电力变压器课件

1、电力变压器110kV电力变压器外观正在安装的主变S9配电变压器干式变压器变压器器身电力变压器作为电压变换设备，变压器被广泛应用于输电和配电领域，特别是10kV6kV和35kV电压等级的变压器，在电力、工业和商业配电系统中被普遍使用，且数量巨大。1999年，我国年产变压器约万台，其中10kV 6kV和35kV级约万台，占。据估计，目前在电网上运行的10kV 6kV和35kV级变压器约有10亿kVA以上。 一、变压器的根本原理变压器是电力系统的重要元件，是变电站的核心设备。电力变压器是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或几种频率相同、大小不同的交流电，起传输电能改变电压

2、的作用。 变压器的根本原理 当变压器的一次绕组接通交流电源时，在绕组中就会有交变的电流通过，并在铁心中产生交变的磁通，该交变磁通与一次、二次绕组交链，在它们中都会感应出交变的感应电动势。二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，传输电能，实现了能量从一次侧到二次侧的传递。变压器的根本原理当变压器的一次绕组接通交流电源时，在绕组中就会有交变的电流通过，并在铁心中产生交变的磁通，该交变磁通与一次、二次绕组交链，在它们中都会感应出交变的感应电动势。二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，传输电能，实现了能量从一次侧到二次侧的传递变压器的根本原理理论推导当一次绕组接交流电

3、压后，电流i0,该电流在铁心中产生一个交变的主磁通。 在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2 e1=-N1d/dt=N1mcost=-N1msin(t-90)=E1msin(t90) E1m=N1m最大值E1=E1m/sqrt(2) =2fN1m1m这就是电机学最重要的公式。说明感应电势E1与磁通m/频率f/绕组匝数N成正比。变压器的根本原理理论推导同样可以推出e2和e1的公式： e2=E2msin(t-90) E2m=N2m E22m e1=-N1d1/dt =N11msin(t-90) E1m=N11m E111m变压器的根本原理理论推导由于变压器的电阻压降和漏抗压降都很小。所以U1-E1

4、=1m，可见变压器的磁通主要由电源电压U1/频率f/和1次侧绕组的匝数N1决定。在设计时，假设电压U1和频率f给定，那么变压器磁通由匝数N1决定。对于制成运行的变压器，其磁通可以由电压U1和频率f控制。同理： U2-E2=2m变压器的根本原理理论推导 E1/E21m2m)=N1/N2 =k即：变比k等于匝数比，也就是说变压器的电压比与其绕组的匝数成正比。由于变压器是传输电能的设备，本身消耗的功率比较小，其一次侧的容量近似等于二次侧的容量.S1 =U1I1S2=U2I2 即： U1I1 U2I2 I1/I2 U2 /U1 N2/N1即：变压器的电流比与其绕组的匝数成反比。可见：变压器高压侧电流小

5、，低压侧电流大。二、变压器分类按相数的不同 ：单相变压器、三相变压器按绕组数目不同 双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器 等按冷却方式不同 ：油浸式自冷变压器、油浸式风冷变压器、油浸式水冷变压器、强迫油循环风冷变压器、干式变压器等按用途不同：电力变压器升压变压器、降压变压器、配电变压器等特种变压器电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等仪用互感器电压互感器和电流互感器和试验用的高压变压器 三、变压器的型号及主要参数变压器的型号：S表示三相、D表示单相；L表示铝绕组、Z表示有载调压、F表示风冷、G表示干式；铜绕组、无载调压、自然冷却、油浸式不表示。设计序号高压边额定电压（KV）额定容量（KVA）铝

6、线三相S L7 2006变压器的主要参数变压器的额定值在额定条件下运行时的最大负荷功率。一般：不大于630kVA为小型变压器;8006300kVA为中型变压器；800063000kVA为大型变压器;不小于90000kVA为特大型变压器。分为一次和二次电压。一般为：400V、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV电压等级。分接头用22.5%，5%等表示。额定电流I1NI2N 是指变压器允许长期通过的电流，线电流单位是A。额定电流可以由额定容量和额定电压计算。额定频率f 我国规定标准工业用交流电的额定频率为50Hz变压器的主要参数空载试验 ：测

7、定电压变比k，空载电流I0和空载损耗p0变压器的空载损耗主要为铁耗，是由励磁电流所引起的功率损耗，可分为涡流和磁滞损耗，大致与电压的平方成正比。 空载电流I0根本上是变压器的励磁电流，中小型一般为28%，大型的小于1%。 变压器的主要参数短路试验：测定短路电压U k、短路功率即短路损耗短路负载损耗主要为铜耗(铝线变压器称之为铝耗)。 铜耗指绕组电流引起的欧姆电阻损耗，大致与电流的平方成正比。 主要参数:阻抗电压阻抗电压：短路电压Uk的实际值和额定电压U1N的比值的百分数称为阻抗电压uk。 uk=(Uk/U1N)*100%阻抗电压uk是变压器的重要参数，其大小主要取决于变压器的设计尺寸。uk的选

8、择涉及到变压器本钱/效率/电压稳定性/短路电流大小等等因素。 正常运行时，希望uk小些，使得端电压随负载波动较小。但发生突然短路时，希望uk大些以降低短路电流。主要参数:阻抗电压变压器阻抗电压值大致范围 额定电压KV：6 10 35 66 110 220 阻抗电压% 4-5.5 表6-2 双绕组变压器阻抗电压值IEC 额定容量KVA: 630 630-1250 1250-3150 3150-6300 6301-12500 12501-25000 Uk%: 四、变压器的结构 1一信号式温度计； 2一吸湿器； 3一储油柜； 4一油标； 5一平安气道；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一

9、分接开关；10一油箱；11铁心；12线圈；13放油阀门变压器的结构变压器的主要部件是绕组和铁心(器身)。 绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路。二者构成变压器的核心即电磁局部。 除了电磁局部还有包括油箱、储油柜、分接开关、平安气道、气体继电器、绝缘套管、净油器等附件。其作用是保证变压器平安和可靠运行。 变压器的结构器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。 变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油主要作用：在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。变压器内部发生放电故障时起灭弧作用。油箱有许多散热油管，以增大散热面积。 为了

10、加快散热，大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。 变压器的结构：铁芯材料 铁心一般由厚的硅钢片叠装而成。硅钢片的两面涂以绝缘漆，使片间绝缘，以减小涡流损耗。组成铁心柱：作用是套装绕组铁轭：作用是连接铁心柱，使磁路闭和。铁心的分类心式结构壳式结构 变压器的结构：绕组材料：一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。 绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层。装配方式同心式交叠式绕组 变压器的附件故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。 如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气

11、冲破平安气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，防止油箱爆裂。 变压器的附件：呼吸器变压器油枕内的绝缘油通过呼吸器与大气连通，装在呼吸器内的硅胶可以吸收来自空气中的水分和杂质，以保证变压器内绝缘油的良好的绝缘性。那呼吸器内的硅胶在枯燥情况下是白色或浅兰色，在吸潮到达饱和状态时呈淡红色。变压器的附件：气体继电器当变压器内部出现匝间短路，绝缘损坏，接触不良，铁芯多点接地等故障时，都将产生大量的热能，使油分解出可燃性气体，向储油柜方向流动。当流速超过气体继电器的整定值时，气体继电器的档板受到冲击，使继电器跳闸，从而防止事故扩大，这种情况通常称之为重瓦斯保护动作。当气体沿油面上升，聚集在气体继电器内超过3

12、0ml时，也可使气体继电器的信号接点接通，发出警报，发生轻瓦斯保护。通过对变压器故障进行分析，找出气体继电器动作的原因，针对不同的原因可以判断出变压器发出故障的性质和部位，进行有效的修理，尽快恢复正常运行。变压器的附件：分接开关一般小型变压器，多属于无载调压，共有3个档位，通过改变分接开关的触点位置改变变压器的匝数，从而改变输出电压。输出电压低时，把分接开关位置由档调整到档。当输出电压高时，把分接开关位置由档调整到档。调整好档位后，用直流电桥测各相绕组直流电阻，看各相之间电阻是否平衡。假设各相之间电阻差大于2，可能是档位的动静触头接触不好或没有调好档位位置，必须重新调整。五、变压器的安装安装前

13、对变压器进行外观检查。核对变压器的产品型号、容量、电压、联结组别、短路阻抗等与设计是否相符。安装前对变压器进行外观检查。查看变压器在运输过程中有无损伤；有无渗漏油痕迹，油位油色是否正常；零、附件是否损伤和位移；紧固件是否松动；绝缘有否破损等。 1、室内变压器的安装油浸电力变压器室应采用一级耐火等级建筑，对不易取得钢材和水泥的地区，可以采用独立的三级耐火等级建筑。容量在100kVA以上的油浸电力变压器应安装在单独的变压器室内。室门用非燃材料制成木门应包铁皮向外开启，室内应有良好的通风，且室内温度勿超过45。假设室温过高，可使用机械通风。通风装置应设网格不大于10毫米 x 10毫米的铁丝网或百叶窗

14、并有防止小动物以及雨、雪侵入的措施 。室内变压器的安装变压器采用自然通风时，变压器室地面应高出室外地面。变压器防爆筒前方不得有可燃物。民用建筑的第一层内可设置油浸电力变压器室，但不应设在经常有积水的场所和厕所、浴室的下面。这时，一个变压器室内只能设一台油浸电力变压器，且其容量不应超过400kVA。室内变压器的安装油浸电力变压器的安装应略倾斜1%-1.5%的坡度油枕一方略高，以便油箱内产生的气体能顺利进入气体继电器。变压器油量超过600kg时应设专门的贮油坑，坑内应能容纳100%的油，坑内铺以25cm以上的鹅卵石，一旦起火，可将油放入坑内并能将油排放致平安处，防止爆炸和扩散。室内变压器的安装配电

15、变压器的低压绕组中性点、外壳及避雷器三者公用接地必须完好。电气连线连接完好，铜、铝导体连接采用铜铝过渡线夹或线鼻子。低压出线母线支架高度不应小于2.3m.2、室外变压器的安装室外变压器的安装有地上安装、台上安装、柱上安装三种方式。容量在315kVA以上的不宜柱上安装。室内安装的有关要求也适用室外安装。上下压过引线已采用绝缘导线。柱上安装的变压器距地面高度不应小于；裸导体距地面高度不应小于。变压器台高度不应低于0.5m,围栏高度不应低于，且有“止步，高压危险！警示标志。六、变压器的运行1、变压器运行中的巡视检查 (1)检查变压器上层油温是否超过允许范围。由于每台变压器负荷大小、冷却条件及季节不同

16、，运行中的变压器不能仅以上层油温不超过85为依据，还应根据以往运行经验及在上述情况下与上次的油温比较。如油温突然增高，那么应检查冷却装置是否正常，油循环是否破坏等。 (2)检查油质，应为透明、微带黄色。油面应符合周围温度的标准线，如油面过低应检查变压器是否漏油等。油面过高应检查冷却装置的使用情况，是否有内部故障。变压器的运行(3)变压器的声音应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。如声音有所改变，应细心检查，并迅速汇报值班调度员并请检修单位处理。 (4)应检查套管是否清洁，有无裂纹和放电痕迹，冷却装置应正常等。 (5)天气变化时，应进行特殊检查。大风时，检查引线有无剧烈摆动，变压器顶盖、套管

17、引线处应无杂物；大雪天，各部触点在落雪后，不应立即熔化或有放电现象；大雾天，各部有无火花放电现象等等。变压器的运行2、变压器运行参数新投入的变压器带负荷前空载运行24h；高压侧电压不得超过5%；低压最大不平衡电流不得超过25%；由于变压器采用的多是A级绝缘，其最高工作温度是105 。所以绕组温升不得超过65 ，上层油温不宜超过85 ，最高不得超过95 ；变压器不宜长时间过负荷运行，但特殊情况下允许过负荷，但过载时间必须与温度和过载量相适应。参考下表：油浸变压器允许过载时间min变压器的运行3、三相变压器的并联运行并联运行：将两台或两台以上变压器的一次绕组接到同一电源上，二次绕组接到公共母线上，

18、共同给负载供电。条件 并联运行的变压器的变压比K要相等，否那么变压器绕组间会产生环流。 并联运行的变压器的联结组要相同。 保证并联运行的变压器的阻抗电压相等。 保证并联运行的变压器的容量相等。 变压器的运行两台并联运行的变压器的二次侧构成了回路。假设联结组别和变比均完全相等，那么可以保证这一回路中没有环流。2次侧很小的电压差也会在还路中引起很大的环流，所以变比只容许极小的偏差(0.51)% 联结组别不同的两台变压器的2次侧电压不同相位，必然存在相量差，这是不容许的。 并联运行的每台变压器的输出电流都同相位时，整个并联组的输出电流才能最大化，各台变压器的装机容量才能充分利用。 七、变压器的检修4

19、、变压器的检修：分小修和大修A.小修工程：不吊芯消除日常巡视中发现的缺陷；测定绕组绝缘电阻使用2500V摇表；清扫瓷套管和外壳，检查螺丝有无松动；检查有无渗漏油，油位是否适宜；检查气体继电器及控制线是否完好；检查呼吸器是否完好，硅胶是否饱和；检查各侧引线是否完好有无法热及损伤等。变压器的检修B.大修工程：吊芯去除线圈外表油污和沉积物，观察绕组绝缘老化程度；检查铁芯有无松动，压紧螺栓的绝缘是否良好；检查分接开关有无烧伤，接触、定位连接是否良好；去除连通管、防爆管、散热器等处油垢，检查有无堵塞；检查气体继电器；检查油循环装置和滤油装置；重新油漆变压器外壳； 按规定进行有关的测量和试验。八、变压器的

20、保护1、防雷保护装设避雷器防护沿线路浸入波；在高压侧安装氧化锌避雷器的同时，在低压侧也应按规定安装符合要求的氧化锌避雷器；高、低压侧避雷器的接地端子，低压侧中性点，以及配电变压器外壳必须就近短接后再集中接至地网；高压侧避雷器应安装在跌落式熔断器负荷侧。变压器的保护2、熔断器保护：变压器高压侧熔断器的主要作用是保护变压器，当变压器内部短路或高压引线短路时迅速熔断。熔丝选择原那么：变压器容量100kVA及以下者，熔丝按额定电流的23倍选择；变压器容量在100kVA以上时，熔丝按额定电流的1.52倍选择。变压器高压侧熔断器主要用作保护变压器低压干线短路保护和过载保护。熔丝大小按变压器二次负荷电流或二

21、次额定电流选择。变压器的保护3、继电保护继电保护概要：当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统平安运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件开展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。变压器的保护-继电保护继电保护的根本任务：(1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统平安供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性

22、等)。(2)反响电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反响不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 变压器的保护-继电保护继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性之间紧密联系，既矛盾又统一。(1)可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。(2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设

23、备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。(3)灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。(4)速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障涉及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零

24、序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。变压器的保护-继电保护瓦斯保护是变压器的主保护，通过瓦斯继电器来实现。轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。 (1)轻瓦斯保护动作后发出信号。其原因是：变压器内部有轻微故障、变压器内部存在空气、二次回路故障等。运行人员应立即检查，如未发现异常现象，应进行气体取样分析。 (2)重瓦斯保护动作跳闸时，可能变压器内部发生严重故障，引起油分解出大量气体，也可能二次回路故障等。出现瓦斯保护动作跳闸，应先投入备用变压器，然后进行外部检查。检查油枕防爆门，各焊接缝是否裂开，变压器外壳是否变形；最后检查气体的可燃

25、性。 变压器跳闸时，应查明保护动作情况，进行外部检查。经检查不是内部故障而是由于外部故障(穿越性故障)或人员误动作等引起的，那么可不经内部检查即可投入送电。 瓦斯保护动作情况和原因 气体继电器动作情况和原因 。注：A、B、C、D是动作类型 变压器的保护-继电保护反时限过电流保护：通过GL 型反时限过流继电器来实现。反时限是使动作时间与短路电流的大小相关，当动作电流大时，动作时间就短，反之那么动作时间长，常与电流速断配合，作为速断保护的后备保护。整定原那么：按躲开最大负荷电流整定。变压器的保护-继电保护定时限过电流保护：通常由电流继电器配合时间继电器获得时限特性。为了实现过电流保护的选择性，将线

26、路各段的保护动作时间按阶梯原那么来整定，即离电源端越近时限越长。每段时限级差一般为 0.5 秒。继电器的动作时间和短路电流的大小无关，这种动作时限方式的称为定时限。整定原那么：也是按躲开最大负荷电流整定，作为速断保护的后备保护。变压器的保护-继电保护差动保护：通过差动继电器来实现。正常运行时，流入差动继电器的电流近似为0。当变压器内部故障时，假设变压器是单侧电源，流入差动继电器的为故障电流；假设变压器是两侧电源，流入差动继电器的电流为两侧故障电流之和。这两种情况均可使差动继电器动作，启动变压器各侧断路器同时跳闸，使变压器退出运行。温度信号：通常由信号温度计或电阻温度计来实现。当变压器上层油温上

27、升到所整定的数值时，其接点闭合，发出“温度高信号或启动冷却系统。九、变压器的故障和事故处理1、变压器运行中出现的不正常现象 ：(1)变压器运行中如漏油、油位过高或过低，温度异常，音响不正常及冷却系统不正常等，应设法尽快消除。 (2)当变压器的负荷超过允许的正常过负荷值时，应按规定降低变压器的负荷。 (3)变压器内部音响很大，很不正常，有爆裂声；温度不正常并不断上升；储油柜或平安气道喷油；严重漏油使油面下降，低于油位计的指示限度；油色变化过快，油内出现碳质；套管有严重的破损和放电现象等，应立即停电修理。 (4)当发现变压器的油温较高时，而其油温所应有的油位显著降低时，应立即加油。加油时应遵守规定

28、。如因大量漏油而使油位迅速下降时，应将瓦斯保护改为只动作于信号，而且必须迅速采取堵塞漏油的措施，并立即加油。 (5)变压器油位因温度上升而逐渐升高时，假设最高温度时的油位可能高出油位指示计，那么应放油，使油位降至适当的高度，以免溢油。 变压器的故障和事故处理2、变压器的事故处理变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它附件的故障较少。 为了正确的处理事故，应掌握以下情况：系统运行方式，负荷状态，负荷种类；变压器上层油温，温升与电压情况；事故发生时天气情况；变压器周围有无检修及其它工作；运行人员有无操作；系统有无操作；何种保护动作，事故现象情况等。 变压器的故障

29、和事故处理通过变压器声音判断故障现象：用木棍一端顶在变压器的油箱上，另一端贴近耳边听声音，正常运行时变压器发出均匀平稳的“嗡嗡声。 假设 “嗡嗡声较重平稳均匀，那么过电压；“锤击或“刮大风声那么一般为铁芯松动，有油温油面正常可继续运行。“吱吱声那么是闪络如不严重可继续运行；“咕噜声那么匝间短路或分接开关接触不好，应迅速停电处理；“沙沙声那么内部铁芯振动，引起其他部件振动，找出声源再处理。 变压器的故障和事故处理绕组故障 ：主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。产生这些故障的原因有以下几点： 在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留下缺陷。在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物

30、落入，使温度过高绝缘老化。制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏。绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热。绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低，局部绕组露在空气中未能及时处理。 由于上述原因，在运行中一经发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。匝间短路时的故障现象是变压器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作；严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。 变压器的故障和事故处理套管故障 这种故障常见的是炸毁、闪络和漏油，其原因有： (1)密封不良，绝缘受潮劣比； (2)呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理。 变压器的故障和事故处理分接开关故障 常见的故障是外