电力变压器工作原理

第二章电力变压器电力变压器的结构和原理第一节变压器的基本工作原理和结构第二节变压器运行与保护第三节变压绕组的直流电阻及绝缘电阻的测量方法第四节变压器的异常运行及故障判断和处理方法第一节变压器的基本工作原理和结构教学要求(1)了解变压器的用途、分类(2)了解变压器的主要结构(3)掌握变压器的基本工作原理(4)掌握变压器的额定参数在输电过程中，电压必须进行调整。用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管1~2万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管3~4万伏在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。第一章变压器的基本工作原理和结构§1-1变压器在电力系统中的应用G~G~发电厂发电机发电厂升压主变压器低压动力及照明负荷高压动力负荷厂用降压变压器发电机直馈线380/220V10.5kV3kV`115～230kV35kV10kV发电厂发电机10kV用户3kV高压动力负荷低压动力及照明负荷发电厂升压主变压器变电站降压变压器变电站降压变压器用户配电变压器380/220V输电线图1-1简单的输配电系统示意图§1-1变压器在电力系统中的应用1.电力传输2.变压器的容量2.示意图一、变压器的构造3.电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘n1n21.构造：（1）铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理思考：若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0～～——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理思考：若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0～～——互感现象1、n2n1U2U1——升压变压器2、n2n1U2U1——降压变压器2121nnUU实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比。原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/t若不考虑原副线圈的内阻有U1=E1U2=E22121nnEE三、理想变压器的变压规律2121nnUU理想变压器输入功率等于输出功率即:U1I1=U2I2P入=P出121221nnUUII四、理想变压器的电流规律理想变压器原、副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器一、变压器的构造1．示意图2．符号二、变压器的工作原理：1、互感现象：变压器只能改变交流电的电压和电流2、能量转化：电能→磁场能→电能3、理想变压器：三、理想变压器的变压、变流规律：小结2121nnUU1221nnIIP入＝P出§1-2变压器的基本工作原理及分类变压器的分类按用途分：街头变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器形形色色的变压器单相变压器多相变压器三相变压器按相数分：单相变压器三相变压器按绕组形式分：双绕组变压器多绕组变压器三绕组变压器自耦变压器干式变压器油浸式变压器干式变压器油浸式变压器自冷风冷强迫油循环按冷却介质分:强迫油循环电力变压器心式变压器壳式变压器按铁心形式分：§1-3变压器的基本结构§1-3变压器的基本结构铁心作用：磁路的构成部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心均用0.35－0.5mm厚的热轧或冷轧硅钢片叠成，片间涂以0.01~0.013mm厚的漆膜，以避免片间短路。绕组作用：电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。绝缘结构作用：实现变压器的绝缘，包括外部绝缘和内部绝缘。油箱和其它附件作用：铁心和绕组组成变压器的器身，器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。低压高压§1-4变压器的额定值额定容量指在额定状态下变压器的视在功率．额定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。对三相变压器，额定容量指三相的总容量。额定电压以伏（V）或千伏（kV）为单位。对三相变压器，额定电压指线电压。额定电流以安（A）或千安（kA）为单位。对三相变压器，额定电压指线电流。额定频率以赫兹（Hz）为单位。我国额定工频为50Hz。§1-4变压器的额定值3）双绕组变压器原、副边容量按相等进行设计4）U1N指电源加到变压器原边的电压；U2N指原边加上额定电压时的副边开路电压，空载电压，副边电流为零5）分析变压器和电机时，所说的负载一般是指电流而不是阻抗注意：1）额定工作状态下变压器的效率、温升等数据，均属于额定值2)除额定值以外，铭牌上还标有变压器的相数，联结组标号和绕组联结图、阻抗电压等型号型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如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。第二节变压器的运行与保护教学要求(1)变压器的负荷能力(2)变压器的运行与维护2.1变压器的负荷能力变压器的负荷能力——指在短时间内所能输出的超过额定容量的功率。负荷能力的大小和持续时间决定于：①变压器的电流和温度是否超过规定的限值。②在整个运行期间，变压器总的绝缘老化是否超过正常值，即在过负荷期间绝缘老化可能多一些，在欠负荷期间绝缘老化要少一些，只要二者互相补偿，总的不超过正常值，能达到正常预期寿命即可。2.1.1变压器发热时的特点油浸式变压器各部分的温升分布油浸变压器温度沿高度的分布图2.1.2稳态温升（1）变压器长期稳定运行，各部分温升达到稳定值。（2）由于发热很不均匀，各部分温升通常都用平均温升和最大温升来表示。2.1.3变压器的绝缘老化1.变压器的绝缘老化现象（1）在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，使绝缘材料的机械、电气性能衰减，逐渐失去其初期所具有的性质，产生绝缘老化现象。（2）变压器的绝缘老化，主要是受温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响，其中高温是促成老化的直接原因。2.变压器的寿命（1）变压器的预期寿命——指当变压器绝缘的机械强度降低至其初始值15%~20%所经过的时间。（2）研究表明，变压器绕组热点温度在800C~1400C范围内，变压器的预期寿命和绕组热点温度的关系为PzAe3.等值老化原则等值老化原则——使变压器在一定时间间隔T（一年或一昼夜）内绝缘老化或所损耗的寿命等于在时间间隔T内恒定温度98℃时变压器所损耗的寿命，用公式表示为P980TetTPedt2.1.4变压器的正常过负荷正常容许过负荷的条件是：（1）保证在指定的时间段内（1天或1年），变压器绝缘的损耗等于额定损耗；（2）最大负载不应超过额定容量的1.5倍；（3）上层油温不超过950C；绕组最热点温度不超过1400C。满足此条件变压器可长期运行。1.等值空气温度等值空气温度——指某一空气温度，在一定时间间隔内如维持此温度不变，当变压器带恒定负荷时，绝缘所遭受的老化等于空气温度自然变化时和同样恒定负荷情况下的绝缘老化，用算式表示为eqt12n1()nPPPPPtTeteeeet2.变压器的寿命变压器的预期寿命——指当变压器绝缘的机械强度降低至其初始值15%~20%所经过的时间。研究表明，变压器绕组热点温度在800C~1400C范围内，变压器的预期寿命和绕组热点温度的关系为PzAe3.等值老化原则等值老化原则——使变压器在一定时间间隔T（一年或一昼夜）内绝缘老化或所损耗的寿命等于在时间间隔T内恒定温度98℃时变压器所损耗的寿命，用公式表示为P980TetTPedt2.1.4变压器的正常过负荷正常容许过负荷的条件是：（1）保证在指定的时间段内（1天或1年），变压器绝缘的损耗等于额定损耗；（2）最大负载不应超过额定容量的1.5倍；（3）上层油温不超过950C；绕组最热点温度不超过1400C。满足此条件变压器可长期运行。2.1.5变压器的事故过负荷事故过负荷——当系统发生事故时，变压器在较短时间内可能出现比正常过负荷更大的过负荷，这种事故情况下的过负荷称为事故过负荷。国际电工技术委员会（IEC）没有严格规定容许事故过负荷的具体数值，而是列出了事故过负荷时变压器寿命所牺牲的天数，即事故过负荷一次（例如事故过负荷1.3倍，运行2h）,变压器绝缘的老化相当于正常老化时的天数。2.2变压器的运行与维护2.2.1变压器的投运与停运1.投运前应作的准备（1）对新投运的变压器以及长期停用或大修的变压器，在投运之前，应重新按部颁《电气设备预防性试验规程》进行必要的试验。（2）新投运的变压器必须在额定电压下做冲击合闸试验，冲击五次；大修或更换改造部分绕组的变压器则冲击三次。2.变压器投运、停运操作顺序（1）强迫油循环风冷式变压器投入运行时，应先逐台投入冷却器并按负载情况控制投入的台数；变压器停运时，要先停变压器，冷却装置继续运行一段时间，待油温不再上升后再停。（2）变压器的充电应当由装设有保护装置的电源侧的断路器进行，并要考虑到其他侧是否会发生超过绝缘方面所不允许的过电压现象。（3）在110kV及以上中性点直接接地系统中投运和停运变压器时，在操作前必须将中性点接地，操作完毕可按系统需要决定中性点是否断开。（4）装有储油柜的变压器带电前应排尽套管高座、散热器及净油器等上部的残留空气，对强迫油循环变压器，应开启油泵，使油循环一定时间后将空气排尽。开启油泵时，变压器各侧绕组均应接地。（5）运行中的备用变压器应随时可以投入运行，长期停运者应定期充电，同时投入冷却装置。2.2.2变压器的运行维护1．采用胶袋的油枕密封变压器的运行维护（1）在油枕加油时，应全密封加油，并注意尽量将胶袋外面与油枕内壁间的空气排尽，否则会造成假油位及气体继电器的误动作。（2）在油枕加油时，应注意油量及适当的进油速度，防止因进油速度太快、加油量过多使防爆管喷油、释压器发声或喷油。2．变压器分接开关的运行维护（1）无载分接变压器1）当变换分接头时，应先停电后操作。2）变换分头操作时一般要求进行正反转动三个循环，以消除触头上的氧化膜及油污，然后正式变换分接头。3）变换分接头后，应测量绕组档位的直流电阻，并检查销紧位置，还应将分接头变换情况做好记录并报告调度部门。4）对于运行中不常进行分接变换的变压器，每年结合小修（预试）将分接头操作三个循环，并测量全档位直流电阻，发现异常及时处理，合格时方可投运。（2）有载分接开关和有载调压变压器1）有载分接开关投运前，应检查其油枕油位是否正常，有无渗漏油现象，控制箱防潮应良好。2）对于有载开关的气体保护，其重气体应投入跳闸，轻气体则接信号。3）有载分接开关的电动控制应正确无误，电源可靠。4）有载分接开关的电动控制回路，在主控制盘上的电动操作按钮，与有载开关控制箱按钮应完好，电源指示灯、行程指示灯应完好，极限位置的电气闭锁应可靠。5）有载分接开关的电动控制回路应设置电流闭锁装置，其电流整定值为主变压器额定电流的1.2倍，电流继电器返回系数应大于或等于0.9。6）新装或大修后有载分接开关，应在变压器空载运行时在主控制室用电动操作按钮及手动至少试操作一个（升—降）循环，各项指示正确，极限位置的电气闭锁可靠，方可调至要求的分解档位以带负荷运行，并加强监视。7）值班员根据调度下达的电压曲线及电压差数，自行调压操作。每次操作应认真检查分接头动作和电压电流变化情况（每周一个分接头记为一次），并作好记录。8）两台有载调压变压器并联运行时，允许在变压器85%额定负荷电流以下进行分接变换操作。但不能在单台变压器上连续进行两个分接变换操作。9）值班人员进行有载分接开关控制时，应按巡视检查要求进行，在操作前后均应注意并观察气体继电器有无气泡出现。10）当