電力變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

關(guān)于電力變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理第1頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五三、電力變壓器的電氣特性二、電力變壓器的結(jié)構(gòu)一、電力變壓器的用途和分類第2頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五一、電力變壓器的用途和分類第3頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五第4頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五1.升壓變和降壓變升壓變低壓側(cè)額定電壓=發(fā)電機(jī)額定電壓升壓變高壓側(cè)額定電壓比線路額定電壓高10%降壓變高壓側(cè)額定電壓=線路額定電壓降壓變低壓側(cè)額定電壓比線路額定電壓高10%多的10%一般是用于補(bǔ)償線路電壓損失和變壓器阻抗壓降。

第5頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五2.分類按相數(shù)：單相、三相；按調(diào)壓方式：無載調(diào)壓、有載調(diào)壓；按繞組結(jié)構(gòu)分：單繞組自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器；按繞組絕緣及冷卻方式分：油浸式、干式和充氣式（SF6）等。其中油浸式變壓器，又有油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式冷卻式、油浸水冷式和強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器等。（西昌變、雷波變、冕山變）第6頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器：冷卻器全停后，油溫達(dá)75度，持續(xù)20分鐘跳閘；冷卻器全停后，持續(xù)60分鐘，不經(jīng)油溫控制跳閘；冷卻器全停后，溫度達(dá)95度，直接跳閘。第7頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五3.型號(hào)（了解）特殊使用環(huán)境代號(hào)額定電壓額定容量特殊用途和特殊結(jié)構(gòu)代號(hào)設(shè)計(jì)序號(hào)調(diào)壓方式導(dǎo)線材料繞組數(shù)油循環(huán)方式冷卻方式相數(shù)產(chǎn)品類別第8頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五（1）產(chǎn)品類別代號(hào)O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標(biāo)H-電弧爐變壓器C-感應(yīng)電爐變壓器Z-整流變壓器K-礦用變壓器Y-試驗(yàn)變壓器（2）相數(shù)D-單相變壓器S-三相變壓器（3）冷卻方式F-風(fēng)冷式W-水冷式注：油浸自冷式和空氣自冷式不標(biāo)注第9頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五（4）油循環(huán)方式N―自然循環(huán)O―強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)P―強(qiáng)迫循環(huán)（5）繞組數(shù)S―三繞組注：雙繞組不標(biāo)注（6）導(dǎo)線材料L―鋁繞組注：銅繞組不標(biāo)注（7）調(diào)壓方式Z―有載調(diào)壓注：無載調(diào)壓不標(biāo)注第10頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五（8）性能水平代號(hào)（設(shè)計(jì)序號(hào)）第11頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五（9）特殊用途或特殊結(jié)構(gòu)代號(hào)Z――低噪聲用；L――電纜引出X――現(xiàn)場組裝式；J――中性點(diǎn)為全絕緣；CY――發(fā)電廠自用變壓器（10）變壓器的額定容量變壓器的額定容量，單位為kVA。（11）變壓器的額定電壓變壓器的額定電壓，單位為kV。第12頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五二、油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)第13頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五油浸式電力變壓器器身油箱冷卻裝置保護(hù)裝置出線裝置鐵芯、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、引線、分接開關(guān)油箱本體（箱蓋、箱壁、箱底）和附件（放油閥門、油樣活門、接地螺栓、銘牌散熱器和冷卻器儲(chǔ)油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全氣道）、吸濕器(呼吸器)、溫度計(jì)、凈油器、氣體繼電器（瓦斯繼電器）高壓套管、低壓套管第14頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五2.分接開關(guān)1.高壓套管4.瓦斯繼電器3.低壓套管6.油枕5.防爆管8.吸濕器7.油位表10.銘牌9.散熱器12.油樣活門11.接地螺栓14.活門13.放油閥門16.溫度計(jì)15.繞組18.凈油器17.鐵芯20.變壓器油19.油箱第15頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五1.鐵芯鐵芯在電力變壓器中是重要的組成部件之一。它由高導(dǎo)磁的硅鋼片疊積和鋼夾件夾緊而成，鐵芯具有兩個(gè)方面的功能：在原理上，鐵芯是構(gòu)成變壓器的磁路。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)化為磁能，又把該磁能轉(zhuǎn)化為二次電路的電能，因此，鐵芯是能量傳遞的媒介體。在結(jié)構(gòu)上，它是構(gòu)成變壓器的骨架。在它的鐵芯柱上套上帶有絕緣的線圈，并且牢固地對(duì)它們支撐和壓緊。第16頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五接地片上夾件鐵軛螺桿拉螺桿芯柱綁扎鐵芯磁導(dǎo)線下夾件鐵芯的結(jié)構(gòu)第17頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五第18頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五變壓器鐵損：當(dāng)成塊的金屬放在變化的磁場中．或者在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬內(nèi)自成閉合回路，猶如水的旋渦故稱渦流，由于成塊金屬的電阻很小，所以渦流很強(qiáng)，使成塊金屬大量發(fā)熱，同時(shí)電能遭到大量的浪費(fèi)。此外還存在磁滯損耗。第19頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗，鐵芯用厚度為0.3～0.5mm的硅鋼片沖剪成幾種不同尺寸，并在表面涂厚為0.01～0.13mm的絕緣漆，烘干后按一定規(guī)則疊裝而成。由于硅鋼片比普通鋼的電阻串大，因此利用硅鋼片制成的鐵芯可以進(jìn)一步減小渦流損耗。第20頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五為什么鐵芯要一點(diǎn)接地？因?yàn)檫\(yùn)行中變壓器的鐵芯與其他附件都處于繞組周圍很強(qiáng)的電磁場內(nèi)，如果不接地，必然因?yàn)殡姶艌鲎饔?，鐵芯與其附件必然產(chǎn)生一定的電位差。容易造成放電現(xiàn)象，使絕緣油分解或損壞其他固體絕緣介質(zhì)。如果是幾點(diǎn)接地，通過接地點(diǎn)形成渦流通路，將造成鐵芯發(fā)熱，所以只允許一點(diǎn)接地。鐵芯多點(diǎn)接地的故障特征：鐵芯局部過熱，使鐵芯損耗增加，甚至燒壞；過熱造成的溫升，使變壓器油分解，產(chǎn)生的氣體溶解于油中，引起變壓器油性能下降，油中總烴大大超標(biāo)；油中氣體不斷增加并析出(電弧放電故障時(shí)，氣體析出量較之更高、更快)，可能導(dǎo)致氣體繼電器動(dòng)作發(fā)信號(hào)，甚至使變壓器跳閘。第21頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五2.絕緣變壓器分級(jí)絕緣和全絕緣：分級(jí)絕緣就是變壓器靠近中性點(diǎn)的繞組主絕緣水平比端部繞組的絕緣水平要低，當(dāng)其絕緣水平一致時(shí)就是全絕緣。主絕緣就是繞組與接地部分，繞組與繞組之間的絕緣?？v絕緣是同一電壓等級(jí)一個(gè)繞組各個(gè)部分的絕緣。第22頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五3.繞組不同容量、不同電壓等級(jí)的電力變壓器，繞組形式也不一樣。一般電力變壓器中常采用同芯式和交疊式兩種結(jié)構(gòu)形式。繞組繞鐵芯分布，大致有兩種方式:

第23頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五為什么高壓繞組都在外側(cè)？一是絕緣考慮，電壓等級(jí)低一些的繞組靠近鐵芯，從絕緣角度容易做到；二變壓器調(diào)檔是改變高壓側(cè)匝數(shù)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦邏簜?cè)電流小一些，分接開關(guān)體積小，接觸器引線和接頭容易解決。升壓變功率是從低壓側(cè)流向高壓側(cè)，低壓側(cè)在中間，其自感被抵消，等值電抗較小，它與高壓側(cè)的短路電壓變小，也即高壓側(cè)達(dá)到額定電流時(shí)，低壓側(cè)所需施加的電壓較小，利于升壓。第24頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五4.分接開關(guān)變壓器調(diào)壓是在變壓器的某一繞組上設(shè)置分接頭，當(dāng)變換分接頭時(shí)就減少或增加了一部分線匝，使帶有分接頭的變壓器繞組的匝數(shù)減少或增加，其他繞組的匝數(shù)沒有改變，從而改變了變壓器繞組的匝數(shù)比。繞組的匝數(shù)比改變了，電壓比也相應(yīng)改變，輸出電壓就改變，這樣就達(dá)到了調(diào)整電壓的目的。

第25頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五調(diào)壓方式分無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。無載調(diào)壓需要將主變停下，一般在35kV及以下系統(tǒng)使用；有載調(diào)壓可以帶負(fù)荷調(diào)壓，一般在110kV及以上系統(tǒng)使用；有載調(diào)壓時(shí)，Q1先斷開，移動(dòng)到下一個(gè)檔位，Q2隨后斷開，移動(dòng)到相應(yīng)檔位，即實(shí)現(xiàn)了不中斷負(fù)荷的調(diào)檔，切換裝置中的電抗是用于限制環(huán)流。調(diào)檔需要逐檔進(jìn)行。調(diào)壓繞組一般靠近中性點(diǎn)處，使調(diào)節(jié)裝置處于較低電位。第26頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五“高往高調(diào)：低壓側(cè)電壓高，分接頭就往高檔位調(diào)?！?1檔為高檔)“低往低調(diào)：低壓側(cè)電壓高，分接頭就往低檔位調(diào)。”某220kV變壓器，1檔高壓側(cè)額定電壓250kV，中壓側(cè)110kV，變比為25/11；2檔高壓側(cè)額定電壓220kV，中壓側(cè)110kV，變比為22/11。假設(shè)系統(tǒng)電壓為220kV，1檔中壓側(cè)為220/25*11=96.8kV，2檔中壓側(cè)電壓為220/22*11=110kV。不能用有載調(diào)壓的情況：過負(fù)荷、調(diào)壓裝置異常、調(diào)壓裝置油位低、調(diào)壓裝置瓦斯發(fā)信、調(diào)壓裝置油溫低于-40度。第27頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五5.油枕（1）使變壓器油箱在任何氣溫及運(yùn)行狀況下均充滿油。（2）為了使變壓器器身和套管下部能可靠地浸入油中，保證了安全運(yùn)行，且可減小套管的設(shè)計(jì)尺寸。（3）變壓器油僅在油枕內(nèi)與空氣接觸(有些還裝有膠囊呼吸器)，與空氣接觸面減少，使變壓器油的受潮和氧化機(jī)會(huì)減少，油枕內(nèi)的油溫較油箱內(nèi)油溫低，也使氧化速度變慢，有利于減緩油的老化。（4）油枕和油箱的連管中間可安裝氣體繼電器。（5）變壓器油從空氣中吸收的水分將沉積在油枕底部集污器內(nèi)以便定期放出，使水分不會(huì)迸人油箱。第28頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五A、罩

B、項(xiàng)針

C、氣塞D、磁鐵E、開口杯F、重錘

G、探針

H、支架

K、彈簧

L、擋板

M、磁鐵

N、螺桿

P、干簧接點(diǎn)（跳閘用）Q、調(diào)節(jié)桿R、干簧節(jié)點(diǎn)（信號(hào)用）S、套管

T、嘴子

6.氣體繼電器第29頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五第30頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五6.氣體繼電器氣體繼電器又稱瓦斯繼電器，是利用變壓器內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的熱油流和熱氣流推動(dòng)繼電器動(dòng)作的元件，是變壓器的保護(hù)元件；瓦斯繼電器裝在變壓器的油枕和油箱之間的管道內(nèi)；輕瓦斯主要反映在運(yùn)行或者輕微故障時(shí)由油分解的氣體上升入瓦斯繼電器，氣壓使油面下降，繼電器的開口杯隨油面落下，輕瓦斯干簧觸點(diǎn)接通發(fā)出信號(hào)，當(dāng)輕瓦斯內(nèi)氣體過多時(shí)，可以由瓦斯繼電器的氣嘴將氣體放出。規(guī)程規(guī)定，輕瓦斯報(bào)警必須檢查主變。重瓦斯主要反映在變壓器嚴(yán)重內(nèi)部故障（特別是匝間短路等其他變壓器保護(hù)不能快速動(dòng)作的故障）產(chǎn)生的強(qiáng)烈氣體推動(dòng)油流沖擊擋板，擋板上的磁鐵吸引重瓦斯干簧觸點(diǎn)，使觸點(diǎn)接通而跳閘。規(guī)程規(guī)定，重瓦斯動(dòng)作不可試送主變。第31頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五7.吸濕器吸濕器又名呼吸器，常用吸濕器為吊式吸濕器結(jié)構(gòu)。吸濕器內(nèi)裝有吸附劑硅膠，油枕內(nèi)的絕緣油通過吸濕器與大氣連通。當(dāng)儲(chǔ)油柜油面下降時(shí)，外部空氣因?yàn)榇髿鈮旱淖饔?，先通過呼吸器底部變壓器油，濾去雜質(zhì)，再通過干燥劑吸去水分，最后進(jìn)入儲(chǔ)油柜，保證了變壓器油的絕緣強(qiáng)度。第32頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五8.凈油器變壓器的凈油器也是一個(gè)充有吸收劑的容器。當(dāng)變壓器油流經(jīng)吸收劑時(shí)，油中所帶的水分、游離酸和加速絕緣老化的氧化物等皆被吸收，借此使變壓器油得到連續(xù)再生。根據(jù)油在凈油器內(nèi)的循環(huán)流通的方式不同，凈油器可分為溫差環(huán)流法和強(qiáng)制環(huán)流法兩類。變壓器運(yùn)行時(shí)，由于上下層油存在溫差，于是變壓器油從上至下經(jīng)過凈油器，這種方式稱為溫差環(huán)流法，常用于油浸自冷或油浸風(fēng)冷變壓器。強(qiáng)制環(huán)流法凈油器需有強(qiáng)迫油循環(huán)的機(jī)械力（如油泵）作為油流動(dòng)的動(dòng)力，適用于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的變壓器。第33頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五9.防爆管防爆管又名安全氣道，裝在油箱的上蓋上，由一個(gè)喇叭形管子與大氣相通，管口用薄膜玻璃板或酚醛紙板封住。為防止正常情況下防爆管內(nèi)油面升高使管內(nèi)氣壓上升而造成防爆薄膜松動(dòng)或破損及引起氣體繼電器誤動(dòng)作，在防爆管與儲(chǔ)油柜之間連接一小管，已使兩處壓力相等。10.壓力釋放閥壓力釋放閥是變壓器的一種壓力保護(hù)裝置，當(dāng)主變內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，大量油分解，壓力急劇上升，壓力釋放閥及時(shí)打開放出油氣，避免損壞變壓器，當(dāng)壓力降低時(shí)，壓力釋放閥自動(dòng)閉合。第34頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五

11.溫度計(jì)大型變壓器都裝有測(cè)量上層油溫的測(cè)溫裝置，它裝在變壓器油箱外，便于運(yùn)行人員監(jiān)視變壓器油溫情況。繞組溫度是通過采集上層油溫和負(fù)荷電流后，通過相應(yīng)的熱反應(yīng)得到，也即其不是真實(shí)的繞組溫度。第35頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五12.套管變壓器套管是變壓器箱外的主要絕緣裝置，變壓器繞組的引出線必須穿過絕緣套管，使引出線之間及引出線與變壓器外殼之間絕緣，同時(shí)起固定引出線的作用。因電壓等級(jí)不同，絕緣套管有純瓷套管、充油套管和電容套管等形式。純瓷套管多用于10kV及以下變壓器，它是在瓷套管中穿一根導(dǎo)電銅桿，瓷套內(nèi)為空氣絕緣。充油套管多用在35kV級(jí)變壓器，它是在瓷套管充油，在瓷套管內(nèi)穿一根導(dǎo)電銅桿，銅桿外包絕緣紙。電容式套管由主絕緣電容芯子，外絕緣上下瓷件，連接套筒，油枕，彈簧裝配，底座，均壓球，測(cè)量端子，接線端子，橡皮墊圈，絕緣油等組成。它用于100kV以上的高電壓變壓器上。第36頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五13.中性點(diǎn)結(jié)構(gòu)第37頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五三、變壓器的電氣特性第38頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五1.技術(shù)參數(shù)(1)額定容量：指變壓器廠家額定電壓、額定電流時(shí)連續(xù)運(yùn)行所輸送的容量。額定容量是指變壓器的視在功率，以VA、KVA、MVA表示。

(2)額定電壓：指變壓器長時(shí)間運(yùn)行所能承受的工作電壓，以V、KV表示。

(3)額定電流：指變壓器在額定容量下，允許長期通過的工作電流，以A、KA表示。

(4)容量比：指變壓器各側(cè)額定容量之比。（注意：三繞組變壓器高、中、低側(cè)容量比不是1：1：1）

(5)電壓比：指變壓器各側(cè)額定電壓之比。(6)短路損耗(銅損)：將變壓器的二次繞組短路，變壓器一、二次電流流過一、二次繞組，在繞組電阻上所消耗的能量之和。銅損與一、二次電流的平方成正比。

(7)空載損耗(鐵損)：指變壓器在二次側(cè)開路、一次側(cè)施加額定電壓時(shí)，變壓器鐵芯所產(chǎn)生的有功損耗，以W、KW表示。鐵損包括激磁損耗和渦流損耗。

(8)空載電流：指變壓器產(chǎn)品在額定電壓下空載運(yùn)行時(shí)，一次側(cè)通過的電流。

(9)短路電壓：指變壓器二次繞組短路，使一次側(cè)電壓逐漸升高，當(dāng)二次繞組的短路電流達(dá)到額定值時(shí)，此時(shí)一次側(cè)電壓與額定電壓比值的百分?jǐn)?shù)。第39頁，共42頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)32分，星期五(10)額定溫升：變壓器內(nèi)繞組或上層油的溫度與變壓器外圍空氣的溫度(環(huán)境溫度)之差，稱為繞組或上層油的溫升。在每臺(tái)變壓器的銘牌上都