变压器工作原理及运行维护

变压器原理及运行维护

主讲：欧阳小青目前一页\总数四十四页\编于二十点目录：

电力变压器的用途和分类电力变压器的结构电力变压器的工作原理电力变压器的运行与维护干式变压器的运行与维护油浸式变压器运行与维护电力变压器的故障分析和处理目前二页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的用途和分类

变压器的用途：变压器是一种常见的电气设备，

可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位,以满足不同负载的需求。变压器的分类：按其用途不同，有电源变压器、电力变压器，调压变压器，仪用互感器，隔离变压器。按结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。按铁心结构分为壳式变压器和心式变压器。按相数分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。按工作频率范围分为低频变压器、中频变压器、高频变压器变压器的种类虽多，但基本原理和结构是一样的。目前三页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的结构

油浸式变压器的主要部件组成：1、铁芯。铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为0.35或0.5mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。2、绕组。绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成

。3、油箱。4、变压器的保护装置：主要包括储油柜、吸湿器、安全气道、气体继电器、净油器温度计等。5、出线套管。6、调压装置。目前四页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理干式电力变压器特点

干式电力变压器承受热冲击能力强，过负载能力大、难燃、防火性能高、低损耗、局部放电量小、噪声低、不产生有害气体、不污染环境、对湿度、灰尘不敏感、体积小、不开裂、维护简便。因此，最适宜用于防火要求高，负荷波动大以及污秽潮湿的恶劣环境中。如：机场、发电厂、冶金作业、医院、高层建筑、购物中心、居民密集区以及石油化工、核电站、核潜艇等特殊环境中。目前五页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理变压器的附件：1-铭牌；2-信号式温度计；3-吸湿器；4-油标；5-储油柜；6-安全气道7-气体继电器；8-高压套管；9-低压套管；10-分接开关；11-油箱；12-放油阀门；13-器身；14-接地板；15-小车目前六页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理干式变压器油浸式变压器目前七页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理变压器的构造：变压器主要由：铁芯、绕组、油箱、附件等组成。目前八页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理铁芯是变压器的磁路部分，由铁芯柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采0.35mm~0.5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。小型变压器铁芯截面为矩形或方形，大型变压器铁芯截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。目前九页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的工作原理

变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm

式中：E--感应电势有效值f--频率

N--匝数Øm--主磁通最大值

由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。

当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。

上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。变压器的变比：K=U1/U2=N1/N2目前十页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理绕组是变压器的电路部分，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上。为便于绝缘，一般低压绕组在里，高压绕组在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。目前十一页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的工作原理

三相变压器的结构及绕组联接变压器铁芯三相变压器外观三相变压器的联接目前十二页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的工作原理

变压器的主要参数：

<一>额定电压

额定电压U1N/U2N

均指线值电压。原边额定电压U1N是指电源加在原绕组上的额定电压；副边额定电压U2N是指原边加额定电压副边空载时副绕组的端电压，单位有：伏（V）或千伏（kV）。

<二>额定容量：

它是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，是额定视在功率，单位有：伏安（V•A）或千伏安（kV•A）或兆伏安（MV•A）。一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器；800~6300kVA的为中型电力变压器；8000~63000kVA为大型电力变压器；

90000kVA及以上的为特大型电力变压器；

变压器视在功率计算公式：S=√3UICOS￠目前十三页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的工作原理<三>额定电流

均指线值电流。原、副边额定电流是指在额定容量和额定电压时所长期允许通过的电流，单位有：安（A）<四>额定频率

指工业用电频率，我国规定为50Hz。<五>空载电流和空载损耗

空载电流是指当向变压器的一个绕组（一般是一次侧绕组）施加额定频率的额定电压时，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流I。其较小的有功分量Ioa用以补偿铁心的损耗，其较大的无功量Ior用于励磁以平衡铁心的磁压降。

通常Io以额定电流的百分数表示：

Io%=(Io/IN)×100=

0.1～3%

空载电流的有功分量Ioa是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗Po，即指当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。目前十四页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的工作原理<六>阻抗电压和负载损耗

双绕组变压器当一个绕组短接（一般为二次侧）另一绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz，通常阻抗电压以额定电压百分比表示

Uz%=(Uz/UN)*100%(且应折算到参考温度)

一个绕组短接（一般为二次）。另一绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗PR.

负载损耗＝最大一对绕组的电阻损耗＋附加损耗

附加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度<七>温升和冷却方式

温升，变压器温升，对于空气冷却变压器是指测量部分的温度与冷却空气温度之差；

一般规定：油浸式变压器上层油温不超过85℃

干式变压器温度90℃启动风机，110℃报警，130℃跳闸目前十五页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：单相变压器：三相变压器：目前十六页\总数四十四页\编于二十点变压器工作原理变压器三相绕组接线有两种：1、星形联结星形联结记作：“Y”或“y”2、三角形联结三角形联结记作：“D”或“d”目前十七页\总数四十四页\编于二十点干式变压器的运行与维护

干式变压器的日常维护及控制要点：1、运行状况的检查：要点：检查电压、电流、负荷、频率、功率因数、环境温度有无异常；及时记录各种上限值，发现问题及时处理。2、变压器温度检查：要点：检查干式电力变压器温度是否正常，因为不仅影响到变压器的寿命，而且会中止运行。在温度异常时，确保测温仪正常。温度计失灵，应及时修理更换。3、异常响声、异常振动的检查：要点：检查外壳、铁板有无振音，有无接地不良引起的放电声，附件有无常音及异常振动，从外部能直接检测共振或异常噪音时，应立即处理。4、风冷装置的检查：要点：检查声音是否正常，确认有无振动和异常温度。风机应期手动试验。5、嗅味：要点：温度异常高时，附着的脏物或绝缘件是否烧焦，发生臭味，有异常应尽早清扫、处理。目前十八页\总数四十四页\编于二十点干式变压器的运行与维护6、绝缘件线圈外观检查：要点：绝缘件和绕注线圈表面有无碳化和放电痕迹，是否有龟裂。7、外壳及变压器室的检查：要点：检查是否有异物进入、雨水滴入和污染，门窗照明是否完好、温度是否正常。目前十九页\总数四十四页\编于二十点干式变压器的运行与维护干式电力变压器有下列情况之一时立即停运：响声明显异常增大，或存在局部放电响声；发生异常过热现象；冒烟或着火；当发生危及安全的故障而有关保护装置拒动；当附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对于干式电力变压器具构成严重威胁。干式电力变压器跳闸和着火时，应按下列要求处理：干式电力变压器跳闸后，经判断确认跳闸不是由内部故障所引起，可重新投入运行，否则作进一步检查；干式电力变压器跳闸后，停用风机；干式电力变压器着火时，立即断开电源，停止风冷装置，并迅速采取灭火措施。目前二十页\总数四十四页\编于二十点干式变压器的运行与维护干式变压器的调压装置：无激磁调干式电力变压器的分接连接片调压范围为±5%Ue或±2×2．5%Ue，应根据装设处电网运行电压水平来选定，并根据电网运行电压水平偏移幅度进行低压侧电压水平校核，且应满足下列要求：1、按电源电压最低、变压器负荷最大，算出低压侧母线的最低电压UM，min，并宜满足UM，min≧0.95Ue；2、按电源电压最高、变压器负荷最小，算出低压侧母线的最高电压UM，max，并宜满足UM，max≦1.05Ue；当停电调节分接连接片时，还应记录分接连接片的调档范围。干式变压器的温控装置：630KVA及以上的干式电力变压器应设温控或温控显装置。温控、温显装置应满足抗震、电磁干扰不敏感、显示数字和动作正确，以及使用寿命的要求。当采用膨胀式温控器时，膨胀式温控器还应满足干式电力变压器风机起停、超温报警和超温跳闸和触发信号要求，其接点应能在测量范围内根据使用要求设定。膨胀式温控器的质量保证期不应低于10年。当采用电子式温控温显器时，其输入输出端子应采用接插件结构。电子式温控温显器的质量保证期不应低于5年。干式电力娈压器额定使用寿命不应少于20年。目前二十一页\总数四十四页\编于二十点干式变压器的运行与维护

干式变压器的预防性试验：1、预防性试验宜为每三年一次，当发生故障时应视需要提前进行。预防性试验记录应详尽、准确。测试内容包括：测量绕组直流电阻、绕组绝缘电阻、铁芯绝缘电阻、工频耐压、感应耐压数据。对曾经处于短期急救等超负载运行状态的干式电力变压器，还应测试空载损耗、负载损耗、空载电流数据。2、局部放电试验应每隔3～5年定期进行一次。当局放值大于50PC时，应进一步加强监视和缩短测试周期；当局放值异常增大至100PC时，应停止运行。3、温控和温显装置应有一定数量的备品，或使用后重新送检合格的产品。预防性试验时应将温控和温显装置送原制造厂或计量机构进行周期检定。超过使用期的装置都应及时更新。4、风冷装置电动机的绝缘电阻和噪声水平测量周期，应根据风冷装置的累积工作时间决定。5、有载调压开关预防性检查和试验的周期，宜每切换操作10000次或运行二年后进行一次。检查和试验的内容为开关的外部状态、机械状态、绝缘完整性、选择开关的接触性能、电动机及其驱动机构、位置指示以及保护继电器等的良好程度。同时测量开关的绝缘性、电动机的绝缘性、限流电阻的电阻值、真空开关的密封性。目前二十二页\总数四十四页\编于二十点油浸式变压器的运行与维护变压器日常巡视检查一般包括以下内容：

a.变压器的油温和温度计应正常，储油柜的油位应与温度相对应，各部位无渗油、漏油；

b.套管油位应正常，套管外部无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象；

c.变压器音响正常；

d.各冷却器手感温度应相近，风扇、油泵、水泵运转正常，油流继电器工作正常；

e.水冷却器的油压应大于水压(制造厂另有规定者除外)；

f.吸湿器完好，吸附剂干燥；

g.引线接头、电缆、母线应无发热迹象；

h.压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损；

i.有载分接开关的分接位置及电源指示应正常；

j.气体继电器内应无气体；

k.各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮；目前二十三页\总数四十四页\编于二十点油浸式变压器的运行与维护变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：

a.变压器声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；

b.严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；

c.套管有严重的破损和放电现象；

d.变压器冒烟着火。

e.当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动时，值班人员应立即将变压器停运。

F.当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对变压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。目前二十四页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的运行与维护变压器投入运行前的检查项目：拆除检修安全措施，恢复常设遮栏。变压器各侧开关、刀闸均应在拉开位置。变压器本体及室内清洁，变压器上无杂物或遗留工具，各部无渗漏油等现象，干式变压器的外罩完好牢固。套管清洁完整，无裂纹或渗漏油现象，无放电痕迹，套管螺丝及引线紧固完好，主变油气套管压力正常。变压器分接头位置应在规定的运行位置上，且三相一致。外壳接地线紧固完好，各种标示信号和相色漆应明显清楚。安全气道的阀门应开启，各连接阀兰无渗漏油现象。测温表的整定值位置正确，接线完好，指示正确。保护装置和测量表计完好可用。试验冷却风扇装置运行正常。目前二十五页\总数四十四页\编于二十点电力变压器的运行与维护变压器并列运行的基本条件及原因分析：

a.联结组标号相同（接线组别相同）；原因：接线组别不同将会在绕组中产生几倍于额定电流的环流，会使变压器损伤，甚至烧坏，因此不同接线组别的变压器绝对不允许并联运行

b.电压比相等（变比相等）；原因：若两台变压器的电压比不等时会出现环流

c.阻抗电压相等。原因：并联运行的每台变压器所承担的负载电流与其短路阻抗成反比，多台变压器并联运行时合理分担负载电流的条件是，各台变压器的短路阻抗相对值彼此相等，且同时两台并联运行的变压器的容量比相差不能超过3：1

目前二十六页\总数四十四页\编于二十点电力变压器故障分析与诊断变压器故障分类：一、油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地(通过外壳)短路，引出线之间发生相间短路故障等而引起变压器内部故障或绕组变形等。目前二十七页\总数四十四页\编于二十点电力变压器故障分析与诊断二、电力变压器主要故障：1、短路故障：变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。

2、

放电故障：根据放电的能量密度的大小，变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。3、绝缘故障：目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器和干式树脂变压器两种，电力变压器的绝缘即是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料(即油纸或树脂等)的寿命所决定的。实践证明，大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。目前二十八页\总数四十四页\编于二十点电力变压器故障分析与诊断三、对中小型变压器检测判断常采用的方法：

1)检测直流电阻。用电桥测量每相高、低压绕组的直流电阻，观察其相间阻值是否平衡，是否与制造厂出厂数据相符；若不能测相电阻，可测线电阻，从绕组的直流电阻值即可判断绕组是否完整，有无短路和断路情况，以及分接开关的接触电阻是否正常。若切换分接开关后直流电阻变化较大，说明问题出在分接开关触点上，而不在绕组本身。上述测试还能检查套管导杆与引线、引线与绕组之间连接是否良好。它是变压器大修时、无载开关调级后、变压器出口短路后和1～3年1次等必试项目。

2)检测绝缘电阻。用兆欧表测量各绕组间、绕组对地之间的绝缘电阻值和吸收比，根据测得的数值，可以判断各侧绕组的绝缘有无受潮，彼此之间以及对地有无击穿与闪络的可能。测量部位：对于双绕组变压器，应分别测量高压绕组对低压绕组及地；低压绕组对高压绕组及地；高、低绕组对地，共三次测量。测量前后对被测量绕组对地和其余绕组进行放电。电力变压器的绝缘电阻值R60换算至同一温度下，与前一次测试结果相比应无明显变化。换算公式为目前二十九页\总数四十四页\编于二十点电力变压器故障分析与诊断3)检测介质损耗。测量绕组间和绕组对地的介质损耗，根据测试结果，判断各侧绕组绝缘是否受潮、是否有整体劣化等。4)取绝缘油样作简化试验。用闪点仪测量绝缘油的闪点是否降低，绝缘油有无炭粒、纸屑，并注意油样有无焦臭味，同时可测油中的气体含量，用上述方法判断故障的种类、性质。5)空载试验。对变压器进行空载试验，测量三相空载电流和空载损耗值，以此判断变压器的铁心硅钢片间有无故障，磁路有无短路，以及绕组短路故障等现象。目前三十页\总数四十四页\编于二十点变压器运行中应做哪些巡视检查（1）声音是否正常，正常运行的变压器有轻微的嗡嗡声，这是交流电通过线圈时产生磁通，使用时变压器铁芯振动发出的声音，正常运行时，这种声音是清晰而有规律的，但当变压器的负荷变动或运行出现异常以及发生事故时，将产生异常声音，因此，可根据声音来判断变压器的运行情况。目前三十一页\总数四十四页\编于二十点变压器运行中应做哪些巡视检查1当发出嗡嗡声有变化，但无杂音，这时负荷可能有大的变化。2由于大设备的启动，使变压器发出哇哇的声音，如电弧炉、可控硅整流设备等负荷，由于高次谐波分量很大，启动时也会发出哇哇声。目前三十二页\总数四十四页\编于二十点变压器运行中应做哪些巡视检查3由过负荷引起变压器内发出很大、很重的嗡嗡声。4系统短路或接地，因通过大量短路电流，使用时变压器发出很大的噪音。5个别零件松动，使变压器内部非常异常音响，如铁芯穿心螺丝夹得不紧，造成铁芯松动，变压器发出强烈噪音。6由于内部接触不良或绝缘被击穿，使变压器内发出放电声。目前三十三页\总数四十四页\编于二十点能否根据声音判断运行情况可以根据声音来判断运行中的变压器的运行情况，用木棒的一端放在变压器的油箱上，另一端放在耳朵边仔细听声音，如果是连续不断的嗡嗡声，比平时加重，就要检查电压、油温是否太高，若无异状，再捡查铁芯是否松动，当听到滋滋声时，要检查套管表面有无闪络现象，若无异状，再检查内部，当听到必剥声时，要检查线圈之间或铁芯与夹板间的绝缘有无击穿现象。目前三十四页\总数四十四页\编于二十点变压器运行时有哪些损耗如何测量变压器运行时的损耗主要有铁损和铜损耗，损耗的大小外施电压有关，只要外施电压一定，不论空载还是满载，可以认为铁耗不变，变压器的铁耗可以近似等于空载损耗，并用空载试验的方法可测得。变压器的铜耗大小与绕组中流过的电流的大小有关，即随负荷大小的变化而变化，额定负荷时，变压器的铜耗可近似等于负荷损耗，并用短路的实验方法测得，任意负荷时变压器的铜耗等于负荷系数（负荷电流与额定电流的比值）的平方乘以额定电流时的负荷损耗。目前三十五页\总数四十四页\编于二十点变压器低压绕组在里高压在外有何好处低压绕组在里面，这主要从绝缘方面考虑的，从理论上讲，无论高压在外还是在里，都能起到改变电压作用，低压绕组靠近铁芯，绝缘容易处理，这样可以减少绝缘距离和减少绝缘材料，另一方面，变压器的电压调节是靠改变高压匝数实现的，将高压放在外面，方便引线工作。目前三十六页\总数四十四页\编于二十点变压器是否可以超负荷运行变压器长时间过负荷是不行的，因为它可使温升增高，使用寿命缩短，研究表明，变压器用的电缆纸绝缘在80°C-140°C工作时每升高6°C,其绝缘寿命减少一半。由于变压器负荷的不稳定性，因此，可允许一部分时间过负荷，这是指在不损害变压器的绝缘和不影响绝缘寿命的前提下，在正常运行的高峰负荷和冬季时的过负荷，其允许过负荷的数值要根据变压器的负荷曲线、周围冷却介质温度及过负荷前变压器以带了多少负荷来决定。具体规定请参阅运行规程目前三十七页\总数四十四页\编于二十点变压器补油时要注意什么事项1）新补入的油必须经过试验合格后才可注入，若为新旧混合物的油，即使新、旧油均试验合格，也还要在混合后再进行试验，这是因为变压器油的成分及其物理化学性质，不只限于油的牌号、产地、商标，而应该有实际的混合比，混合后还要进行试验，合格后才可使用。（2）补油前应将重瓦斯保护由跳闸改为信号装置，这是因为，在加油和滤油时，难免将空气带入变压器内，而不能及时排除，当变压器运行后随着油温的上升，油内部存储的空气逐渐溢出，使瓦斯继电器动作而不必断开油开关，只需给一报警信号，让运行值班人员做出判断。目前三十八页\总数四十四页\编于二十点变压器补油时要注意什么事项（3）补油后要检查瓦斯继电器，并及时放出气体，24小时无问题，再将瓦斯保护接入跳闸回路，（4）禁止从变压器下部补油，以防止变压器的底部污秽物质进入变压器线圈内部，（5）补油要适量。目前三十九页\总数四十四页\编于二十点变压器温升是如何规定的变压器在运行中，由于电能在铁芯和绕组中的损耗转变为热能，引起各部分发热，使变压器温度升高，若变压器的温度长时