風電課件--變壓器課件

1、風電場電氣設備風電場電氣設備變壓器篇變壓器篇變壓器變壓器 1 變壓器工作原理變壓器工作原理 1.1 變壓器的電壓變換變壓器的電壓變換 變壓器的基本原理變壓器的基本原理是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交流電能到另一電壓等級交流電能的變換流電能到另一電壓等級交流電能的變換 變壓器的核心部件是變壓器的核心部件是鐵心和繞組鐵心和繞組，鐵心用于提供磁路，纏繞于，鐵心用于提供磁路，纏繞于鐵心上的繞組構(gòu)成電路鐵心上的繞組構(gòu)成電路 與電源相連的一側(cè)為與電源相連的一側(cè)為一次繞組一次繞組，與負荷相連的一側(cè)為，與負荷相連的一側(cè)為二次繞組二次繞組 變壓器的電壓變換變壓器的電壓

2、變換 一次繞組和二次繞組一般一次繞組和二次繞組一般沒有電氣上的連接沒有電氣上的連接，而是，而是通過鐵心通過鐵心中的磁場建立聯(lián)系中的磁場建立聯(lián)系。 對于理想變壓器，感應電對于理想變壓器，感應電 壓、電流和繞組匝數(shù)之間壓、電流和繞組匝數(shù)之間 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：1122ENEN1122I NI N每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的額定容量額定容量，以，以kVA來標定。來標定。 2 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 大多數(shù)電力變壓器為大多數(shù)電力變壓器為油浸式變壓器油浸式變壓器，即以油作為絕緣和冷卻，即以油作為絕緣和冷卻介質(zhì)，所用的油一均般為介

3、質(zhì)，所用的油一均般為礦物油礦物油。 圖3-7 變壓器工作原理示意圖1234567891011121314151、鐵芯2、繞組3、調(diào)壓分接頭4、調(diào)壓機構(gòu)箱5、高壓側(cè)套管6、低壓側(cè)套管7、高壓側(cè)中性點8、壓力釋放閥門9、瓦斯繼電器10、11、吸濕器12、主變端子箱13、散熱風扇14、油箱15、儲油柜油浸式變壓器由油浸式變壓器由其核心部件（即其核心部件（即實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)換的鐵心和繞組鐵心和繞組）、）、用于調(diào)整電壓變用于調(diào)整電壓變比的比的分接頭分接頭和分和分接開關(guān)以及接開關(guān)以及油箱油箱和輔助設備和輔助設備構(gòu)成。構(gòu)成。 2.1 鐵心鐵心 變壓器鐵心的作用變壓器鐵心的作用是為經(jīng)過一次繞組和二次繞

4、組的磁通提供是為經(jīng)過一次繞組和二次繞組的磁通提供低磁阻的磁路低磁阻的磁路 當磁通的大小和方向發(fā)生變化時，鐵心材料的分子重新排布當磁通的大小和方向發(fā)生變化時，鐵心材料的分子重新排布需要消耗一定的能量，這部分損耗與鐵心的磁滯現(xiàn)象有關(guān)，需要消耗一定的能量，這部分損耗與鐵心的磁滯現(xiàn)象有關(guān)，稱為稱為磁滯損耗磁滯損耗 磁通變化時，鐵心自身也像繞組一樣，會感應出一定的電壓磁通變化時，鐵心自身也像繞組一樣，會感應出一定的電壓和電流，由于這種電流只在鐵心的各個小局部循環(huán)，因此被和電流，由于這種電流只在鐵心的各個小局部循環(huán)，因此被稱為稱為渦流渦流。渦流會在鐵心材料（具有電阻）上形成有功損耗，。渦流會在鐵心材料（具

5、有電阻）上形成有功損耗，稱為稱為渦流損耗渦流損耗 鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心損耗鐵心損耗，簡稱，簡稱鐵損鐵損 為了降低損耗和噪聲，目前為了降低損耗和噪聲，目前常用的鐵心材料常用的鐵心材料為晶粒取向電工為晶粒取向電工鋼片、高導磁電工鋼片、磁疇細化的電工鋼片、非晶合金、鋼片、高導磁電工鋼片、磁疇細化的電工鋼片、非晶合金、微晶鋼片等高導磁低損耗材料。微晶鋼片等高導磁低損耗材料。 為了為了防止鐵心內(nèi)的渦流循環(huán)防止鐵心內(nèi)的渦流循環(huán)，鐵心疊片上一般帶有高質(zhì)量的，鐵心疊片上一般帶有高質(zhì)量的絕緣涂層絕緣涂層，也可采用附加絕緣層。，也可采用附加絕緣層。 為了充分利用圓形

6、繞組的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，常將為了充分利用圓形繞組的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，常將電工鋼帶疊積電工鋼帶疊積成盡可能接近圓形截面的鐵心柱成盡可能接近圓形截面的鐵心柱電工鋼片堆電工鋼片堆疊為鐵心柱疊為鐵心柱的實物圖的實物圖 圓柱形鐵心柱是所有變壓器鐵心的共同結(jié)構(gòu)特點，但根據(jù)圓柱形鐵心柱是所有變壓器鐵心的共同結(jié)構(gòu)特點，但根據(jù)變壓器形狀的不同，其整體鐵心結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別。變壓器形狀的不同，其整體鐵心結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別。 單相變壓器單相變壓器 單相變壓器的鐵心形狀單相變壓器的鐵心形狀三相變壓器對于三相電力變壓器而言，目前最常用的是三相變壓器對于三相電力變壓器而言，目前最常用的是三相三三相三柱式鐵心柱式鐵心，有時稱為，有時稱為三

7、相芯式鐵心三相芯式鐵心 因為在任何時候，由平衡三相電壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的因為在任何時候，由平衡三相電壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的三相磁通的三相磁通的相量之和都等于零相量之和都等于零，所以在三相鐵心中不需要供磁通返回的，所以在三相鐵心中不需要供磁通返回的旁柱，而且鐵心柱和鐵軛的截面可以相等。旁柱，而且鐵心柱和鐵軛的截面可以相等。圖為圖為三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)，這是，這是降低大型變壓器（例如大型聯(lián)絡降低大型變壓器（例如大型聯(lián)絡變壓器）或自耦變壓器變壓器）或自耦變壓器運輸高度運輸高度的另一種鐵心結(jié)構(gòu)形式。的另一種鐵心結(jié)構(gòu)形式。通過在套裝繞組的心柱外面通過在套裝繞組的心柱外面增加用于構(gòu)成磁通回路的旁柱增加用

8、于構(gòu)成磁通回路的旁柱的方法，五柱鐵心結(jié)構(gòu)降低了鐵軛高度。的方法，五柱鐵心結(jié)構(gòu)降低了鐵軛高度。另一種使用三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)的可能情況是另一種使用三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)的可能情況是要求變壓器要求變壓器的零相序阻抗值與正相序阻抗值相當?shù)牧阆嘈蜃杩怪蹬c正相序阻抗值相當。 2.2 繞組繞組 變壓器繞組絕大多數(shù)用變壓器繞組絕大多數(shù)用銅銅制成，也有部分采用制成，也有部分采用鋁鋁作為導體材料。作為導體材料。 對于所有對于所有容量大于幾千伏安容量大于幾千伏安的變壓器，其繞組導線截面都為的變壓器，其繞組導線截面都為矩矩形形。 在繞組每匝導線內(nèi)部的在繞組每匝導線內(nèi)部的單股導線之間必須相互絕緣單股導線之間必須相互絕緣，每

9、匝導線，每匝導線也要也要與鄰近的線匝絕緣與鄰近的線匝絕緣。這種絕緣就是在導線上沿螺旋方向連。這種絕緣就是在導線上沿螺旋方向連續(xù)包扎的絕緣紙帶，并且至少要包兩層絕緣紙，以便外面一層續(xù)包扎的絕緣紙帶，并且至少要包兩層絕緣紙，以便外面一層絕緣紙能夠覆蓋里面一層絕緣紙的接縫間隙。絕緣紙能夠覆蓋里面一層絕緣紙的接縫間隙。其扁平截面的銅導體按照多股方其扁平截面的銅導體按照多股方式組成了單相繞組，銅導體被紙式組成了單相繞組，銅導體被紙絕緣材料螺旋狀纏繞，以保證繞絕緣材料螺旋狀纏繞，以保證繞組間絕緣。組間絕緣。繞繞 組組v 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式：同心式繞組 交疊式繞組同心式繞組高壓繞組繞繞 組組低壓繞組低壓繞組高

10、壓繞組 交疊式繞組線圈截面繞繞 組組 常用的三相心式鐵心的變壓器，其常用的三相心式鐵心的變壓器，其高低壓繞組同心纏繞于鐵高低壓繞組同心纏繞于鐵 心柱上心柱上高壓繞組低壓繞組鐵心考慮到和鐵心的絕考慮到和鐵心的絕緣，以及分接繞組一緣，以及分接繞組一般都接于高壓繞組，般都接于高壓繞組，一般將低壓繞組靠近一般將低壓繞組靠近鐵心布置鐵心布置 2-3調(diào)壓方式與分接開關(guān)調(diào)壓方式與分接開關(guān) 很多變壓器在運行時，可以實現(xiàn)對變比的調(diào)整，很多變壓器在運行時，可以實現(xiàn)對變比的調(diào)整，也即對電壓的調(diào)整。也即對電壓的調(diào)整。調(diào)壓的方式調(diào)壓的方式有有無勵磁調(diào)壓和有無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓載調(diào)壓有載調(diào)壓方式有載調(diào)壓方式則可以在變壓器

11、帶電運行時通過有則可以在變壓器帶電運行時通過有載分接開關(guān)實現(xiàn)對電壓的調(diào)整。載分接開關(guān)實現(xiàn)對電壓的調(diào)整。 大部分電力變壓器大部分電力變壓器將分接線段設置在高壓繞組將分接線段設置在高壓繞組上：上： 因為因為(1)設置分接線段的目的是為了補償外施電設置分接線段的目的是為了補償外施電壓的變化，對于除發(fā)電機變壓器以外的大多數(shù)電壓的變化，對于除發(fā)電機變壓器以外的大多數(shù)電力變壓器而言，其外施電壓都是加在高壓繞組上力變壓器而言，其外施電壓都是加在高壓繞組上的。的。(2)由于高壓繞組內(nèi)流過的電流較小，因而需由于高壓繞組內(nèi)流過的電流較小，因而需要的分接線尺寸也較小，相應分接開關(guān)本身通過要的分接線尺寸也較小，相應分

12、接開關(guān)本身通過的電流也小。的電流也小。 有載調(diào)壓般應用大型變壓器，如一般不允許停有載調(diào)壓般應用大型變壓器，如一般不允許停電的風電升壓站內(nèi)的電的風電升壓站內(nèi)的110KV 主變。主變。 調(diào)壓的實現(xiàn)，依賴于調(diào)壓的實現(xiàn)，依賴于繞組匝數(shù)的變化繞組匝數(shù)的變化，也就是，也就是利用分接繞組利用分接繞組來調(diào)整原邊和副變的匝數(shù)比來調(diào)整原邊和副變的匝數(shù)比。 為了防止可動觸頭在切換過程中產(chǎn)生電弧使變壓器絕緣油劣化，甚至燒毀有載分接開關(guān)，調(diào)壓繞組通過并聯(lián)觸頭Q1、Q2與高壓主繞組串聯(lián)?？稍趲ж摵傻那闆r下進行分接頭的切換。在可動觸頭Q1、Q2回路接入接觸器KM1、KM2的工作觸頭并放在單獨的油箱里。在調(diào)節(jié)分接頭時，先斷開

13、接觸器KM1，將可動觸頭Q1切換到另一分接頭上，然后接通KM1。另一可動觸頭Q2也采用同樣的步驟，移到這個相鄰的分接頭上，這樣進行移動，直到Q1和Q2都接到所選定的分接頭位置為止。 一種是停電情況下，改變分接頭進行調(diào)壓，即無載調(diào)壓。這種是靠聯(lián)片倒接的分接形式。這種是旋轉(zhuǎn)式分接形式。無載調(diào)壓，調(diào)壓前一定要保證斷開高壓側(cè)，然后方可操作，調(diào)壓后保證分接位置鏈接固定可靠。 2.4變壓器油變壓器油 油浸式變壓器的變壓器油主要用于油浸式變壓器的變壓器油主要用于散熱和充當絕緣介質(zhì)散熱和充當絕緣介質(zhì)。 變壓器的有效冷卻很重要。變壓器的有效冷卻很重要。對大多數(shù)變壓器來說，礦物油是對大多數(shù)變壓器來說，礦物油是吸收

14、鐵心、繞組熱量，并將其熱量傳遞給自冷或風冷外表面吸收鐵心、繞組熱量，并將其熱量傳遞給自冷或風冷外表面的最有效介質(zhì)，有時要借助強迫油循環(huán)方式。的最有效介質(zhì)，有時要借助強迫油循環(huán)方式。 在大多數(shù)電氣設備中，有在大多數(shù)電氣設備中，有大量不同部件處于不同電位之下大量不同部件處于不同電位之下，因此需要將它們相互絕緣。變壓器常常要在因此需要將它們相互絕緣。變壓器常常要在高于額定電壓下高于額定電壓下短時間運行短時間運行或者或者耐受操作沖擊和雷電沖擊的瞬變過電壓耐受操作沖擊和雷電沖擊的瞬變過電壓。 變壓器油必須具備以下特性以滿足要求：變壓器油必須具備以下特性以滿足要求： 低粘度低粘度 低傾點（油的傾點是油能夠

15、流動的最低溫度）低傾點（油的傾點是油能夠流動的最低溫度） 高閃點高閃點 優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，很高的電氣強度優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，很高的電氣強度 2.5油箱、儲油柜與附屬設備油箱、儲油柜與附屬設備 變壓器油箱變壓器油箱作為鐵心、繞組和介質(zhì)液體的容器作為鐵心、繞組和介質(zhì)液體的容器 油箱絕大部分采用油箱絕大部分采用鋼板制造鋼板制造，其，其頂蓋可以拆除頂蓋可以拆除，箱蓋通常用，箱蓋通常用箱沿固定，箱沿固定，箱蓋通常與水平面有箱蓋通常與水平面有1的斜度的斜度，以防箱蓋外表，以防箱蓋外表面積聚雨水。面積聚雨水。 油箱上必須設置油箱上必須設置用于注油或放油的閥用于注油或放油的閥，在需要時還要增設油，在需要時還要增

16、設油樣閥。在油箱上還要設計適量的可拆卸的小蓋板樣閥。在油箱上還要設計適量的可拆卸的小蓋板 變壓器油箱必須設有變壓器油箱必須設有一個一個或多個安全裝置或多個安全裝置，以便釋，以便釋放突然升高的內(nèi)部壓力放突然升高的內(nèi)部壓力壓 力 釋 放閥 變壓器油箱上通常還要設置變壓器油箱上通常還要設置其它一些附件其它一些附件： 在箱蓋上設置一個（或幾個）溫度計座用于測量變壓器在箱蓋上設置一個（或幾個）溫度計座用于測量變壓器頂部油溫度；頂部油溫度； 一套要有壓力檢測裝置一套要有壓力檢測裝置 一塊接線牌或銘牌用于詳細標示變壓器基本參數(shù)；一塊接線牌或銘牌用于詳細標示變壓器基本參數(shù)； 帶儲油柜的變壓器還可以使用氣體繼電

17、器。帶儲油柜的變壓器還可以使用氣體繼電器。 有些變壓器配有色譜分析裝置。有些變壓器配有色譜分析裝置。 至少一個接地端子用于變壓器主油箱接地。至少一個接地端子用于變壓器主油箱接地。油位計氣體繼電器低壓側(cè)套管壓力釋放閥溫度計（油）溫 度 計（繞組）風扇高壓側(cè)套管套管CT放油閥門吸濕器 2.6變壓器的散熱變壓器的散熱 當變壓器繞組中產(chǎn)生當變壓器繞組中產(chǎn)生電阻損耗和其它損耗電阻損耗和其它損耗時，就要時，就要產(chǎn)生熱量產(chǎn)生熱量。必須要將這些熱量傳遞到變壓器油中，并必須要將這些熱量傳遞到變壓器油中，并由變壓器油帶走由變壓器油帶走。 油循環(huán)方式油循環(huán)方式主要包括：主要包括： （1）自然油循環(huán)，自然油循環(huán)，利用

18、油被加熱后所產(chǎn)生的利用油被加熱后所產(chǎn)生的溫差壓力溫差壓力。油在油在繞組內(nèi)部被加熱而上升，散熱器中受到冷卻而下降。繞組內(nèi)部被加熱而上升，散熱器中受到冷卻而下降。 （2）強迫（不導向）油循環(huán)，強迫（不導向）油循環(huán)，使用油泵將冷卻油從散熱器中使用油泵將冷卻油從散熱器中抽出并輸送到繞組底部，然后再通過繞組導線抽出并輸送到繞組底部，然后再通過繞組導線“上部上部”和和“下部下部”撐條所形成的垂直軸向油道循環(huán)。撐條所形成的垂直軸向油道循環(huán)。 （3）強迫導向油循環(huán)強迫導向油循環(huán)，油的冷卻借助一些外部設備來實現(xiàn)，油的冷卻借助一些外部設備來實現(xiàn) 3 變壓器型號表征變壓器型號表征 變壓器型式多樣。在設計和生產(chǎn)中往往

19、需要使用型號來表示變壓器型式多樣。在設計和生產(chǎn)中往往需要使用型號來表示變壓器的特征。變壓器的特征。 變壓器型號的表征一般按下列規(guī)則：變壓器型號的表征一般按下列規(guī)則： 其中關(guān)于型號描述的符號，參見下表：其中關(guān)于型號描述的符號，參見下表：相數(shù)相數(shù)單單 項項三三 相相DS繞組外絕緣介質(zhì)繞組外絕緣介質(zhì)油油空氣空氣成型固體成型固體GC冷卻方式冷卻方式自冷式自冷式風冷風冷水冷水冷FW油循環(huán)油循環(huán)自然循環(huán)自然循環(huán)強迫油導向循環(huán)強迫油導向循環(huán)強迫油循環(huán)強迫油循環(huán)DP繞組數(shù)繞組數(shù)雙繞組雙繞組三繞組三繞組S調(diào)壓方式調(diào)壓方式無激磁調(diào)壓無激磁調(diào)壓有載調(diào)壓有載調(diào)壓Z繞組耦合方式繞組耦合方式自耦自耦分裂分裂O 設計序號是

20、設設計序號是設計和生產(chǎn)廠家自計和生產(chǎn)廠家自定義的，不直接定義的，不直接反映變壓器本身反映變壓器本身的型式特征。的型式特征。舉例說明舉例說明 例例3-1：某變壓器的型號為某變壓器的型號為SFPZ5-120000/220，簡述該變，簡述該變壓器的基本型式和參數(shù)。壓器的基本型式和參數(shù)。 解析：解析：對照上表可知，該變壓器是對照上表可知，該變壓器是“三相三相”變壓器（變壓器（S），繞），繞組外絕緣介質(zhì)是組外絕緣介質(zhì)是“油油”（缺省），冷卻方式是（缺省），冷卻方式是“風冷風冷”（F），），油循環(huán)方式是油循環(huán)方式是“強迫油循環(huán)強迫油循環(huán)”（P），繞組數(shù)為），繞組數(shù)為“雙繞組雙繞組”（缺（缺?。?，調(diào)壓方式為?。{(diào)壓方式為“有載調(diào)壓有載調(diào)壓”（Z）。）。 設計序號為