2013年电工进网作业变压器课件

电力处培训中心二〇一三年九月电工进网作业培训电力变压器讲义1.概述2.变压器的工作原理与结构3.变压器运行4.其他变压器5.互感器内容提要概述变压器的基本概念、作用静止设备，电磁感应原理，一种电压等级的交流电能转化成另一种或几种电压等级的交流电能。变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。分类按用途：电力变压器、特种变压器、仪用互感器(电流互感器、电压互感器)按冷却介质：油侵式、干式•电力系统中为什么需要变压器？a、发电机的输出电压有限；（最高不超过20kV）b、远距离输电需提高电压等级减少线路损耗；（损耗与电流关系）c、输入用电设备的电压等级需与用电设备相匹配；d、电网中存在不同电压，需变压器将不通电压等级线路连接起来。综上所述：变压器是电力系统中不可缺少的重要设备。第一节变压器的工作原理和结构一、变压器工作原理变压器的工作原理变压器是利用电磁感应作用将一种电压、电流的电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。(也称为一种静止的电机）原理如（图一）所示：一个铁芯:提供磁通的闭合路径，两个绕组:1次侧绕组(原边)N1,2次侧绕组(副边)N2。•图一、变压器原理图•E:感应电势•N:匝数•Φ：磁通•一次线圈•二次线圈由此可知，一、二次感应电动势的大小与电源频率、绕组匝数和主磁通最大值成正比，且在相位上滞后主磁通90°。•上式表明，变压器一、二次绕组的电压比就等于一、二次绕组的匝数比,电流与匝数成反比。即电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。因此，要使一、二次绕组有不同的电压，只要使一、二次绕组有不同的匝数即可。例如一次绕组的匝数N1为二次绕组匝数N2的一倍（k=2），便是2∶1的降压变压器；反之，则是1∶2的升压变压器。变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。这就是变压器的变压原理。•E1、E2的相量表达式为：E1=-j4.44ƒN1Φm，E2=-j4.44ƒN2Φm•上式中K——变压器的电压比（亦称匝数比）。kNNEEIIUU21211221•可写为：dtdNeudtdNeu222111变压器的工作原理•变压器的特点：•1、变压器不能改变直流电压•2、变压器不能改变交流电的周期和频率•3、输出电压由输入电压决定•输入功率由输出功率决定•输入电流由输出电流决定•原、副线圈产生感•应电动势•原线圈•接交流电•在铁芯中•产生变化•的磁通量•副线圈中•如有电流•在铁芯中•产生变化•的磁通量•原线圈•产生电流抵消变化的磁通量•互感现象是变压器工作的基础变压器的工作原理第一节变压器的工作原理和结构一、变压器的结构第一节变压器的工作原理和结构一、变压器的结构第一节变压器的工作原理和结构变压器•器身•油箱•出线装置（包括套管等）•铁芯•绕组•绝缘•引线（包括调压装置、引线夹件等）•油箱本体•附件（包括油枕、油门闸阀等）•冷却装置（包括散热器、风扇、油泵等）•保护装置（包括防爆阀、气体继电器、测温元件、呼吸器等）•一、变压器的结构第一节变压器的工作原理和结构一、变压器的结构1、铁芯按铁芯型式，变压器可分为内铁式（又称心式）和外铁式（又称壳式）两种。内铁式变压器的绕组包围着铁心，外铁式变压器则是铁心包围着绕组。套绕组的部分称铁心柱，连接铁心柱的部分叫铁轭。•绕组是用绝缘扁线或圆铜线绕成。根据高、低压绕组的相对位置，绕组可分为同心式和交叠式两种类型。•同心式绕组的高、低压绕组同心套在铁芯柱上。为便于绝缘，一般低压绕组套在里面。并以绝缘纸筒隔开。交叠式绕组为了减少绝缘距离通常将低压绕组靠近铁轭。同心式绕组结构简单，制造方便，国产电力变压器均采用这种结构.•油浸式电力变压器2、绕组第一节变压器的工作原理和结构3、绝缘•主要绝缘材料：变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。•4、分接开关•作用：调节电压，供给稳定的电压、控制电力潮流或调节负载电流。•调压方法：切除和增加一部分绕组的线匝，以改变绕组的匝数。常把绕组引出若干个抽头，这些抽头叫作分接头。当用分接开关切换到不同的抽头时，便接入了不同的匝数。这种调压方式又分无激磁（无载）调压和有载调压两种。•变压器二次不带负载，一次也与电网断开(无电源励磁)的调压，称为无励磁调压，带负载进行变换绕组分接的调压，称为有载调压。第一节变压器的工作原理和结构5、油箱油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。按大小分为：吊器身式油箱和吊箱壳式油箱。6、冷却装置油浸式电力变压器的冷却方式，按其容量大小可分为油浸自冷、油浸风冷及强迫油循环（风冷或水冷）三类。7、油枕储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通。第一节变压器的工作原理和结构8、吸湿器防止空气中的水分浸入油枕的油内，油枕是经过一个呼吸器（也称吸湿器）与外界空气连通的，呼吸器内盛有能吸收潮气的物质（通常为硅胶），硅胶被氯化钴浸渍过后称为变色硅胶，它在干燥状况下呈蓝色，吸收潮气后渐渐变为淡红色，此时即表示硅胶已失去吸湿效能。如把吸潮后的硅胶在108度高温下烘焙10h，使水分蒸发出去，则硅胶又会还原成蓝色而恢复吸湿能力。第一节变压器的工作原理和结构9、安全通道（防爆管）位于变压器的顶盖上，其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出，保护变压器不受严重损害。第一节变压器的工作原理和结构10、气体继电器位于储油柜与箱盖的联管之间。在变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器。11、高低压绝缘套管变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的，它起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带电部分和绝缘部分组成。第一节变压器的工作原理和结构三、电力变压器的型号及技术参数1、型号第一节变压器的工作原理和结构2、相数：单相和三相3、额定频率：50Hz4、额定电压UN：指变压器厂时间运行时，所能承受的工作电压（铭牌上的UN为变压器分接开关中间分接头的额定电压值）。是变压器线电压(有效值)，它应与所连接的输变电线路电压相符合。5、额定容量SN：额定状态下，变压器二次侧的输出能力(kVA)。对于三相变压器，额定容量是三相容量之和。是变压器在厂家铭牌规定的条件下，在额定电压、额定电流连续运行时所输送的容量6、额定电流IN：是通过绕组的线电流(有效值)。它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数(单相为l，三相为√3)第一节变压器的工作原理和结构7、绕组联接组标号：各相绕组的联接形式，可以连接为星形、三角形等。星形联接是各相线圈的一端接成一个公共点(中性点)，其余接端子接到相应的线端上；三角形联接是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处接至相应的线端。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。8、变比：指变压器各侧额定电压之比。调压范围：变压器高低压绕组的匝数比变化时，一次、二次之间电压变比的变化区间。9、空载电流：当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流过的电流称空载电流I0。10、阻抗电压UK%和短路损耗：当变压器二次侧短路，一次侧施加电压使其电流达到额定值，此时所施加的电压称为阻抗电压UZ，变压器从电源吸取的功率即为短路损耗。以阻抗电压UK与额定电压UN之比的百分数表示。UK%=短路电压/额定电压×100％。•11、铜损（短路损失）：指变压器一、二次电流流过一、二次绕组，在绕组电阻上所消耗的能量之和。•铁损：指变压器在额定电压下（二次开路）铁芯中消耗的功率，包括激磁损耗和涡流损耗。•12、电压调整率：在给定负载功率因数下(一般取0.8)二次空载电压U2N和二次负载电压U2之差与二次额定电压U2N的比。该参数说明变压器二次电压随负荷变化的程度，是衡量变压器供电质量的数据。•13、效率η：变压器的效率为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。当变压器的铜损等于铁损时，变压器处于最经济运行状态，一般为变压器带其额定容量的50%～70%时。•14、升温和冷却方式••第一节变压器的工作原理和结构•第一节变压器的工作原理和结构•15、变压器极性•单相变压器原副绕组是被同一主磁通交链。故当主磁通交变时，在原、副绕组感应出的电动势有一定的极性关系。即任一瞬间，一个绕组的某一端点的电位为正时，另一绕组必有一个端点的电位为正。这两个同极性端又名同名端。用●表示。电流从两个线圈的同极性端流入（流出）时，产生的磁通方向相同。•在使用变压器时，一定要注意绕组的正确连接方式。•16、电力变压器的联接组：是指变压器一、二次绕组因采用不同联接方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。变压器高、低压方相对应的线电压的相位差总是30度的倍数。因此采用“时钟表示法”来表示这种相位差是很简明的。•“时钟表示法”：把高压边线电压作为长针始终指向“12”。而低压边相对应的线电压作为短时，短针指向的数字称为三相变压器连接组的组号。•三相变压器绕组接线有：星形连接、三角形连接、曲折形连接三种。•三个绕组接成三角形时，要特别注意绕组极性问题。如果有一个绕组的极性标错或接错，那么，在闭合三角形回路中，三相总电动势不为零，而是两倍的相电动势，必将在绕组内产生很大电流，造成严重事故，甚至烧毁变压器，这一点必须引起注意。•在三相变压器中，一次绕组的始端为Ａ、Ｂ、Ｃ，末端为Ｘ、Ｙ、Ｚ；二次绕组的始端为ａ、ｂ、ｃ，末端为ｘ、ｙ、ｚ。••第一节变压器的工作原理和结构变压器Y，yn0联接组（ａ）一、二次绕组接线；（ｂ）一、二次电压相量；（ｃ）时钟表示•１）．变压器Y，yn0联接组•下图所示为变压器Y，yn0联接组。其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，和在零点（１２点）时时钟上的分针与时针的相互关系一样，图中的“●”表示“同名端”。•2）变压器D，yn11联接组•下图所示为变压器D，yn11联接组。其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，在１１点时时钟上的分针与时针的相互关系一样。•第一节变压器的工作原理和结构•变压器D，yn11联接组•（ａ）一、二次绕组接线；（ｂ）一、二次电压相量；（ｃ）时钟表示•第一节变压器的工作原理和结构•３）采用Y，yn0和D，yn11联接组的优、缺点比较：•①采用D，yn11联接组的变压器，其３ｎ次（ｎ为正整数）谐波励磁电流在其三角形接线中的一次绕组内形成环流的原因，因此比采用Y，yn0联接组的变压器有利于抑制高次谐波电流•②由于采用D，yn11联接组的变压器的零序阻抗比采用Y，yn0联接组的变压器的小得多，导致二次侧单相接地短路电流相比较大得多，因此采用D，yn11联接组的变压器更有利于低压侧单相接地保护动作。•③D，yn11联接组的变压器有利于单相不平衡负荷的使用。低压为TN、TT系统时，宜选用D，yn11联接组的变压器。D，yn11变压器中性线电流一般不应超过低压侧额定电流的40%，而Y，yn0变压器中性线电流一般不应超过低压侧额定电流的25%。•④D，yn11变压器比Y，yn0变压器的绝缘强度要求高，因此成本也稍高。•Ｙ，ｄ１１联接组•（ａ）一、二次绕组接线；（ｂ）一、二次电压相量；（ｃ）时钟表示•第一节变压器的工作原理和结构•4）其他联接组举例•·•·•·•A•B•C•·•·•·•a•b•c•第一节变压器的工作原理和结构•29•·•·•·•A•B•C•·•·•·•c•a•b•Y,y4•第一节变压器的工作原理和结构第二节变压器运行一、变压器允许运行方式1、允许温度与升温变压器运行时各部件的温度是不同的，绕组温度最高，铁芯次之，变压器油的温度最低。为了便于监视运行中变压器各部件的温度，规定以上层油温为允许温度。允许温度主要决定于绕组的绝缘材料。变压器的温度与周围环境温度的差称为温升。绕组允许温升65K（98-20-13=65）变压器上层油温升为55K（95-40=55)我国标准规定在额定使用条件下变压器各部分的允许温升见：表2-1冷却方式温升自然油循环强迫油循环风冷导向强迫