電力變壓器工作原理

1、第二章第二章 電力變壓器電力變壓器第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 第二節(jié)第二節(jié) 變壓器運行與保護變壓器運行與保護第三節(jié)第三節(jié) 變壓繞組的直流電阻及絕緣電阻的變壓繞組的直流電阻及絕緣電阻的測測 量方法量方法第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的異常運行及故障判斷和處變壓器的異常運行及故障判斷和處理方法理方法 教學要求教學要求(1)了解變壓器的用途、分類(2)了解變壓器的主要結構(3)掌握變壓器的基本工作原理(4)掌握變壓器的額定參數(shù)在輸電過程中，電壓必須進行調整。在輸電過程中，電壓必須進行調整。用電器用電器額定工作電壓額定工作電壓用電器用電器額定工作電壓額定工作電壓隨身聽隨身

2、聽3V機床上的照明燈機床上的照明燈36V掃描儀掃描儀12V防身器防身器3000V手機充電器手機充電器4.2V 4.4V 5.3V黑白電視機顯像管黑白電視機顯像管12萬伏萬伏錄音機錄音機6V 9V 12V彩色電視機顯像管彩色電視機顯像管34萬伏萬伏 在在需改變電壓，以適應各種不同電壓的需要。需改變電壓，以適應各種不同電壓的需要。1-1 變壓器在電力系統(tǒng)中的應用變壓器在電力系統(tǒng)中的應用GG發(fā)電廠發(fā)電機發(fā)電廠升壓主變壓器低壓動力及照明負荷高壓動力負荷廠用降壓變壓器發(fā)電機直饋線380/220V10.5kV3kV115230kV35kV10kV發(fā)電廠發(fā)電機10kV用戶3kV高壓動力負荷低壓動力及照明負荷

3、發(fā)電廠升壓主變壓器變電站降壓變壓器變電站降壓變壓器用戶配電變壓器380/220V輸電線圖1-1 簡單的輸配電系統(tǒng)示意圖1-1 變壓器在電力系統(tǒng)中的應用變壓器在電力系統(tǒng)中的應用1.1.電力傳輸電力傳輸 2.2.變壓器的容量變壓器的容量 2.2.示意圖示意圖3.3.電路圖中符號電路圖中符號鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣n1n21.1.構造：構造：（1 1）鐵芯）鐵芯 （2 2）原線圈）原線圈( (初級線圈初級線圈) )（3 3）副線圈）副線圈( (次級線圈次級線圈) ) 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了： 電能電能 磁場能磁場能 電能電能轉化轉化

4、(U1、I1) (變化的磁場變化的磁場) ( U2、I2)思考：思考：若給原線圈接直流電壓若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓副線圈電壓U2?=0 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了： 電能電能 磁場能磁場能 電能電能轉化轉化(U1、I1) (變化的磁場變化的磁場) ( U2、I2)思考：思考：若給原線圈接直流電壓若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓副線圈電壓U2?=01、n2 n1 U2U1升壓升壓變壓器變壓器2、n2 n1 U2 U1降壓降壓變壓器變壓器2121nnUU 實驗和理論分析都表明：理想實驗和理論分析都表明：理想變壓器原、副線圈的變壓器

5、原、副線圈的電壓電壓跟它們的跟它們的匝數(shù)匝數(shù)成成正比。正比。原、副線圈中產(chǎn)生的感應電原、副線圈中產(chǎn)生的感應電動勢分別是：動勢分別是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t t若不考慮原副線圈的內阻有若不考慮原副線圈的內阻有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 2121nnEE2121nnUU 理想變壓器輸入功率等于輸出功率理想變壓器輸入功率等于輸出功率即即: : 121221nnUUII理想變壓器原、副線圈的理想變壓器原、副線圈的電流電流跟它跟它們的們的匝數(shù)匝數(shù)成成反比反比一、變壓器的構造一、變壓器的構造 1 1示意圖示意圖 2 2符號

6、符號二、變壓器的工作原理：二、變壓器的工作原理： 1 1、互感互感現(xiàn)象：變壓器只能改變現(xiàn)象：變壓器只能改變交流電交流電的電壓和電流的電壓和電流 2 2、能量轉化：電能、能量轉化：電能磁場能磁場能電能電能 3 3、理想變壓器：理想變壓器：三、理想變壓器的三、理想變壓器的變壓變壓、變流變流規(guī)律：規(guī)律：小結2121nnUU1221nnIIP入入P出出1-2 變壓器的基本工作原理及分類 變壓器的分類按用途分：按用途分：街頭變壓器街頭變壓器各式變壓器各式變壓器可拆式變壓器可拆式變壓器變電站的大型變壓器變電站的大型變壓器單相變壓器多相變壓器三相變壓器按相數(shù)分：單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器按繞組

7、形式分：雙繞組變壓器多繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器干式變壓器干式變壓器油浸式變壓器油浸式變壓器干式變壓器油浸式變壓器自冷風冷強迫油循環(huán)按冷卻介質分:強迫油循環(huán)電力變壓器強迫油循環(huán)電力變壓器心式變壓器殼式變壓器按鐵心形式分：1-3變壓器的基本結構鐵心鐵心 作用：磁路的構成部分。為了減少鐵心中的磁滯和渦流損耗，作用：磁路的構成部分。為了減少鐵心中的磁滯和渦流損耗，鐵心均用鐵心均用0.350.5mm厚的熱軋或冷軋硅鋼片疊厚的熱軋或冷軋硅鋼片疊成，片間涂以成，片間涂以0.010.013mm厚的漆膜，以避免片間短路。厚的漆膜，以避免片間短路。 繞組繞組 作用：作用：電路的組成部分，用紙包、紗包或漆包

8、的絕緣扁線或圓電路的組成部分，用紙包、紗包或漆包的絕緣扁線或圓線繞成線繞成 。感應電勢、通過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。感應電勢、通過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。 絕緣結構絕緣結構 作用：實現(xiàn)變壓器的絕緣，包括外部絕緣和內部絕緣。作用：實現(xiàn)變壓器的絕緣，包括外部絕緣和內部絕緣。油箱和其它附件油箱和其它附件 作用：鐵心和繞組組成變壓器的器身，器身放置在裝有變壓作用：鐵心和繞組組成變壓器的器身，器身放置在裝有變壓器油的油箱內，在油浸變壓器中，變壓器油既是絕緣介質，又器油的油箱內，在油浸變壓器中，變壓器油既是絕緣介質，又是冷卻介質。是冷卻介質。1-4變壓器的額定值額定容量額定容量指在額定狀態(tài)下變壓器的視在功

9、率額定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)為單位。對三相變壓器，額定容量指三相的總容量。額定電壓額定電壓以伏（V）或千伏（kV）為單位。對三相變壓器，額定電壓指線電壓。額定電流額定電流以安（A）或千安（kA）為單位。對三相變壓器，額定電壓指線電流。額定頻率以赫茲（Hz）為單位。我國額定工頻為50Hz。1-4變壓器的額定值3）雙繞組變壓器原、副邊容量按相等進行設計）雙繞組變壓器原、副邊容量按相等進行設計4）U1N指電源加到變壓器原邊的電壓；指電源加到變壓器原邊的電壓； U2N指原邊加上指原邊加上額定電壓時的副邊開路電壓，空載電壓，副邊電流為零額定電壓時的副邊開路電壓，空載電壓，

10、副邊電流為零5）分析變壓器和電機時，所說的負載一般是指電流而不）分析變壓器和電機時，所說的負載一般是指電流而不是阻抗是阻抗注意：1 1）額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)，均屬于）額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)，均屬于額定值額定值 2) 2) 除額定值以外，銘牌上還標有變壓器的相數(shù)，聯(lián)結組除額定值以外，銘牌上還標有變壓器的相數(shù)，聯(lián)結組標號和繞組聯(lián)結圖、阻抗電壓等標號和繞組聯(lián)結圖、阻抗電壓等型號 型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定

11、電壓220kV電力變壓器。教學要求教學要求(1)變壓器的負荷能力變壓器的負荷能力(2)變壓器的運行與維護變壓器的運行與維護 2.1 2.1 變壓器的負荷能力變壓器的負荷能力 變壓器的負荷能力指在短時間內所能輸出的超過額定容量的功率。 負荷能力的大小和持續(xù)時間決定于：變壓器的電流和溫度是否超過規(guī)定的限值。在整個運行期間，變壓器總的絕緣老化是否超過正常值，即在過負荷期間絕緣老化可能多一些，在欠負荷期間絕緣老化要少一些，只要二者互相補償，總的不超過正常值，能達到正常預期壽命即可。2.1.12.1.1變壓器發(fā)熱時的特點變壓器發(fā)熱時的特點油浸式變壓器各部分的溫升分布 油浸變壓器溫度沿高度的分布圖 2.1

12、.2 2.1.2 穩(wěn)態(tài)溫升穩(wěn)態(tài)溫升 （1 1）變壓器長期穩(wěn)定運行，各部分溫升達到穩(wěn)定值。（2）由于發(fā)熱很不均勻，各部分溫升通常都用平均溫升和最大溫升來表示。2.1.3 2.1.3 變壓器的絕緣老化變壓器的絕緣老化1.變壓器的絕緣老化現(xiàn)象（1）在長期運行中由于受到大氣條件和其他物理化學作用的影響，使絕緣材料的機械、電氣性能衰減，逐漸失去其初期所具有的性質，產(chǎn)生絕緣老化現(xiàn)象。（2）變壓器的絕緣老化，主要是受溫度、濕度、氧氣和油中的劣化產(chǎn)物的影響，其中高溫是促成老化的直接原因。2.變壓器的壽命 （1）變壓器的預期壽命指當變壓器絕緣的機械強度降低至其初始值15%20%所經(jīng)過的時間。 （2）研究表明，變

13、壓器繞組熱點溫度在800C 1400C范圍內，變壓器的預期壽命和繞組熱點溫度的關系為PzAe3.等值老化原則 等值老化原則使變壓器在一定時間間隔T（一年或一晝夜）內絕緣老化或所損耗的壽命等于在時間間隔T內恒定溫度98時變壓器所損耗的壽命，用公式表示為P 980TetTPedt2.1.4 2.1.4 變壓器的正常過負荷變壓器的正常過負荷 正常容許過負荷的條件是：（1）保證在指定的時間段內（保證在指定的時間段內（1 1天或天或1 1年），年），變壓器絕緣的損耗等于額定損耗；變壓器絕緣的損耗等于額定損耗；（2 2）最大負載不應超過額定容量的）最大負載不應超過額定容量的1.51.5倍；倍；（3 3）上

14、層油溫不超過上層油溫不超過950C；繞組最熱點；繞組最熱點溫度不超過溫度不超過1400C。滿足此條件變壓器可。滿足此條件變壓器可長期運行。長期運行。1.等值空氣溫度 等值空氣溫度指某一空氣溫度，在一定時間間隔內如維持此溫度不變，當變壓器帶恒定負荷時，絕緣所遭受的老化等于空氣溫度自然變化時和同樣恒定負荷情況下的絕緣老化，用算式表示為eqt12n1()nPPPPPtTet eeeet 2.變壓器的壽命 變壓器的預期壽命指當變壓器絕緣的機械強度降低至其初始值15%20%所經(jīng)過的時間。 研究表明，變壓器繞組熱點溫度在800C 1400C范圍內，變壓器的預期壽命和繞組熱點溫度的關系為PzAe3.等值老化

15、原則 等值老化原則使變壓器在一定時間間隔T（一年或一晝夜）內絕緣老化或所損耗的壽命等于在時間間隔T內恒定溫度98時變壓器所損耗的壽命，用公式表示為P 980TetTPedt2.1.4 2.1.4 變壓器的正常過負荷變壓器的正常過負荷正常容許過負荷的條件是：（1）保證在指定的時間段內（1天或1年），變壓器絕緣的損耗等于額定損耗；（2）最大負載不應超過額定容量的1.5倍；（3）上層油溫不超過950C；繞組最熱點溫度不超過1400C。滿足此條件變壓器可長期運行。2.1.52.1.5變壓器的事故過負荷變壓器的事故過負荷 事故過負荷當系統(tǒng)發(fā)生事故時，變壓器在較短時間內可能出現(xiàn)比正常過負荷更大的過負荷，這

16、種事故情況下的過負荷稱為事故過負荷。 國際電工技術委員會（IEC）沒有嚴格規(guī)定容許事故過負荷的具體數(shù)值，而是列出了事故過負荷時變壓器壽命所犧牲的天數(shù)，即事故過負荷一次（例如事故過負荷1.3倍，運行2h）,變壓器絕緣的老化相當于正常老化時的天數(shù)。2.22.2變壓器的運行與維護變壓器的運行與維護 2.2.12.2.1變壓器的投運與停運變壓器的投運與停運1.投運前應作的準備 （1）對新投運的變壓器以及長期停用或大修的變壓器，在投運之前，應重新按部頒電氣設備預防性試驗規(guī)程進行必要的試驗。 （2）新投運的變壓器必須在額定電壓下做沖擊合閘試驗，沖擊五次；大修或更換改造部分繞組的變壓器則沖擊三次。2.變壓器

17、投運、停運操作順序 （1）強迫油循環(huán)風冷式變壓器投入運行時，應先逐臺投入冷卻器并按負載情況控制投入的臺數(shù)；變壓器停運時，要先停變壓器，冷卻裝置繼續(xù)運行一段時間，待油溫不再上升后再停。 （2）變壓器的充電應當由裝設有保護裝置的電源側的斷路器進行，并要考慮到其他側是否會發(fā)生超過絕緣方面所不允許的過電壓現(xiàn)象。 （3）在110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中投運和停運變壓器時，在操作前必須將中性點接地，操作完畢可按系統(tǒng)需要決定中性點是否斷開。 （4）裝有儲油柜的變壓器帶電前應排盡套管高座、散熱器及凈油器等上部的殘留空氣，對強迫油循環(huán)變壓器，應開啟油泵，使油循環(huán)一定時間后將空氣排盡。開啟油泵時，變壓器各側

18、繞組均應接地。 （5）運行中的備用變壓器應隨時可以投入運行，長期停運者應定期充電，同時投入冷卻裝置。2.2.22.2.2變壓器的運行維護變壓器的運行維護1采用膠袋的油枕密封變壓器的運行維護 （1）在油枕加油時，應全密封加油，并注意盡量將膠袋外面與油枕內壁間的空氣排盡，否則會造成假油位及氣體繼電器的誤動作。 （2）在油枕加油時，應注意油量及適當?shù)倪M油速度，防止因進油速度太快、加油量過多使防爆管噴油、釋壓器發(fā)聲或噴油。2變壓器分接開關的運行維護（1）無載分接變壓器 1）當變換分接頭時，應先停電后操作。 2）變換分頭操作時一般要求進行正反轉動三個循環(huán)，以消除觸頭上的氧化膜及油污，然后正式變換分接頭。

19、 3）變換分接頭后，應測量繞組檔位的直流電阻，并檢查銷緊位置，還應將分接頭變換情況做好記錄并報告調度部門。 4）對于運行中不常進行分接變換的變壓器，每年結合小修（預試）將分接頭操作三個循環(huán)，并測量全檔位直流電阻，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，合格時方可投運。（2）有載分接開關和有載調壓變壓器 1）有載分接開關投運前，應檢查其油枕油位是否正常，有無滲 漏油現(xiàn)象，控制箱防潮應良好。 2）對于有載開關的氣體保護，其重氣體應投入跳閘，輕氣體則接信號。 3）有載分接開關的電動控制應正確無誤，電源可靠。 4）有載分接開關的電動控制回路，在主控制盤上的電動操作按鈕，與有載開關控制箱按鈕應完好，電源指示燈、行程指示燈應完

20、好，極限位置的電氣閉鎖應可靠。 5）有載分接開關的電動控制回路應設置電流閉鎖裝置，其電流整定值為主變壓器額定電流的1.2倍，電流繼電器返回系數(shù)應大于或等于0.9。 6）新裝或大修后有載分接開關，應在變壓器空載運行時在主控制室用電動操作按鈕及手動至少試操作一個（升降）循環(huán)，各項指示正確，極限位置的電氣閉鎖可靠，方可調至要求的分解檔位以帶負荷運行，并加強監(jiān)視。 7）值班員根據(jù)調度下達的電壓曲線及電壓差數(shù)，自行調壓操作。每次操作應認真檢查分接頭動作和電壓電流變化情況（每周一個分接頭記為一次），并作好記錄。 8）兩臺有載調壓變壓器并聯(lián)運行時，允許在變壓器85%額定負荷電流以下進行分接變換操作。但不能在

21、單臺變壓器上連續(xù)進行兩個分接變換操作。 9）值班人員進行有載分接開關控制時，應按巡視檢查要求進行，在操作前后均應注意并觀察氣體繼電器有無氣泡出現(xiàn)。 10）當運行中有載分接開關的氣體繼電器發(fā)出信號或分接開關油箱換油時，禁止操作，并應拉開電源隔離開關。 11）當運行中輕氣體頻繁動作時，值班人員應作好記錄并匯報調度，停止操作，分析原因及時處理。12）有載分接開關的油質監(jiān)督與檢查周期： 運行中每六個月應取油樣進行耐壓試驗一次，其油耐壓值不低于30kV/2.5mm。當油耐壓在2530kV/2.5mm之間時應停止使用自動調壓控制器，若油耐壓低于25kV/2.5mm時應停止調壓操作并及時安排換油。當運行12

22、年或變換操作達5000次時，應換油。 有載分接開關本體吊芯檢查：新投運1年后，或分接開關變換開關變換5000次；運行34年或累計調節(jié)次數(shù)達1000020000次，進口設備按制造廠規(guī)定；結合變壓器檢修。 13）有載分接開關吊芯檢查時，應測試過渡電阻值，并應與制造廠出廠數(shù)據(jù)一致。 14）當電動操作出現(xiàn)“連動”（即操作一次，出現(xiàn)調正一個以上的分接頭，俗稱“滑檔”）現(xiàn)象時，應在指示盤上出現(xiàn)第二個分頭位置后，立即切斷驅動電機的電源，然后手動操作到符合要求的分頭位置，并通知維修人員及時處理。2.2.3變壓器的異常運行與分析變壓器的異常運行與分析1聲音異常（1）正常狀態(tài)下變壓器的聲音變壓器運行中會發(fā)出輕微的

23、連續(xù)不斷的“嗡嗡”聲。產(chǎn)生這種噪聲的原因有：1）勵磁電流的磁場作用使硅鋼片振動；2）鐵芯的接縫和疊層之間的電磁力作用引起振動；3）繞組的導線之間或繞組之間的電磁力作用引起振動；4）變壓器上的某些零部件引起振動。(2)變壓器的聲音比平時增大 若變壓器的聲音比平時增大，且聲音均勻，可能有以下幾種原因： 1）電網(wǎng)發(fā)生過電壓。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地或產(chǎn)生諧振過電壓時，都會使變壓器的聲音增大。出現(xiàn)這種情況時，可結合電壓、電流表計的指示進行綜合判斷。 2）變壓器過負荷。變壓器過負荷時會使其聲音增大，尤其是在滿負荷的情況下突然有大的動力設備投入，將會使變壓器發(fā)出沉重的“嗡嗡”聲。(3)變壓器有雜音 若變壓器的聲

24、音比正常時增大且有明顯的雜音，但電流、電壓無明顯異常時，則可能是內部夾件或壓緊鐵心的螺栓松動，使得硅鋼片振動增大所造成的。(4)變壓器有放電聲音 若變壓器內部或表面發(fā)生局部放電，聲音中就會夾雜有“噼啪”放電聲。這時應將變壓器作進一步的檢測或停用。(5)變壓器有水沸騰聲 若變壓器的聲音夾雜有水沸騰聲且溫度急劇變化，油位升高，則應判斷為變壓器繞組發(fā)生短路故障，或分接開關因接觸不良引起嚴重過熱，這時應立即停用變壓器進行檢查。(6)變壓器有爆裂聲 若變壓器聲音中夾雜有不均勻的爆裂聲，則是變壓器內部或表面絕緣擊穿，此時應立即將變壓器停用檢查。(7)變壓器有撞擊聲和摩擦聲 若變壓器的聲音中夾雜有連續(xù)的有規(guī)律的撞擊聲和摩擦聲，則可能是變壓器外部某些零件如表計、電纜、油管等； 因變壓器振動造成撞擊或摩擦，或外來高次諧波源所造成，應根據(jù)情況予以處理。2油溫異常 若發(fā)現(xiàn)在同樣正常條件下，油溫比平時高出10以上，或負載不變而油溫不斷上升（冷卻裝置運行正常），則可認為變壓器內部出現(xiàn)異常。 導致油溫異常的原因有以下幾種。 （1）內部故障引起溫度異常。 （2）冷卻器運行不正常引起溫度異常。3油位異常(1)假油位 1）油標管堵塞； 2）油枕呼吸器堵塞； 3）防爆管通氣孔堵塞； 4）變壓器油枕內存有一定數(shù)量的空氣。(2)油面過低原因有以下幾種： 1）變壓器嚴重滲油； 2）修試人員因工作需要多次放油后未作補充