20.2.1714干式变压器的运行与维护•干式电力变压器有下列情况之一时立即停运：•响声明显异常增大，或存在局部放电响声；•发生异常过热现象；•冒烟或着火；•当发生危及安全的故障而有关保护装置拒动；•当附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对于干式电力变压器具构成严重威胁。•干式电力变压器跳闸和着火时，应按下列要求处理：–干式电力变压器跳闸后，经判断确认跳闸不是由内部故障所引起，可重新投入运行，否则作进一步检查；–干式电力变压器跳闸后，停用风机；–干式电力变压器着火时，立即断开电源，停止风冷装置，并迅速采取灭火措施。20.2.1715干式变压器的运行与维护•干式变压器的调压装置：•无激磁调干式电力变压器的分接连接片调压范围为±5%Ue或±2×2．5%Ue，应根据装设处电网运行电压水平来选定，并根据电网运行电压水平偏移幅度进行低压侧电压水平校核，且应满足下列要求：•1、按电源电压最低、变压器负荷最大，算出低压侧母线的最低电压UM，min，并宜满足UM，min≧0.95Ue；•2、按电源电压最高、变压器负荷最小，算出低压侧母线的最高电压UM，max，并宜满足UM，max≦1.05Ue；•当停电调节分接连接片时，还应记录分接连接片的调档范围。•干式变压器的温控装置：•630KVA及以上的干式电力变压器应设温控或温控显装置。温控、温显装置应满足抗震、电磁干扰不敏感、显示数字和动作正确，以及使用寿命的要求。•当采用膨胀式温控器时，膨胀式温控器还应满足干式电力变压器风机起停、超温报警和超温跳闸和触发信号要求，其接点应能在测量范围内根据使用要求设定。膨胀式温控器的质量保证期不应低于10年。•当采用电子式温控温显器时，其输入输出端子应采用接插件结构。电子式温控温显器的质量保证期不应低于5年。•干式电力娈压器额定使用寿命不应少于20年。20.2.1716干式变压器的运行与维护干式变压器的预防性试验：•1、预防性试验宜为每三年一次，当发生故障时应视需要提前进行。预防性试验记录应详尽、准确。测试内容包括：测量绕组直流电阻、绕组绝缘电阻、铁芯绝缘电阻、工频耐压、感应耐压数据。对曾经处于短期急救等超负载运行状态的干式电力变压器，还应测试空载损耗、负载损耗、空载电流数据。•2、局部放电试验应每隔3～5年定期进行一次。当局放值大于50PC时，应进一步加强监视和缩短测试周期；当局放值异常增大至100PC时，应停止运行。•3、温控和温显装置应有一定数量的备品，或使用后重新送检合格的产品。预防性试验时应将温控和温显装置送原制造厂或计量机构进行周期检定。超过使用期的装置都应及时更新。•4、风冷装置电动机的绝缘电阻和噪声水平测量周期，应根据风冷装置的累积工作时间决定。•5、有载调压开关预防性检查和试验的周期，宜每切换操作10000次或运行二年后进行一次。检查和试验的内容为开关的外部状态、机械状态、绝缘完整性、选择开关的接触性能、电动机及其驱动机构、位置指示以及保护继电器等的良好程度。同时测量开关的绝缘性、电动机的绝缘性、限流电阻的电阻值、真空开关的密封性。20.2.1717油浸式变压器的运行与维护•变压器日常巡视检查一般包括以下内容：a.变压器的油温和温度计应正常，储油柜的油位应与温度相对应，各部位无渗油、漏油；b.套管油位应正常，套管外部无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象；c.变压器音响正常；d.各冷却器手感温度应相近，风扇、油泵、水泵运转正常，油流继电器工作正常；e.水冷却器的油压应大于水压(制造厂另有规定者除外)；f.吸湿器完好，吸附剂干燥；g.引线接头、电缆、母线应无发热迹象；h.压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损；i.有载分接开关的分接位置及电源指示应正常；j.气体继电器内应无气体；k.各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮；20.2.1718油浸式变压器的运行与维护•变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：a.变压器声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；b.严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；c.套管有严重的破损和放电现象；d.变压器冒烟着火。e.当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动时，值班人员应立即将变压器停运。F.当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对变压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。20.2.1719电力变压器的运行与维护变压器投入运行前的检查项目：»拆除检修安全措施，恢复常设遮栏。变压器各侧开关、刀闸均应在拉开位置。»变压器本体及室内清洁，变压器上无杂物或遗留工具，各部无渗漏油等现象，干式变压器的外罩完好牢固。»套管清洁完整，无裂纹或渗漏油现象，无放电痕迹，套管螺丝及引线紧固完好，主变油气套管压力正常。»变压器分接头位置应在规定的运行位置上，且三相一致。»外壳接地线紧固完好，各种标示信号和相色漆应明显清楚。»安全气道的阀门应开启，各连接阀兰无渗漏油现象。»测温表的整定值位置正确，接线完好，指示正确。»保护装置和测量表计完好可用。»试验冷却风扇装置运行正常。20.2.1720电力变压器的运行与维护•变压器并列运行