变压器的运行和维护

电仪部：傅智雄电气设备的运行和维护变压器构造原理变压器的运行维护电动机的构造原理电动机的运行维护二次控制设备继电保护系统第一章：变压器一.变压器的种类和作用：1.按用途可分为：①电力变压器：升压和降压②实验变压器：产生高电压实验电气设备。③调压器：自耦调压器，移圈式调压器，磁饱和调压器。④测量变压器：电压互感器、电流互感器。⑤其他用途变压器：电炉变压器、整流变压器、电焊变压器、控制变压器、冲击变压器等。2.按结构分：①双绕组变压器（双圈）用的最多。②三绕组变压器(三圈）③自耦变压器3.按相数分：①单相②三相③多相（整流用多相变）4.按冷却条件分：①油浸变压器（油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环、强迫风冷、强迫水冷）②干式变压器③充气式变压器（变压器箱内充满特种气体）5.按调压方式分：①无激磁（无载）调压变压器②有载调压变压器6.按中性点绝缘水平可分：①全绝缘变压器（变压器绝缘水平与首端水平相同。②半绝缘变压器(中性点绝缘水平比首端低二.变压器的·作用：1.降低变压器各级别的电压等级，以满足各种不同电压等级的电气设备使用。2.提高电压，减少送电损失（电力系统传送电能过程中，必然会产生电压和功率的损耗，在输送统一功率时，电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。）三.变压器的工作原理：U1Ⅰ1一次侧二次侧主磁通铁芯U2工作原理：在主磁通的作用下，两侧线圈分别感应起电势E1和E2,电势的大小与匝数成正比，忽略内阻抗压降，感应电势旧等于端电压，电势大小不同即电压大小不同，这就是变压的原理。（电生磁，磁生电的电磁现象。）要点：⑴如果不考虑变压器的损耗，二次输出功率＝一次输入功率；即二次电压×二次电流＝一次电压×一次电流变比K＝U1/U2＝W1/W2⑵变压器二次电流增加，一次电流也自动增加（当变压器二次空载时，一次侧仅流过产生主磁通的激磁电流，外加一次电压不变→激磁电流不变→主磁通不变→当二次侧加负载电流后，也在铁心中产生磁通，主磁通的变化影响到一次，一次侧要保持主磁通不变，必将另外再流过一部分电流，这一部分的电流是随二次电流的增减而增减的。）这是从磁路上的理解，从电路上也可以看出：当二次电流产生的磁通改变了一次电流所产生的磁通时，相当于一次线圈的感抗起变化，即阻抗变小了，这样在外加电压不变的前提下，由于电路中阻抗变小，一次电流当然要增加，这增加部分即是一次电流中用来平衡二次电流的部分。四.变压器的构造：1.铁芯：用导磁性能很好的硅钢片叠放组成闭合磁路（为减少涡流损失，硅钢片的螺栓均做绝缘处理。）2.线圈：原、副线圈是用铜线或铝线绕成园筒形的多层线圈，绕在铁心柱上导线外边采用纸绝缘或纱包绝缘。3.油箱：室变压器的外壳，内装铁心、线圈并充满变压器油，变压器油起绝缘和散热的作用。4.油枕：当油随油温膨胀或缩小时，油枕起储油及补油的作用，保证变压器充满油。同时，由于装了油枕，室变压器缩小了与空气的接触面，减少油的劣化速度，侧面装有一个油位计（油标管），监视油的变化。5.呼吸器：由铁管和玻璃容器组成，内装干燥剂（硅胶），当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩小时，排出或吸入的空气都经呼吸器过滤，保证油的清洁和干燥。6.气体继电器：是油浸式变压器所用的一种保护装置，由于变压器内部绝缘击穿、匝间短路、铁心烧毁等故障二使油分解产生气体或造成油流涌动时，使继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号或自动切除变压器。还可以取气样进行观察分析气体的颜色和数量。7.瓦斯继电器：变压器主保护，装在变压器的油箱和油枕的连接管上。瓦斯继电器的上接点接信号回路，下接点接跳闸回路。8.散热器（又称散热翅、冷却器）扇形、园形、排管等，散热面积愈大，散热效果愈好，当变压器上层油温和下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对流。9.绝缘套管：引接线（有纯瓷、充油、和电容等不同形式。）10.分接开关：调压用，一般变压器的一二次线圈都有3至5个分头位置（三分头中间分头2为额定电压，相临分头相差±5%，多分头的相差±2.5%）操作部分装于变压器顶部，经传动杆伸入变压器油箱。11.温度计：包括一个带电接点的温度计和测温管（外包），这两者用金属软管连接，测温包固定在油箱顶盖上的一个开口套筒内，套管内注满绝缘油，测温管内充满氯化或乙醚液体，当油温变化室，氯化甲烷的压力也跟着变化，使弹簧管变形而使表计的指针偏转，指示出相应的温度，在指针的轴上固定有一个接触板，它沿着两个带有触头的扇形片滑动，当温度上升到指针整定值时，两对接点分别导通，给出信号或启动自动冷却系统。五.变压器的几个重要参数：1.额定容量：(Pê）:厂家规定的使用条件下，在额定电压、电流连续运行时所输送的容量。2.额定电压：指变压器长期运行时，所能承受的工作电压（指中间分接头）3.额定电流：额定电流：指在变压器额定容量下，允许长期通过的电流。4.容量比：变压器各侧的额定容量之间的比值。如某变压器容量为31500千伏安，其容量比为100%、100%、67%，即变压器的一次容量、二次容量、三次容量分别为31500、31500、21000千伏安，运行中注意按各侧所规定的容量监视负荷。5.电压比（变比）：指变压器各侧之间的电压比。6.铜损（短路损耗）：指第一、二次电流流过改线圈电阻所消耗的能量之和。由于线圈多为铜导线，故简称铜损。铜损与一、二次电流的平方成正比，铭牌上所标的千瓦数系指线圈在75℃时通过额定电流的铜损。7.铁损：指变压器在额定电压下，（二次开路），在铁芯中消耗的功率。其中包括激磁损耗和涡流损耗。8.百分阻抗（短路电压%）：指指变压器二次短路，一次施加电压，并慢慢使电压加大，当二次产生的短路电流等于额定电流时，一次所施加的电压叫短路电压，铭牌上用的是百分数来表示，即：（短路电压%）＝短路电压/额定电压×100%注意：三圈变压器的百分阻抗有高、低压间、高中压间和中低压间三个百分阻抗，测高低压百分阻抗时，中压线圈需路，测高中压百分阻抗百分阻抗值时，低压线圈需开路，测中低间百分阻值时，高压线圈需开路。9.空载电流：指变压器在额定电压下空载（二次开路）运行时，一次线圈中通过的电流。一般以额定电流的百分数表示。即Ⅰo%＝Ⅰo/Ⅰe×100%六.变压器的极性:本来，交流电路里是没有+﹣极性的，但在一个极短的时间中，变压器一次线圈的两个接头必定有一个接头的电流流入的，另一个是流出的，二次线圈也一样，一个流入，一个流出，当一次电流流入的接头和二次电流流出的接头为同方向便是同极性。一般单相变压器一二次引线上标有+﹣符号，相同的为同极性，所以用“+”或“﹣”标志不是说这一端永远是正或永远是负的意思，而是说明这个线圈标标“+”的一端和那个线圈标“+”的一端是同极性。对于两个线圈的连接来说，如果两个线圈的同极性端连在一起，称为减极性，连接此时两线圈的电势是相减的，如果两线圈的异端连在一起，称加极性连接，两线圈的电势是相加的。那如何检查判断变压器的同极性？﹣﹢﹢﹣干电池变压器或互感器接好线后，如果连接线搭接在变压器高压侧未接上线的一端上，万用表指针正转，说明接在电池正极上的端头和接在万用正极上的端头属于同极性。如果指针反转，那旧说明接在电池正极的端头和接在万用表负极的端头属于同级性。低压侧高压侧变压器万用表为什么要搞清楚变压器的极性呢？因为变压器两侧线圈中的电压和电流是存在油相位关系的，而在日常工作中遇到要考虑变压器的接线组别及几台单相变压器进行串并联连接时，就都要搞清楚它们的极性。七.变压器的接线组别：三相变压器的一次线圈和二次线圈间电压或电流的相位关系就叫变压器的组别。相为关系实际上就是角度关系，而变压器的一二次各量的相位差都是30度倍数，这刚好与时钟一样有30度的分时针关系，这就有了变压器组别的最常用方法-时钟表示法：时钟表示法就是把变压器高压侧的线电压（或线电流）的向量作为长针，永远固定在12上，低压侧的线电压（或线电流）向量作为短针，再根据角度关系固定在时针上。如：Y/Y0-12接线，由于一次绕组和二次绕组同相，线端标号一致，所以一二次侧相对应的相电势是同相，其向量图如下图所示，若将图中A和a重合绘在一起看，则二次侧线电压向量Uab与一次侧线电压向量UAB也是同相，按规定UAB永远固定在12点上，即二次Uab也是12点，所以此此接线为12，记做Y/YO-12ABCEAEaUabUAB向量图接线图线电压相电压向量图abcEcEcEbEBECEaEbEAEBEC又如：Y/△-11接线，其连接顺序为ax-cz-bg,根据减极性的特点，两侧相电势为同相，又由于二次三相绕组接成△形，其线电压与相电势相等，从向量图可以看出，二次侧线电压Uab等于相电势Ebc,若将向量图中A和a重合绘在一起来看，则二次侧线电压向量Uab越前于一次侧线电压UAB30度，当向量UAB指在钟表12点，则向量Uab应指在11点，故这种接线组别记作Y/△-11,如下图：EAabcxyzzyxBCAEaUABY/△-11向量图Y/△-11接线图UababcabcABCCAB00八.变压器的接线方式:接线方式的不同,直接关系到变压器的运行性能,制造和运行的经济性.下面介绍两种常用连接方式的优缺点:一.Y/Y接线(包括Y/Y0)优缺点:1.Y形和△形相比,在承受同样线电压情况下,Y形的每相线圈承受的电压较小,故在制造上的绝缘材料较少,二由于每相流过的电流较大(Y形相电流等用线电流)选用导线截面较粗,故线圈的机械强度较好,较能耐受短路时的机械力.2.中性点可以任意抽取,适用于三相四线制且Y接抽头放在中性点。3.在同样的绝缘水平下,Y接比△接可获取较高的电压。4.由于选用导线较粗,可使匝间有较高的电容,能耐受较高的冲击电压。其缺点是：1.这种接线因磁通种有三次谐波存在,将使油箱发热和影响变压器运行效率。2.中性点应直接接地，否则中性点电位不稳定会严重位移。（规定中线电流不超25%）3.一相发生故障只好停用。不象△形接法的变压器可暂时接成∨形使用。二.Y0/△或△/Y接线:优点:1.二次电势中没有三次谐波和Y/Y接线中的主要弊病。2.根据需要可在一次侧（采用Y0/△)或在二次侧（采用△/Y0)抽取中性点。3.由于其中有一侧接成△形，可基本维持另一侧Y接的中性点稳定。4.因为接线组别是单组数，即原来有不同组别的两台变压器可以在改变外部首尾端标号的条件下并列，不需抽出器身重新接线。缺点:三.有关三次谐波：非正弦波总可以分解成许多不同频率的正弦的高次谐波和基波，这些高次谐波中影响最大的是三次谐波。三次谐波的特点是三相的量在时间上同相、幅值相等。一台变压器运行中带上额定电压，铁心饱和后电流再增加,并不能使铁心里的磁通增加多少，磁通是平顶波（非正弦波），这时在铁心中会有三次谐波出现，它是以变压器外壳为通路，借铁心的铁件、空气、油等构成回路，使铁壳中通过有150周/秒的三次谐波磁通,三次谐波磁通会产生涡流损耗,降低效率(最高可达变压器铁心损耗的50-65%)。三次谐波产生的2电势可达基波电势的40-50%叠加在基波上数值就相当高了,好在实际上三相三柱式变压器捉弄的三次谐波磁通的磁路中磁阻很大,三次谐波磁通不多,这使得总磁通仍接近正正弦波,固电势也接近正弦波.九.变压器分接头的调压作用：改变分接头位置，就是改变变压器的匝数，也即改变变压器的变比。变比K＝W1/W2＝U1/U2,很容易看出:分头在一次侧,改变一次侧线圈匝数改变K,K值一改变,加同样的电压U1情况下二次电压U2＝U1/K自然起变化,这就起了调节电压的作用.如:一台6000±5%/400的降压变压器,分接头放在额定电压位置室,变比K＝6000/400＝15,这时当高压侧加6000伏时,低压电压为400伏,现在要降低二次电压,根据公式U2＝U1/K来看,应增加K,也即增大K,也即增大高压侧的匝数,调分接头旧应该往﹢5%这个分接头调,这时,变比K＝6300/400＝45.8,二次电压就可以调到6000/15.5＝380伏.从原理上讲,抽分头从哪一侧抽都可以,但一般无激磁(无载)调压变压器抽分头都在高压侧,这是