《電力變壓器的運行》課件

電力變壓器的運行電力變壓器是電力系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備，它們負責(zé)將高壓電力轉(zhuǎn)換為低壓電力，以供家庭和企業(yè)使用。變壓器的運行涉及到復(fù)雜的物理過程，包括磁場、電流和電壓的相互作用。課程目標了解電力變壓器的基本原理從變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)入手，掌握變壓器的工作方式以及相關(guān)參數(shù)。學(xué)習(xí)變壓器的應(yīng)用理解電力變壓器在電力系統(tǒng)中的重要作用，以及在不同應(yīng)用場景中的應(yīng)用。掌握變壓器的維護和檢修了解變壓器的常見故障以及診斷方法，并掌握日常維護和檢修流程。電力變壓器簡介電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備。它通過電磁感應(yīng)原理，將交流電的電壓和電流進行變換，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。電力變壓器可實現(xiàn)電壓升高（升壓）或降低（降壓），并改變電流大小，以適應(yīng)不同電壓等級的電力設(shè)備或傳輸線路。變壓器的結(jié)構(gòu)組成電力變壓器主要由鐵芯、繞組、絕緣、冷卻系統(tǒng)和外殼等組成。鐵芯是由疊片的硅鋼片構(gòu)成，用于提供磁路。繞組是由絕緣導(dǎo)線繞制在鐵芯上，用于傳輸電能。絕緣材料用于防止繞組之間以及繞組和鐵芯之間發(fā)生短路。冷卻系統(tǒng)用于散熱，防止變壓器過熱。外殼用于保護變壓器內(nèi)部元件，并提供支撐。變壓器的工作原理1磁通變化交流電通過變壓器初級繞組，產(chǎn)生交變磁通，該磁通穿透鐵芯和次級繞組。2電磁感應(yīng)交變磁通在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與磁通變化率成正比。3電壓轉(zhuǎn)換次級繞組感應(yīng)電動勢的大小與初級繞組電壓、繞組匝數(shù)之比有關(guān)，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。變壓器的勵磁特性勵磁電流鐵心磁化強度非線性關(guān)系磁滯現(xiàn)象空載電流勵磁電流和損耗電流勵磁特性曲線非線性關(guān)系變壓器的等效電路簡化分析變壓器的等效電路可以簡化對變壓器運行特性的分析，便于計算和理解。等效電路可以準確地模擬變壓器的行為，并預(yù)測其在不同負載下的性能。等效電路包含繞組電阻、漏感、勵磁支路等參數(shù)，可用于計算變壓器的電壓降、效率和功率因數(shù)等。等效電路有助于工程師優(yōu)化變壓器設(shè)計，提高其效率和可靠性。變壓器的容量和電壓比變壓器容量是指變壓器能夠傳輸?shù)淖畲蠊β剩ǔＲ郧Х?kVA)為單位。電壓比是指變壓器原邊電壓與副邊電壓的比值。容量和電壓比是變壓器的兩個重要參數(shù)，它們決定了變壓器的性能和應(yīng)用范圍。根據(jù)實際需求選擇合適的容量和電壓比的變壓器，可以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。變壓器的繞組電流和銅損繞組電流變壓器繞組電流是指流過變壓器繞組的電流，其大小與變壓器負載大小有關(guān)。負載越大，繞組電流越大。銅損銅損是指變壓器繞組電阻發(fā)熱產(chǎn)生的損耗，它與繞組電流的平方成正比。繞組電流越大，銅損越大。銅損計算銅損可以通過計算繞組電阻和繞組電流的平方來計算。銅損影響銅損會降低變壓器的效率，并導(dǎo)致變壓器溫度升高，影響變壓器的壽命。變壓器的磁通和鐵損變壓器中的鐵芯由疊壓的硅鋼片組成，當交流電通過繞組時，鐵芯中就會產(chǎn)生交變磁通。鐵芯中的交變磁通會引起鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，這就是鐵損。鐵損的大小與磁通的頻率、磁感應(yīng)強度和鐵芯材料有關(guān)。磁通的頻率越高，鐵損越大；磁感應(yīng)強度越大，鐵損也越大。鐵芯材料的磁性能越好，鐵損越小。50鐵損變壓器總損耗的一部分10磁滯磁化和去磁過程中的能量損失20渦流鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生的電流0.5效率鐵損導(dǎo)致的能量浪費變壓器的溫升變壓器運行過程中，由于電流通過繞組產(chǎn)生熱量，鐵芯也存在磁損耗，會使變壓器溫度升高，這就是變壓器的溫升。變壓器的溫升會影響其絕緣材料的壽命和性能，因此控制溫升是確保變壓器安全運行的關(guān)鍵。55℃正常運行時，變壓器溫升一般不超過55度。80℃超過80度，絕緣材料可能會老化，加速其失效。100℃超過100度，變壓器可能出現(xiàn)過熱故障，甚至發(fā)生火災(zāi)。10年控制溫升可以延長變壓器壽命10年以上。變壓器的效率無功損耗銅損鐵損其他損耗變壓器效率是指輸出功率與輸入功率的比值，反映了變壓器能量轉(zhuǎn)換的效率。效率越高，表示能量損耗越少，運行成本越低。影響變壓器效率的因素包括銅損、鐵損、無功損耗等。變壓器的無功功率和功率因數(shù)無功功率變壓器運行時，磁化電流產(chǎn)生的功率，稱為無功功率，用符號Q表示，單位為乏(Var)。功率因數(shù)功率因數(shù)表示有效功率與視在功率之比，用符號cosφ表示，取值范圍為0到1。影響功率因數(shù)低，導(dǎo)致線路損耗增大，影響電壓質(zhì)量功率因數(shù)高，提高系統(tǒng)效率，降低運行成本變壓器的短路電流和短路容量短路電流短路容量變壓器發(fā)生短路故障時，流過變壓器繞組的電流變壓器在短路情況下所能承受的最大容量短路電流的大小取決于變壓器的額定容量、電壓比和短路阻抗。短路容量是衡量變壓器在短路情況下承受能力的重要指標，它與短路電流有關(guān)。變壓器的并聯(lián)運行并聯(lián)運行條件并聯(lián)運行的變壓器必須滿足電壓、容量、相序和極性等條件。這些條件需要保證變壓器之間相互協(xié)調(diào)工作，以確保安全和穩(wěn)定運行。并聯(lián)運行的優(yōu)點并聯(lián)運行可以提高系統(tǒng)可靠性，當一個變壓器發(fā)生故障時，另一個變壓器可以繼續(xù)供電。并聯(lián)運行還可以提高系統(tǒng)效率，減少能量損失。并聯(lián)運行的缺點并聯(lián)運行需要對變壓器的容量和電壓進行匹配，以確保每個變壓器都能承擔合適的負載。并聯(lián)運行還需要考慮變壓器之間的相位關(guān)系，以避免出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。變壓器的降壓和升壓電力變壓器可以改變電壓，實現(xiàn)降壓或升壓，滿足不同設(shè)備的電壓需求。1升壓將低壓電升高到高壓，減少傳輸損耗。2降壓將高壓電降至安全電壓，滿足用戶用電需求。降壓變壓器常用于配電系統(tǒng)，將高壓電降至安全電壓，為用戶提供電力。升壓變壓器常用于發(fā)電廠，將發(fā)電機輸出的低壓電升高到高壓，方便遠距離輸電。變壓器的三相連接11.Y-Y連接Y-Y連接是指變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)繞組都采用星形連接的方式。22.Y-Δ連接Y-Δ連接是指變壓器的一次側(cè)繞組采用星形連接，二次側(cè)繞組采用三角形連接的方式。33.Δ-Δ連接Δ-Δ連接是指變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)繞組都采用三角形連接的方式。44.Δ-Y連接Δ-Y連接是指變壓器的一次側(cè)繞組采用三角形連接，二次側(cè)繞組采用星形連接的方式。變壓器的外部特性電壓調(diào)節(jié)特性電壓調(diào)節(jié)特性是指變壓器輸出電壓隨負載電流變化的關(guān)系效率特性效率特性是指變壓器輸出功率與輸入功率之比無功功率特性無功功率特性是指變壓器吸收或釋放的無功功率短路特性短路特性是指變壓器發(fā)生短路故障時的短路電流和短路容量變壓器的內(nèi)部特性變壓器的內(nèi)部特性是指變壓器內(nèi)部各元件之間相互作用的特性。它與變壓器的結(jié)構(gòu)、材料和工作條件等因素有關(guān)。變壓器的內(nèi)部特性主要包括勵磁特性、負載特性、溫升特性、效率等。這些特性反映了變壓器在不同工作條件下的運行性能。變壓器的調(diào)壓裝置概述調(diào)壓裝置是指用來調(diào)節(jié)輸出電壓的設(shè)備。調(diào)壓裝置通常用于電壓波動較大的電力系統(tǒng)中，可以保證負載獲得穩(wěn)定的電壓。類型常見的調(diào)壓裝置有無勵磁調(diào)壓器、有勵磁調(diào)壓器、磁控調(diào)壓器等。這些調(diào)壓裝置的工作原理不同，適應(yīng)的場合也不同。作用調(diào)壓裝置可以有效地提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，降低電力損耗，提高設(shè)備運行效率，延長設(shè)備使用壽命。應(yīng)用調(diào)壓裝置被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，例如發(fā)電廠、變電站、工業(yè)企業(yè)等。變壓器的冷卻方式自然冷卻自然冷卻利用空氣對流散熱。適用于小型變壓器或低負載運行的變壓器。強制風(fēng)冷使用風(fēng)機強制空氣流動，提高散熱效率。適用于中等容量的變壓器。油浸風(fēng)冷變壓器浸泡在油中，利用油循環(huán)帶走熱量，并通過風(fēng)機輔助散熱。適用于大型變壓器。水冷利用水循環(huán)帶走熱量，適用于超大型變壓器或需要快速散熱的場合。變壓器的絕緣系統(tǒng)絕緣材料絕緣材料確保電力設(shè)備的正常運行，防止電流泄漏，避免短路和觸電事故。絕緣結(jié)構(gòu)變壓器采用多層絕緣結(jié)構(gòu)，包括繞組絕緣、導(dǎo)線絕緣、油紙絕緣等，以確保安全運行。絕緣等級絕緣等級是變壓器抵抗電壓的能力，根據(jù)電壓等級和環(huán)境條件選擇相應(yīng)的絕緣等級。變壓器的保護裝置1過電流保護過電流保護可以防止變壓器由于過載或短路導(dǎo)致的電流過大而損壞。2過電壓保護過電壓保護可以防止變壓器由于雷擊或其他原因?qū)е碌碾妷哼^高而損壞。3接地故障保護接地故障保護可以防止變壓器由于繞組絕緣損壞而導(dǎo)致的接地故障。4溫度保護溫度保護可以防止變壓器由于過熱而損壞。變壓器的維護和檢修1定期檢查巡視、監(jiān)測、測試、記錄2清潔保養(yǎng)清除污垢、保持通風(fēng)3故障處理及時排除故障、確保安全運行4預(yù)防性維修更換零部件、延長使用壽命變壓器維護檢修是保障其安全可靠運行的關(guān)鍵。定期檢查、清潔保養(yǎng)、故障處理以及預(yù)防性維修等措施可以有效延長變壓器的使用壽命，降低故障率，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。變壓器的故障診斷定期檢查變壓器應(yīng)定期檢查，以確保其正常運行。檢查項目包括絕緣、溫度、油位、壓力等。故障分析如果發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)進行故障分析，確定故障原因和范圍。分析方法包括現(xiàn)場檢查、測試、數(shù)據(jù)分析等。故障排除根據(jù)故障分析結(jié)果，采取相應(yīng)的措施排除故障。故障排除方法包括更換部件、維修、調(diào)整等。預(yù)防措施采取預(yù)防措施，防止故障發(fā)生。預(yù)防措施包括定期維護、加強巡視、改善運行環(huán)境等。變壓器的狀態(tài)監(jiān)測變壓器狀態(tài)監(jiān)測是確保設(shè)備安全可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可有效預(yù)防故障，延長變壓器使用壽命。監(jiān)測方法包括：在線監(jiān)測、離線監(jiān)測、定期巡檢。在線監(jiān)測通過傳感器實時采集數(shù)據(jù)，例如溫度、電流、電壓、油位等，并分析數(shù)據(jù)異常，及時預(yù)警。離線監(jiān)測通常在設(shè)備停運期間進行，例如油質(zhì)分析、絕緣強度測試等，以評估變壓器健康狀況。定期巡檢通過人工檢查，觀察設(shè)備外觀、運行狀態(tài)、聲響、氣味等，及時發(fā)現(xiàn)異常。變壓器的狀態(tài)評估狀態(tài)評估是通過對變壓器運行數(shù)據(jù)的分析，評估變壓器當前狀態(tài)，預(yù)測未來運行趨勢，并制定相應(yīng)的維護策略，以確保變壓器的安全可靠運行。指標評估方法溫升在線監(jiān)測，歷史數(shù)據(jù)分析絕緣強度絕緣電阻測試，介質(zhì)損耗因子測試油中溶解氣體在線監(jiān)測，氣體分析振動在線監(jiān)測，振動信號分析變壓器的壽命評估變壓器壽命評估是電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過評估變壓器的壽命，可以預(yù)測變壓器剩余使用年限，及時制定檢修方案，避免因變壓器故障導(dǎo)致停電事故。10-20年變壓器設(shè)計壽命一般為10-20年。50年變壓器在正常維護下，可以運行50年以上。80%變壓器壽命評估可以提高變壓器利用率，達到80%以上。30年評估結(jié)果可以幫助電力公司提前制定變壓器更新計劃，避免因突發(fā)故障