第二章-电力变压器工作原理1

1、第二章第二章 电力变压器电力变压器第一节第一节 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 第二节第二节 变压器运行与保护变压器运行与保护第三节第三节 变压绕组的直流电阻及绝缘电阻的变压绕组的直流电阻及绝缘电阻的测测 量方法量方法第四节第四节 变压器的异常运行及故障判断和处变压器的异常运行及故障判断和处理方法理方法 教学要求教学要求(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。在输电过程中，电压必须进行调整。 在在需改变电压，以适应各种不同电压的需要。需改变电压，以适应各种不同电压的需要。

2、1-1 变压器在电力系统中的应用变压器在电力系统中的应用GG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380/220V10.5kV3kV115230kV35kV10kV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变压器在电力系统中的应用1.1.电力传输电力传输 2.2.变压器的容量变压器的容量 2.2.示意图示意图3.3.电路图中符号电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘n1n

3、21.1.构造：构造：（1 1）铁芯）铁芯 （2 2）原线圈）原线圈( (初级线圈初级线圈) )（3 3）副线圈）副线圈( (次级线圈次级线圈) ) 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化(U1、I1) (变化的磁场变化的磁场) ( U2、I2)思考：思考：若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?=0 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化(U1、I1) (变化的磁场变化的磁场) ( U2、I2)

4、思考：思考：若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?=01、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压降压变压器变压器2121nnUU 实验和理论分析都表明：理想实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈的变压器原、副线圈的电压电压跟它们的跟它们的匝数匝数成成正比。正比。原、副线圈中产生的感应电原、副线圈中产生的感应电动势分别是：动势分别是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t t若不考虑原副线圈的内阻有若不考虑原副线圈的内阻有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 2121n

5、nEE2121nnUU 理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输出功率即即: : 121221nnUUII理想变压器原、副线圈的理想变压器原、副线圈的电流电流跟它跟它们的们的匝数匝数成成反比反比一、变压器的构造一、变压器的构造 1 1示意图示意图 2 2符号符号二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理： 1 1、互感互感现象：变压器只能改变现象：变压器只能改变交流电交流电的电压和电流的电压和电流 2 2、能量转化：电能、能量转化：电能磁场能磁场能电能电能 3 3、理想变压器：理想变压器：三、理想变压器的三、理想变压器的变压变压、变流变流规律：规律：小结2121nnUU1221n

6、nIIP入入P出出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：按用途分：街头变压器街头变压器各式变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器单相变压器多相变压器三相变压器按相数分：单相变压器单相变压器三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干式变压器油浸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变压器的基本结构铁心铁心 作用：磁路的构成部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，作用：磁路的构成

7、部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心均用铁心均用0.350.5mm厚的热轧或冷轧硅钢片叠厚的热轧或冷轧硅钢片叠成，片间涂以成，片间涂以0.010.013mm厚的漆膜，以避免片间短路。厚的漆膜，以避免片间短路。 绕组绕组 作用：作用：电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成线绕成 。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。 绝缘结构绝缘结构 作用：实现变压器的绝缘，包括外部绝缘和内部绝缘。作用：实现变压器的绝缘，包括外部绝缘和内部绝缘。油箱和其它附件油箱和其它附件 作用：铁心和绕组组成变压器的

8、器身，器身放置在装有变压作用：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。是冷却介质。1-4变压器的额定值额定容量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

9、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）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；指电源加到变压器原边的电压； U2N指原边加上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）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是阻抗注意：1 1）额定工作状态下变压器的效率、温升等数据，均属于）额定工作状态下变压器的效率、温升等数据，均属于额定值额定值 2) 2) 除额定值以外，铭牌上还标有变压器的相数，联结组除额定值以外，铭牌上还标有

10、变压器的相数，联结组标号和绕组联结图、阻抗电压等标号和绕组联结图、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。教学要求教学要求(1)变压器的负荷能力变压器的负荷能力(2)变压器的运行与维护变压器的运行与维护 2.1 2.1 变压器的负荷能力变压器的负荷能力 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：变压器的电流和温度是否超过规定的限值。在整个运行期间，变压器总

11、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。2.1.12.1.1变压器发热时的特点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 2.1.2 稳态温升稳态温升 （1 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 2.1.3 变压器的绝缘老化变压器的绝缘老化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，

12、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PzAe3.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P 980TetTPedt2.1.4 2.1.4 变压器的正常过负荷变压器的正

13、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（保证在指定的时间段内（1 1天或天或1 1年），年），变压器绝缘的损耗等于额定损耗；变压器绝缘的损耗等于额定损耗；（2 2）最大负载不应超过额定容量的）最大负载不应超过额定容量的1.51.5倍；倍；（3 3）上层油温不超过上层油温不超过950C；绕组最热点；绕组最热点温度不超过温度不超过1400C。满足此条件变压器可。满足此条件变压器可长期运行。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

14、示为eqt12n1()nPPPPPtTet eeeet 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PzAe3.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P 980TetTPedt2.1.4 2.1.4 变压器的正常过负荷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；

15、（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。2.1.52.1.5变压器的事故过负荷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。2.22.2变压器的运行与维护变压器的运行与维护 2.2.12.2.1变压器的投运与

16、停运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

17、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。2.2.22.2.2变压器的运行维护变压器的运行维护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，

18、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

19、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

20、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）当运行中有载分接开关的气体继电器发出信号或分接开关油箱换油时，禁止操作，并应拉开电源隔离开关。 11）当运行中轻气体频繁动作时，值班人员应作好记录并汇报调度，停止操作，分析原

21、因及时处理。12）有载分接开关的油质监督与检查周期： 运行中每六个月应取油样进行耐压试验一次，其油耐压值不低于30kV/2.5mm。当油耐压在2530kV/2.5mm之间时应停止使用自动调压控制器，若油耐压低于25kV/2.5mm时应停止调压操作并及时安排换油。当运行12年或变换操作达5000次时，应换油。 有载分接开关本体吊芯检查：新投运1年后，或分接开关变换开关变换5000次；运行34年或累计调节次数达1000020000次，进口设备按制造厂规定；结合变压器检修。 13）有载分接开关吊芯检查时，应测试过渡电阻值，并应与制造厂出厂数据一致。 14）当电动操作出现“连动”（即操作一次，出现调正

22、一个以上的分接头，俗称“滑档”）现象时，应在指示盘上出现第二个分头位置后，立即切断驱动电机的电源，然后手动操作到符合要求的分头位置，并通知维修人员及时处理。2.2.3变压器的异常运行与分析变压器的异常运行与分析1声音异常（1）正常状态下变压器的声音变压器运行中会发出轻微的连续不断的“嗡嗡”声。产生这种噪声的原因有：1）励磁电流的磁场作用使硅钢片振动；2）铁芯的接缝和叠层之间的电磁力作用引起振动；3）绕组的导线之间或绕组之间的电磁力作用引起振动；4）变压器上的某些零部件引起振动。(2)变压器的声音比平时增大 若变压器的声音比平时增大，且声音均匀，可能有以下几种原因： 1）电网发生过电压。当电网发

23、生单相接地或产生谐振过电压时，都会使变压器的声音增大。出现这种情况时，可结合电压、电流表计的指示进行综合判断。 2）变压器过负荷。变压器过负荷时会使其声音增大，尤其是在满负荷的情况下突然有大的动力设备投入，将会使变压器发出沉重的“嗡嗡”声。(3)变压器有杂音 若变压器的声音比正常时增大且有明显的杂音，但电流、电压无明显异常时，则可能是内部夹件或压紧铁心的螺栓松动，使得硅钢片振动增大所造成的。(4)变压器有放电声音 若变压器内部或表面发生局部放电，声音中就会夹杂有“噼啪”放电声。这时应将变压器作进一步的检测或停用。(5)变压器有水沸腾声 若变压器的声音夹杂有水沸腾声且温度急剧变化，油位升高，则应

24、判断为变压器绕组发生短路故障，或分接开关因接触不良引起严重过热，这时应立即停用变压器进行检查。(6)变压器有爆裂声 若变压器声音中夹杂有不均匀的爆裂声，则是变压器内部或表面绝缘击穿，此时应立即将变压器停用检查。(7)变压器有撞击声和摩擦声 若变压器的声音中夹杂有连续的有规律的撞击声和摩擦声，则可能是变压器外部某些零件如表计、电缆、油管等； 因变压器振动造成撞击或摩擦，或外来高次谐波源所造成，应根据情况予以处理。2油温异常 若发现在同样正常条件下，油温比平时高出10以上，或负载不变而油温不断上升（冷却装置运行正常），则可认为变压器内部出现异常。 导致油温异常的原因有以下几种。 （1）内部故障引起温度异常。 （2）冷却器运行不正常引起温度异常。3油位异常(1)假油位 1）油标管堵塞； 2）油枕呼吸器堵塞； 3）防爆管通气孔堵塞； 4）变压器油枕内存有一定数量的空气。(2)油面过低原因有以下几种： 1）变压器严重渗油； 2）修试人员因工作需要多次放油后未作补充； 3）气温过低且油量不足，或油