第二章變壓器課件

單位：電力處檢修工區(qū)主講人：程祖軍電力變壓器1目錄一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)二、變壓器的運行四、互感器三、其他變壓器前言2前言為什么要使用變壓器3前言這一功的能實現(xiàn)，對電力系統(tǒng)非常重要如：遠距離輸電，須將電壓升高，以降低損耗，△P＝I2R=（P/U）2R；對用電設(shè)備的供電，又需將升高的電壓降低，就用降壓變壓器，以滿足各類負荷的需求；在保護、測量中又需使用儀用互感器等等。

變壓器的分類：？

變壓器利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓等級的交流電能變成另一種或幾種電壓等級的交流電能。4一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理。是“電生磁、磁生電”現(xiàn)象的一個具體體現(xiàn)。要明白這個原理，我們先來了解磁與電相互轉(zhuǎn)換的知識。1、變壓器的工作原理1.1螺線管的磁場(電生磁)用導(dǎo)線繞成若干個螺旋型的線圈叫做螺線管。當其中有電流流過時，其所建立的磁場如圖所示。

螺線管所建立的磁場方向，可以用右手螺旋定則確定，即用右手握住螺線管，四指指示螺線管中的電流方向，大拇指指示的方向就是螺線管產(chǎn)生的磁場方向。

5一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)螺線管產(chǎn)生磁場的強弱，決定于螺線管道匝數(shù)和導(dǎo)體中電流大小，匝數(shù)越多，電流越大，則產(chǎn)生的磁力線越多，磁場就越強。1.2線圈

鐵芯是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。鐵芯柱上套裝繞組。芯式變壓器的原、副繞組套裝在鐵芯的兩個鐵芯柱上，如圖所示。

6一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)1.3電磁感應(yīng)原理回顧法拉第的貢獻：e=－dφ/dt，即變化的磁場產(chǎn)生電場，這就是電磁感應(yīng)原理。1.4工作原理：圖中在閉合的鐵芯上，饒有兩個互相絕緣的繞組，其中，接入電源的一側(cè)叫一次側(cè)繞組，輸出電能的一側(cè)為二次側(cè)繞組。當電源電壓加到一次繞組后，產(chǎn)生交變的電流，在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通。根據(jù)電磁感應(yīng)原理：此交變磁通在一次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，如圖；在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，如圖，如果二次繞組與外電路的負荷接通，便有電流流入負荷，即二次繞組有電能輸出。7一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以推出：一次繞組感應(yīng)電勢為：E1=4.44fN1φm………（1）二次繞組感應(yīng)電勢為：E2=4.44fN2φm………（2）式中：f為電源頻率，N1為一次繞組匝數(shù)，N2為二次繞組匝數(shù)，φm為鐵心中主磁通幅值。由（1）和（2）式得出：E1/E2=N1/N2………………(3)這說明一、二次側(cè)感應(yīng)電勢之比等于繞組匝數(shù)之比。忽略漏電抗和電阻，可近似的認為E1=U1E2=U2，則有：U1/U2=N1/N2=E1/E2=K，K為變壓器的變比。8一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)如果改變變壓器一、二次側(cè)繞組的匝數(shù)，就能夠改變變壓器一、二次側(cè)繞組的電壓，這就是變壓器能夠改變電壓的道理。如果忽略變壓器的內(nèi)損耗（上課時可指出具體損耗），可認為變壓器二次輸出功率等于變壓器一次輸入功率。即P=U1I1=U2I2…………（4）由（4）可以得出I1/I2=N2/N1=1/K由此可見：變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)比成反比（考點）。9一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2、變壓器的結(jié)構(gòu)本節(jié)以中小型油浸電力變壓典型結(jié)構(gòu)為例進行講述。如下圖：10一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.1鐵芯a、鐵芯結(jié)構(gòu)及作用：由鐵芯柱和鐵軛組成，其作用就是形成磁路，繞組套裝在鐵芯柱上，鐵軛使整個磁路閉合，鐵芯是變壓器的磁路。b、鐵芯分類：心式和殼式。心式鐵芯特點是鐵軛只靠著繞組的頂面和底面，其效果是結(jié)構(gòu)比較簡單，繞組的布置和絕緣也比較容易，被絕大多數(shù)變壓器采用；殼式鐵芯特點是鐵軛包圍繞組的側(cè)面，只在一些特種變壓器中采用。c、鐵磁材料：鐵磁材料的要求——導(dǎo)磁性能好。11一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.2繞組

繞組是變壓器的電路部分。根據(jù)高低壓繞組排列方式不同，分為同心式和交疊式。為什么低壓繞組靠鐵芯？12一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.3絕緣內(nèi)部絕緣材料主要有：變壓器油、絕緣紙板、電纜紙、皺紋紙等。13一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.4分接開關(guān)a、為什么要使用分接開關(guān)（分接開關(guān)的作用）。b、什么叫分接開關(guān)和調(diào)壓電路？c、調(diào)壓方式有哪些？d、為什么常接在高壓側(cè)？14一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.5、冷卻裝置a、為什么要使用冷卻裝置（冷卻裝置的作用）?b、冷卻裝置的形式？c、冷卻方式有那些？15一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)16一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)油箱是油浸式變壓器的外殼，變壓器器身至于油箱內(nèi)，里面充滿變壓器油。分為吊器身式油箱和吊箱殼式油箱。2.6油箱17一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.7儲油柜（油枕）a、儲油柜的作用?b、與儲油柜連接的部分有那些？2.8安全氣道安全氣道的作用？當壓力整定值時動作，就象保護整定值一樣2.9吸濕器吸濕器的作用？里面放著硅膠，硅膠可吸水，一般呈藍色或白色，當吸潮到一定程度后呈粉紅色或黃色，此時應(yīng)更換。2.10氣體繼電器氣體繼電器的作用？18一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器上有哪些套管？套管的組成部分？絕緣情況？套管的作用？凈油器的作用？里面也放著硅膠，它通過變壓器油的自然循環(huán)，吸收其中的水分和雜質(zhì)，使油再生。2.12凈油器2.11套管19一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)問題1：電力變壓器的組成？各有什么作用？20一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3、變壓器的型號及技術(shù)參數(shù)3.1型號例如：SFZ-10000/110表示額定容量為10000kVA，高壓繞組額定電壓110kV電力變壓器。21一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.2相數(shù)變壓器分三相和單相兩種。3.3額定頻率我國為50Hz，有些國家為60Hz。頻率就是電壓或電流完成一個周波所需時間的倒數(shù)。22一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.4額定電壓、額定容量和額定電流額定電壓是指變壓器線電壓（有效值），它應(yīng)與所連接的輸變電線路電壓相符合。額定容量是指在變壓器銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下，變壓器二次側(cè)的輸出能力。對多繞組變壓器，其額定容量為最大繞組的額定容量；對雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量。額定電流是指變壓器線線電流（有效值），即通過繞組線端的電流。三者間的關(guān)系為：單相變壓器：Sn=InUn三相變壓器：Sn=√3InUn23一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)當三相變壓器為Y連接時，線電流為繞組電流，線電壓為√3繞組電壓；當三相變壓器為D連接時，線電流為√3繞組電流，線電壓為繞組電壓。3.5三角形與星形連接ABCOIN2abc24一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.6繞組連接組標號繞組連接組標號僅對三相變壓器或三相變壓器組而言。三相電力變壓器有星形（Y）、三角形（D）、曲折形（Z）連接，中性點用N表示，高壓側(cè)用大寫，低壓側(cè)（中壓側(cè)）用小寫表示。3.7調(diào)壓范圍問題：變壓器為什么要具備一定的調(diào)壓能力？如何才能達到調(diào)壓的目的？25一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.8變壓器的四大參數(shù)

變壓器二次側(cè)開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時一次繞組中所流過的電流I0，稱空載電流；變壓器從電源吸收的功率稱空載損耗；變壓器二次側(cè)短路，一次繞組施加電壓使其電流達到額定值，此時所施加的電壓稱阻抗電壓UZ，變壓器從電源吸收的功率稱短路損耗。3.9電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是在給定負載功率因數(shù)下（一般取0.8）二次空載電壓U2N和二次負載電壓U2之差與二次額定電壓U2N的比，即△U%=(U2N-U2)/U2N100%。是衡量變壓器供電質(zhì)量好壞的數(shù)據(jù)。26一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.10效率為輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分數(shù)，一般可達到90％以上。3.11冷卻方式種類有哪些?27二、變壓器的運行1變壓器允許運行方式1.1允許溫度與溫升繞組和鐵芯產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化成的熱量變壓器各部件吸收的熱量散發(fā)到冷卻介質(zhì)中的熱量當散發(fā)的熱量與產(chǎn)生的熱量相等時變壓器各部件的溫度達到穩(wěn)定溫度不再升高。1）熱量來源？2）為何要限制溫度？28二、變壓器的運行溫度關(guān)系是：繞組溫度>鐵芯溫度>變壓器油溫度為了便于監(jiān)視運行中變壓器各部件的溫度，規(guī)定以上層油溫為允許溫度。為防止油質(zhì)劣化，規(guī)定油溫最高不超過95攝氏度。正常狀態(tài)下變壓器油溫規(guī)定：一般不應(yīng)超過85攝氏度，對于強迫油循環(huán)不宜經(jīng)常超過75攝氏度。溫升：變壓器的溫度與周圍環(huán)境溫度的差。規(guī)定：周圍環(huán)境最高溫度為40攝氏度。29二、變壓器的運行1.2變壓器過負載能力什么叫過負載能力呢？答：在不損害變壓器絕緣和降低變壓器使用壽命的前提下，變壓器在較短時間內(nèi)所輸出的最大容量為變壓器的過負荷能力。一般以過負載倍數(shù)（變壓器所輸出的最大容量與額定容量之比）表示。變壓器過負載能力可分為正常情況下的過負載能力和事故情況下的過負載能力?，F(xiàn)在分別說明：30二、變壓器的運行

⑴變壓器在正常情況下的過負載能力

正常運行時，由于你們專業(yè)廠的生產(chǎn)情況不同，一晝夜負載有高峰、有低谷。高峰時就可能造成變壓器的過負載。有關(guān)規(guī)程規(guī)定，室外變壓器，總的過負載不得超過30％；室內(nèi)變壓器為20％。

⑵變壓器在事故時過負載能力

當電力系統(tǒng)或用戶變電站發(fā)生事故時，為保證對重要設(shè)備的連續(xù)供電，允許變壓器短時過負載的能力。

⑶變壓器允許短路

變壓器突然短路時，其短路電流為額定電流的25到30倍，因而變壓器的銅耗將達到額定電流時候的幾百倍，故繞組溫度上升很快。一般，銅線繞組的變壓器溫度達到250℃是允許的，上升到這個溫度需要5s，而保護動作一般是毫秒級的，尚未達到這個溫度斷路器早已跳閘。31二、變壓器的運行1.3允許電壓波動范圍只要電源電壓不超過額定值的±5％，變壓器都可在額定負載下運行。32二、變壓器的運行2變壓器并列運行2.1并列運行的目的

a、提高供電可行性；

b、提高變壓器運行經(jīng)濟性；

c、可以減少總備用容量，并可隨著用電量的增加分批增加新的變壓器。33二、變壓器的運行2.2理想并列運行的條件

a、聯(lián)結(jié)組標號相同；

b、電壓比相等（允許有±5％的差值）；

c、阻抗電壓uz%相等（允許有±10％的差值）。34二、變壓器的運行2.3變壓器油及運行2.3.1變壓器油作用

a、保護變壓器的絕緣；

b、散熱和冷卻；2.3.2變壓器油運行⑴變壓器試驗試驗項目：耐壓試驗、介質(zhì)損耗試驗和簡化試驗。取油注意事項。見書p37⑵變壓器油運行管理

補油注意事項：

a、10kV及以下變壓器可補入不同牌號的油，但應(yīng)作混油的耐壓試驗；

b、35kV及以上變壓器應(yīng)補入相同牌號的油，也應(yīng)作混油的耐壓試驗；

c、補油后要檢查氣體繼電器，及時放出氣體。若在24h后無問題，可重新將瓦斯保護接入跳閘回路；

35二、變壓器的運行2.4變壓器巡視檢查巡視檢查內(nèi)容和周期：見書p38

2.5變壓器異常運行和常見故障分析變壓器異常運行通?？梢酝ㄟ^聲音來判別，聲音異常的原因有：1）負載電流變大，變壓器聲音變大，如啟動大容量動力設(shè)備時；2）變壓器過負載時，發(fā)出很高且很沉重的嗡嗡聲；3）當系統(tǒng)短路或接地時，會通過很大的短路電流，變壓器會產(chǎn)生很大的噪音；4）有較大的高次諧波時，變壓器的聲音變大，如整流設(shè)備或電弧爐；5）當變壓器內(nèi)部放電時，會產(chǎn)生噼啪聲。

36二、變壓器的運行2.6絕緣套管閃絡(luò)和爆炸的原因有：1）套管密封不嚴進水而使絕緣受潮損壞；外部原因2）套管的電容芯子制造不良，使內(nèi)部游離放電；內(nèi)部原因3）套管積垢嚴重或套管上有大的裂紋和碎片。后天原因2.7變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)分析什么叫在線監(jiān)測及其好處？常規(guī)方法的弊病。對此大家只需了解。見書p3937三、其他變壓器1干式變壓器（從絕緣出發(fā)）定義：鐵芯和繞組不侵漬在絕緣液體中的變壓器。分類：a環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其特點，如何制作。38三、其他變壓器b氣體絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其材料特點，變壓器的結(jié)構(gòu)特點。cH級絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其材料特點。39三、其他變壓器2非晶態(tài)合金鐵芯變壓器（從鐵芯出發(fā)）

主要目的就是降低鐵芯損耗，了解該材料的特點。3低損耗油浸變壓器（從制造工藝出發(fā)）了解改進了哪些工藝？4卷鐵芯變壓器（從鐵芯制造工藝出發(fā)）40四、互感器互感器是變壓器中的一種儀用設(shè)備，是供電系統(tǒng)中測量和保護用的重要設(shè)備，分為電流互感器和電壓互感器。41電流互感器是將高壓系統(tǒng)的電流或低壓系統(tǒng)中的大電流改變?yōu)榈蛪簶藴实男‰娏鳎?A或1A）可以講1A的好處。其在電力系統(tǒng)中的接線圖如圖：TA電流互感器TV電壓互感器電壓互感器是將系統(tǒng)的高電壓改變?yōu)闃藴实牡碗妷海?00V或100/3V)四、互感器42

電壓互感器原理也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，類似一臺降壓變壓器。如圖：其高壓繞組與被測電路并聯(lián)，低壓繞組與測量儀表電壓線圈并聯(lián)，這是接線情況。電壓線圈的內(nèi)阻抗很大（為什么要這樣做），所以電壓互感器運行時，相當于一臺空載運行的變壓器。二次側(cè)不能短路，否則繞組將被燒毀（原因）。2.1電壓互感器原理2電壓互感器1互感器的作用（書）四、互感器43

2.2電壓互感器分類按用途分測量用電壓互感器和保護用電壓互感器。其標準準確度有：標準儀表：0.2級，計量儀表：0.5級，一般測量儀表1～3級，保護用0.2和0.5級。四、互感器44四、互感器452.3電壓互感器型號a、三相電壓互感器只限于制成10kV及以下電壓等級；b、三繞組電壓互感器的第三繞組主要供給監(jiān)視電網(wǎng)絕緣和接地保護裝置。舉例：JSJW—10表示什么？2.4電壓互感器容量電壓互感器容量是指其二次繞組允許接入的負載功率（以VA值表示），分額定容量和最大容量。四、互感器462.5電壓互感器運行a、一、二次接線應(yīng)保證極性正確；b、一、二次繞組都應(yīng)裝設(shè)熔斷器（保護專用互感器二次側(cè)除外）目的是防止短路故障；c、二次繞組、鐵芯和外殼都必須可靠接地。意義：繞組絕緣損壞時，二次繞組對地電壓不會升高，以保