《电力变压器的运行》课件

电力变压器的运行电力变压器是电力系统中必不可少的设备，它们负责将高压电力转换为低压电力，以供家庭和企业使用。变压器的运行涉及到复杂的物理过程，包括磁场、电流和电压的相互作用。课程目标了解电力变压器的基本原理从变压器的工作原理和结构入手，掌握变压器的工作方式以及相关参数。学习变压器的应用理解电力变压器在电力系统中的重要作用，以及在不同应用场景中的应用。掌握变压器的维护和检修了解变压器的常见故障以及诊断方法，并掌握日常维护和检修流程。电力变压器简介电力变压器是一种静止的电气设备。它通过电磁感应原理，将交流电的电压和电流进行变换，广泛应用于电力系统中。电力变压器可实现电压升高（升压）或降低（降压），并改变电流大小，以适应不同电压等级的电力设备或传输线路。变压器的结构组成电力变压器主要由铁芯、绕组、绝缘、冷却系统和外壳等组成。铁芯是由叠片的硅钢片构成，用于提供磁路。绕组是由绝缘导线绕制在铁芯上，用于传输电能。绝缘材料用于防止绕组之间以及绕组和铁芯之间发生短路。冷却系统用于散热，防止变压器过热。外壳用于保护变压器内部元件，并提供支撑。变压器的工作原理1磁通变化交流电通过变压器初级绕组，产生交变磁通，该磁通穿透铁芯和次级绕组。2电磁感应交变磁通在次级绕组中产生感应电动势，其大小与磁通变化率成正比。3电压转换次级绕组感应电动势的大小与初级绕组电压、绕组匝数之比有关，实现电压转换。变压器的励磁特性励磁电流铁心磁化强度非线性关系磁滞现象空载电流励磁电流和损耗电流励磁特性曲线非线性关系变压器的等效电路简化分析变压器的等效电路可以简化对变压器运行特性的分析，便于计算和理解。等效电路可以准确地模拟变压器的行为，并预测其在不同负载下的性能。等效电路包含绕组电阻、漏感、励磁支路等参数，可用于计算变压器的电压降、效率和功率因数等。等效电路有助于工程师优化变压器设计，提高其效率和可靠性。变压器的容量和电压比变压器容量是指变压器能够传输的最大功率，通常以千伏安(kVA)为单位。电压比是指变压器原边电压与副边电压的比值。容量和电压比是变压器的两个重要参数，它们决定了变压器的性能和应用范围。根据实际需求选择合适的容量和电压比的变压器，可以提高系统的效率和可靠性。变压器的绕组电流和铜损绕组电流变压器绕组电流是指流过变压器绕组的电流，其大小与变压器负载大小有关。负载越大，绕组电流越大。铜损铜损是指变压器绕组电阻发热产生的损耗，它与绕组电流的平方成正比。绕组电流越大，铜损越大。铜损计算铜损可以通过计算绕组电阻和绕组电流的平方来计算。铜损影响铜损会降低变压器的效率，并导致变压器温度升高，影响变压器的寿命。变压器的磁通和铁损变压器中的铁芯由叠压的硅钢片组成，当交流电通过绕组时，铁芯中就会产生交变磁通。铁芯中的交变磁通会引起铁芯的磁滞损耗和涡流损耗，这就是铁损。铁损的大小与磁通的频率、磁感应强度和铁芯材料有关。磁通的频率越高，铁损越大；磁感应强度越大，铁损也越大。铁芯材料的磁性能越好，铁损越小。50铁损变压器总损耗的一部分10磁滞磁化和去磁过程中的能量损失20涡流铁芯内部产生的电流0.5效率铁损导致的能量浪费变压器的温升变压器运行过程中，由于电流通过绕组产生热量，铁芯也存在磁损耗，会使变压器温度升高，这就是变压器的温升。变压器的温升会影响其绝缘材料的寿命和性能，因此控制温升是确保变压器安全运行的关键。55℃正常运行时，变压器温升一般不超过55度。80℃超过80度，绝缘材料可能会老化，加速其失效。100℃超过100度，变压器可能出现过热故障，甚至发生火灾。10年控制温升可以延长变压器寿命10年以上。变压器的效率无功损耗铜损铁损其他损耗变压器效率是指输出功率与输入功率的比值，反映了变压器能量转换的效率。效率越高，表示能量损耗越少，运行成本越低。影响变压器效率的因素包括铜损、铁损、无功损耗等。变压器的无功功率和功率因数无功功率变压器运行时，磁化电流产生的功率，称为无功功率，用符号Q表示，单位为乏(Var)。功率因数功率因数表示有效功率与视在功率之比，用符号cosφ表示，取值范围为0到1。影响功率因数低，导致线路损耗增大，影响电压质量功率因数高，提高系统效率，降低运行成本变压器的短路电流和短路容量短路电流短路容量变压器发生短路故障时，流过变压器绕组的电流变压器在短路情况下所能承受的最大容量短路电流的大小取决于变压器的额定容量、电压比和短路阻抗。短路容量是衡量变压器在短路情况下承受能力的重要指标，它与短路电流有关。变压器的并联运行并联运行条件并联运行的变压器必须满足电压、容量、相序和极性等条件。这些条件需要保证变压器之间相互协调工作，以确保安全和稳定运行。并联运行的优点并联运行可以提高系统可靠性，当一个变压器发生故障时，另一个变压器可以继续供电。并联运行还可以提高系统效率，减少能量损失。并联运行的缺点并联运行需要对变压器的容量和电压进行匹配，以确保每个变压器都能承担合适的负载。并联运行还需要考虑变压器之间的相位关系，以避免出现谐振现象。变压器的降压和升压电力变压器可以改变电压，实现降压或升压，满足不同设备的电压需求。1升压将低压电升高到高压，减少传输损耗。2降压将高压电降至安全电压，满足用户用电需求。降压变压器常用于配电系统，将高压电降至安全电压，为用户提供电力。升压变压器常用于发电厂，将发电机输出的低压电升高到高压，方便远距离输电。变压器的三相连接11.Y-Y连接Y-Y连接是指变压器的一次侧和二次侧绕组都采用星形连接的方式。22.Y-Δ连接Y-Δ连接是指变压器的一次侧绕组采用星形连接，二次侧绕组采用三角形连接的方式。33.Δ-Δ连接Δ-Δ连接是指变压器的一次侧和二次侧绕组都采用三角形连接的方式。44.Δ-Y连接Δ-Y连接是指变压器的一次侧绕组采用三角形连接，二次侧绕组采用星形连接的方式。变压器的外部特性电压调节特性电压调节特性是指变压器输出电压随负载电流变化的关系效率特性效率特性是指变压器输出功率与输入功率之比无功功率特性无功功率特性是指变压器吸收或释放的无功功率短路特性短路特性是指变压器发生短路故障时的短路电流和短路容量变压器的内部特性变压器的内部特性是指变压器内部各元件之间相互作用的特性。它与变压器的结构、材料和工作条件等因素有关。变压器的内部特性主要包括励磁特性、负载特性、温升特性、效率等。这些特性反映了变压器在不同工作条件下的运行性能。变压器的调压装置概述调压装置是指用来调节输出电压的设备。调压装置通常用于电压波动较大的电力系统中，可以保证负载获得稳定的电压。类型常见的调压装置有无励磁调压器、有励磁调压器、磁控调压器等。这些调压装置的工作原理不同，适应的场合也不同。作用调压装置可以有效地提高电力系统的电压质量，降低电力损耗，提高设备运行效率，延长设备使用寿命。应用调压装置被广泛应用于电力系统中，例如发电厂、变电站、工业企业等。变压器的冷却方式自然冷却自然冷却利用空气对流散热。适用于小型变压器或低负载运行的变压器。强制风冷使用风机强制空气流动，提高散热效率。适用于中等容量的变压器。油浸风冷变压器浸泡在油中，利用油循环带走热量，并通过风机辅助散热。适用于大型变压器。水冷利用水循环带走热量，适用于超大型变压器或需要快速散热的场合。变压器的绝缘系统绝缘材料绝缘材料确保电力设备的正常运行，防止电流泄漏，避免短路和触电事故。绝缘结构变压器采用多层绝缘结构，包括绕组绝缘、导线绝缘、油纸绝缘等，以确保安全运行。绝缘等级绝缘等级是变压器抵抗电压的能力，根据电压等级和环境条件选择相应的绝缘等级。变压器的保护装置1过电流保护过电流保护可以防止变压器由于过载或短路导致的电流过大而损坏。2过电压保护过电压保护可以防止变压器由于雷击或其他原因导致的电压过高而损坏。3接地故障保护接地故障保护可以防止变压器由于绕组绝缘损坏而导致的接地故障。4温度保护温度保护可以防止变压器由于过热而损坏。变压器的维护和检修1定期检查巡视、监测、测试、记录2清洁保养清除污垢、保持通风3故障处理及时排除故障、确保安全运行4预防性维修更换零部件、延长使用寿命变压器维护检修是保障其安全可靠运行的关键。定期检查、清洁保养、故障处理以及预防性维修等措施可以有效延长变压器的使用寿命，降低故障率，保证电力系统的安全稳定运行。变压器的故障诊断定期检查变压器应定期检查，以确保其正常运行。检查项目包括绝缘、温度、油位、压力等。故障分析如果发现故障，应进行故障分析，确定故障原因和范围。分析方法包括现场检查、测试、数据分析等。故障排除根据故障分析结果，采取相应的措施排除故障。故障排除方法包括更换部件、维修、调整等。预防措施采取预防措施，防止故障发生。预防措施包括定期维护、加强巡视、改善运行环境等。变压器的状态监测变压器状态监测是确保设备安全可靠运行的关键环节，可有效预防故障，延长变压器使用寿命。监测方法包括：在线监测、离线监测、定期巡检。在线监测通过传感器实时采集数据，例如温度、电流、电压、油位等，并分析数据异常，及时预警。离线监测通常在设备停运期间进行，例如油质分析、绝缘强度测试等，以评估变压器健康状况。定期巡检通过人工检查，观察设备外观、运行状态、声响、气味等，及时发现异常。变压器的状态评估状态评估是通过对变压器运行数据的分析，评估变压器当前状态，预测未来运行趋势，并制定相应的维护策略，以确保变压器的安全可靠运行。指标评估方法温升在线监测，历史数据分析绝缘强度绝缘电阻测试，介质损耗因子测试油中溶解气体在线监测，气体分析振动在线监测，振动信号分析变压器的寿命评估变压器寿命评估是电力系统安全运行的关键环节。通过评估变压器的寿命，可以预测变压器剩余使用年限，及时制定检修方案，避免因变压器故障导致停电事故。10-20年变压器设计寿命一般为10-20年。50年变压器在正常维护下，可以运行50年以上。80%变压器寿命评估可以提高变压器利用率，达到80%以上。30年评估结果可以帮助电力公司提前制定变压器更新计划，避免因突发故障