《城市軌道交通牽引變電所運(yùn)行與維護(hù)》 課件 02-3 主變壓器

項(xiàng)目二城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備《地鐵變配電所運(yùn)行與維護(hù)》任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備第三節(jié)、油浸式變壓器一、變壓器基本介紹主變電所中將110kV外部電源降壓為城市軌道交通牽引降壓變電所所需要的35kV電壓，需經(jīng)過主變壓器實(shí)現(xiàn)降壓。（一）變壓器的工作原理

電生磁，磁生電。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（二）變壓器的分類（1）按用途分為：升壓變壓器、降壓變壓器。（2）按相數(shù)分為：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器。?）按繞組分為：?jiǎn)卫@組變壓器(為兩級(jí)電壓的自耦變壓器)、雙繞組變壓器、三繞組變壓器。（4）按繞組材料分為：銅線變壓器、鋁線變壓器。（5）按調(diào)壓方式分為：無載調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（6）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分為：①油浸式變壓器。冷卻方式一般為油浸自冷（ONAN）、油浸風(fēng)冷（ONAF）、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻（ODAF）。此外，大型變壓器還有采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻等。②干式變壓器。繞組置于氣體中（空氣或F6氣體），或是澆注環(huán)氧樹脂絕緣。它們大多在部分配電網(wǎng)內(nèi)用作配電變壓器。目前最高電壓為35kV級(jí)。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（三）變壓器作用（1）電能的經(jīng)濟(jì)傳輸：為了降低輸電過程中的電能損耗，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近采用高電壓或超高電壓輸電。（2）聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)：為了提高電力系統(tǒng)的容量及供電的穩(wěn)定性，通常電力系統(tǒng)中可能包含幾個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)，而這幾個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)可能電壓不同，使用聯(lián)絡(luò)變壓器聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)。（3）其他作用：如用于防止高壓竄入低壓設(shè)備的隔離變壓器，用于為無中性點(diǎn)的電力系統(tǒng)提供接地中性點(diǎn)的接地變壓器，與整流器配合實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的整流變壓器等。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（四）變壓器基本參數(shù)1、額定容量(SN)額定容量是制造廠所規(guī)定的在額定工作狀態(tài)(即在額定電壓、額定頻率、額定使用條件下的工作狀態(tài))下變壓器輸出的視在功率的保證值，以SN表示。額定容量通常是指高壓繞組的容量。單位：VA；KVA；MVA。2、額定電壓(UN)變壓器的額定電壓就是各繞組的額定電壓,是指額定施加的或空載時(shí)產(chǎn)生的電壓。一次額定電壓是指接到變壓器一次繞組端點(diǎn)的額定電壓值；二次額定電壓是指當(dāng)一次繞組所接的電壓為額定值、分接開關(guān)放在額定分觸頭位置上，變壓器空載時(shí)二次繞組的電壓，單位用伏(V)或千伏(kV)。三相變壓器的額定電壓指線電壓。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備3、額定電流I1N/I2N

根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件規(guī)定的滿載電流值。單位：A三相變壓器的額定電流是指線電流。4、阻抗電壓(短路阻抗)阻抗電壓也稱短路電壓產(chǎn)生的電壓損耗(百分值)。

什么是阻抗電壓？如何用試驗(yàn)求??？任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備5、空載電流（I0）變壓器一次側(cè)施加(額定頻率的)額定電壓，二次側(cè)開路（空載），這時(shí)一次繞組中通過的電流稱空載電流?？蛰d電流可看成勵(lì)磁電流。

變壓器容量、磁路結(jié)構(gòu)和硅鋼片的質(zhì)量，是決定空載電流的主要因素。6、空載損耗(P0)空載電流的有功分量I0a

為損耗電流，由電源所汲取的有功功率稱為空載損耗P0，忽略空載運(yùn)行狀態(tài)下的繞組損耗時(shí)又稱鐵損。空載損耗主要由鐵芯材質(zhì)的單位損耗決定。7、短路損耗（略）8、負(fù)載損耗

變壓器帶額定負(fù)載時(shí)，變壓器繞組和鐵芯中產(chǎn)生的總的損耗。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備9、聯(lián)結(jié)組別：變壓器一次和二次繞組的連接方式。Y：高壓側(cè)為星形連接D：高壓側(cè)為三角形連接y：低壓側(cè)為星形連接d：低壓側(cè)為三角形連接N：高壓側(cè)為星形連接時(shí)的中性線n：低壓側(cè)為星形連接時(shí)的中性線

例：Y，yn0聯(lián)接組

任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備10、溫升溫升：介質(zhì)對(duì)其周圍介質(zhì)的溫度差（又稱溫差）。油浸式變壓器在運(yùn)行的過程中，由于有鐵耗與銅耗的存在，這些損耗都將轉(zhuǎn)換成熱能而向外發(fā)散，從而引起變壓器不斷發(fā)熱和溫度升高。溫度上升，繞組絕緣電阻會(huì)降低。11、絕緣水平變壓器繞組的絕緣分主絕緣和縱絕緣兩種。主絕緣是指繞組與鐵芯、油箱等接地部分之間的絕緣，高、低繞組之間的絕緣以及各相繞組之間的繞組的絕緣?？v絕緣是指繞組匝間絕緣和層間絕緣。（全絕緣、半絕緣）12、變壓器試驗(yàn)變壓器試驗(yàn)分為出廠試驗(yàn)、例行試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)三種。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備12、勵(lì)磁涌流現(xiàn)象當(dāng)合上斷路器給變壓器充電時(shí)，有時(shí)可以看到變壓器電流表的指針擺動(dòng)很大，然后很快返回到正常的空載電流值，這一沖擊電流通常被稱為勵(lì)磁涌流，其特點(diǎn)如下:（1）勵(lì)磁涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量（主要是二次和三次諧波）。

（2）勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。

（3）一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。

（4）勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，最大可達(dá)額定電流的8~10倍。當(dāng)整定一臺(tái)斷路器控制一臺(tái)變壓器時(shí)，其速斷值可按變壓器勵(lì)磁電流來整定。勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器并無危險(xiǎn)，因?yàn)檫@個(gè)沖擊電流存在的時(shí)間很短。多次連續(xù)合閘充電對(duì)變壓器有一定損害，有時(shí)勵(lì)磁涌流有可能引起變壓器對(duì)應(yīng)開關(guān)柜的動(dòng)作跳閘。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備二、油浸式變壓器（一）油浸式主變壓器介紹1、型號(hào)例如：某主變壓器的型號(hào)為SZ11-40000/110

三相有載調(diào)壓額定容量為40MV·A（40000kVA）高壓繞組額定電壓等級(jí)為110kV任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備2、技術(shù)參數(shù)任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備3、接地方式主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)采用間隙按地：主變壓器低壓側(cè)采用小電阻接地（通過接地變壓器高壓側(cè)Z形接線中性點(diǎn)，經(jīng)過小電阻接地）。4、運(yùn)行方式（1）正常運(yùn)行：兩臺(tái)主變壓器分列運(yùn)行，負(fù)責(zé)各自供電分區(qū)的牽引和動(dòng)力照明負(fù)荷，如圖所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）一臺(tái)主變壓器退出運(yùn)行：合上該站交流35kV側(cè)母聯(lián)斷路器，由另一臺(tái)主變壓器負(fù)責(zé)該站供電分區(qū)的所有牽引及動(dòng)力照明一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷,如圖所示。當(dāng)一個(gè)主變電所解列，自動(dòng)切除全線三級(jí)負(fù)荷，合上中壓環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)，由另一座主變電所擔(dān)負(fù)全線牽引及動(dòng)力照明一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備5、油沒式主變壓器結(jié)構(gòu)油浸式主變壓器結(jié)構(gòu)如圖所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備油浸式主變壓器結(jié)構(gòu)示意如圖所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（1）鐵芯

鐵芯是變壓器的磁路部分，如圖所示。它是用導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊放組成的閉合磁路，變壓器的原、副線圈都繞在鐵芯上。除了硅鋼片外，現(xiàn)在還有采用非晶合金材料的變壓器鐵芯，它的損耗更低。

鐵芯有兩個(gè)作用：一是鐵芯的磁導(dǎo)體構(gòu)成了變壓器的磁路，它把一次電路的電能轉(zhuǎn)為磁能，又由自己的磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔?，因此，它是能量轉(zhuǎn)換的媒介。二是鐵芯的夾緊裝置上面套有線圈，支持著引線，幾乎安裝了變壓器內(nèi)部的所有部件。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）繞組

繞組是變壓器的電路部分，套裝在器身上，如圖所示。變壓器有原線圈和副線圈，它們是用銅線或鋁線繞成。很多時(shí)候，它們也被稱作高壓線圈、低壓線圈。通常是按原理或按規(guī)定的連接方法連接起來。

線圈的主要作用是：一次線圈將系統(tǒng)的電能引進(jìn)變壓器中，二次線圈將電能傳輸出去。因此，線圈是傳輸和轉(zhuǎn)換電能的主要部件。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（3）引線引線是將外部的電能輸入變壓器，又將傳輸?shù)碾娔茌敵鲎儔浩?。引線主要作用是在線圈與套管、開關(guān)之間建立電的聯(lián)系，如圖所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（4）油箱油箱是變壓器器身的外殼，具有容納器身、充注變壓器油及散熱冷卻的作用，如圖所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（5）儲(chǔ)油柜（油枕）變壓器油箱內(nèi)部，變壓器油隨著溫度變化，其體積發(fā)生變化。儲(chǔ)油柜是調(diào)節(jié)變壓器油箱內(nèi)部油量的一個(gè)儲(chǔ)油的罐體。它一方面起到連通器的作用，保證變壓器中處處有變壓器油；另一方面，在膠囊或膨脹節(jié)的作用下，保證變壓器油不與空氣的接觸，減緩變壓器老化。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（6）冷卻裝置冷卻裝置是將變壓器運(yùn)行中由損耗產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，以保證變壓器安全運(yùn)行。冷卻器（圖b）將散熱管和冷卻風(fēng)扇結(jié)合在一起。主變壓器采用的冷卻裝置為片式散熱器（圖a），其使用條件為：環(huán)境溫度-50-45℃，變壓器油溫120℃。主變電所采用的散熱器端子箱，適用于大型變壓器吹風(fēng)自冷系統(tǒng)，與片式散熱器配合使用。端子箱具有良好的接地系統(tǒng)，主接地點(diǎn)焊接在柜體下方，與箱門、安裝板用搪錫銅排編織帶軟連接，構(gòu)成一個(gè)完整的接地保護(hù)電路，大大加強(qiáng)了其防觸電能力。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（7）分接開關(guān)為了穩(wěn)定負(fù)荷中心電壓，需對(duì)變壓器進(jìn)行電壓調(diào)整。調(diào)壓方式有無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓（無載調(diào)壓和有載調(diào)壓）兩種。無載調(diào)壓時(shí)，變壓器高、低壓側(cè)都要與電網(wǎng)斷開，在變壓器無勵(lì)磁情況下變換繞組的分接頭；有載調(diào)壓時(shí)，變壓器是在不中斷負(fù)載的情況下，變換繞組的分接頭。有載分接開關(guān)的工作原理，是在變壓器繞組中引出若干分接頭后，通過它在不中斷負(fù)載電流的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以改變有效匝數(shù)，即改變其電壓比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。運(yùn)行中的變壓器，其分接開關(guān)的導(dǎo)電部分應(yīng)接觸良好，否則，會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，甚至燒毀整個(gè)變壓器。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（8）氣體繼電器（瓦斯繼電器）氣體繼電器安裝在變壓器箱蓋與儲(chǔ)油柜的連管上，作為變壓器內(nèi)部故障的主要安全保護(hù)裝置。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障產(chǎn)生氣體或油流時(shí)，接通信號(hào)或跳閘回路，使有關(guān)裝置發(fā)出信號(hào)或使變壓器從電網(wǎng)中切除。另外，當(dāng)油箱漏油且油面降低到氣體繼電器處時(shí)，氣體繼電器也會(huì)接通信號(hào)回路，發(fā)出信號(hào)。當(dāng)如下情況發(fā)生時(shí),氣體繼電器中開關(guān)系統(tǒng)開始啟動(dòng)：①由于弱能的分量放電、滲漏故障、局部過熱或空氣等原因，造成通向監(jiān)控保護(hù)設(shè)備逐漸形成無法分解的氣體時(shí)。②在系統(tǒng)中有泄漏情況,造成絕緣液體流失時(shí)。③由于強(qiáng)能的弧光放電瞬間生成大量分解氣體,造成一個(gè)壓力沖擊時(shí)。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（9）溫度計(jì)按測(cè)量溫度的部位不同，油溫度計(jì)分為測(cè)量上層油溫的油面溫度計(jì)和測(cè)量繞組溫度的繞組溫度計(jì)。油面溫度計(jì)直接測(cè)量變壓器上層油溫。繞組溫度計(jì)，可以通過電流互感器，間接測(cè)量變壓器繞組溫度。主變電所常采用AKM34系列油溫度指示控制器，其是專為油浸式變壓器而設(shè)計(jì)的，用于測(cè)量變壓器油面溫度的一種專用儀表。它由彈性波紋管、毛細(xì)管和溫包組成的一個(gè)全密封系統(tǒng)。利用這密閉系統(tǒng)內(nèi)部所充的感溫介質(zhì)受溫度變化而產(chǎn)生的壓力變化，使彈性波紋管端部產(chǎn)生角位移來帶動(dòng)指針，指示被測(cè)溫度值。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（10）油位計(jì)油位計(jì)通常應(yīng)用于變壓器的儲(chǔ)油柜上，此磁耦合式油位計(jì)殼體為強(qiáng)水密性的鋁合金材質(zhì)，表面噴涂耐腐蝕性涂層，它能夠?qū)?chǔ)油柜內(nèi)油位的變化提供可視的報(bào)警信號(hào)。內(nèi)部浮球連桿通過油位計(jì)磁耦合方式與外表盤同步在120°角度內(nèi)聯(lián)動(dòng),按此聯(lián)動(dòng)方式，液位的任何變化將通過磁體的耦合轉(zhuǎn)動(dòng)引起油位計(jì)表盤的同步指示。油位計(jì)外表盤采用紅白兩色進(jìn)行標(biāo)識(shí)。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（11）吸濕器(也稱呼吸器)吸濕器是一種內(nèi)部灌裝顏色可變化顯示的氧化硅（硅膠）所組裝而成的透明設(shè)備。變壓器內(nèi)部大量油的熱收縮導(dǎo)致其從外界吸入空氣，空氣將從所配置的吸濕器裝置吸入。吸濕器內(nèi)的硅膠可以吸收進(jìn)入變壓器內(nèi)空氣中的水分，以防止變壓器油受潮。吸濕器內(nèi)的硅膠變色過程：橙色→粉紅色→綠色(當(dāng)顏色變化≥2/3時(shí)，需更換或干燥)?？次鼭衿鳈z修視頻任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備(12)壓力釋放閥（防爆門）在變壓器發(fā)生故障時(shí)，箱內(nèi)的壓力超過壓力釋放閥彈簧的壓力時(shí)，變壓器油可在閥內(nèi)噴出，從而起到釋放油箱內(nèi)超常壓力，保護(hù)油箱的作用。當(dāng)油箱內(nèi)的壓力迅速釋放后，內(nèi)部壓力降低，金屬膜盤在彈簧作用下復(fù)位，并重新密封油箱。壓力釋放閥在動(dòng)作時(shí)，可發(fā)生動(dòng)作信號(hào)。某主變壓器采用的是T形壓力釋放閥。T形系列壓力釋放閥主要適用于油箱內(nèi)的壓力控制，應(yīng)用于意外事故下瞬時(shí)不可控制的壓力增量。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（13）變壓器油變壓器油是石油的一種分餾產(chǎn)物，它的主要成分是烷烴、環(huán)烷族飽和烴、芳香族不飽和烴等化合物。有10號(hào)、25號(hào)、45號(hào)幾種。

變壓器油的主要作用:①變壓器油在變壓器運(yùn)行時(shí)起散熱冷卻作用。②變壓器油起絕緣作用。③變壓器油在有載開關(guān)內(nèi)部，還能起消弧作用。對(duì)變壓器油的取樣分析，有助于判斷變壓器的健康狀況。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（14）套管套管將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱的外部，它不僅作為引線對(duì)地的絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。主變壓器采用充油法蘭式低局放變壓器套管，作為變壓器低壓側(cè)引導(dǎo)高壓電線，穿過變壓器箱殼及對(duì)殼體和地絕緣之用。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（二）主變壓器保護(hù)配置城市軌道交通主變壓器保護(hù)柜一般采用計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)裝置、計(jì)算機(jī)變壓器非電量保護(hù)裝置和計(jì)算機(jī)變壓器后備保護(hù)裝置。下面各以其中某種型號(hào)的保護(hù)裝置說明其原理。1、WBH-B12A計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)裝置

（1）應(yīng)用范圍WBH-812計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)裝置適用于110kV電壓等級(jí)各種接線方式的變壓器。

WBH-812裝置實(shí)現(xiàn)變壓器的差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)采用二次電流自動(dòng)調(diào)整相位的方法，并提供了可靠的勵(lì)磁涌流判據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)四側(cè)差動(dòng)。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備(2)差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)介差動(dòng)保護(hù)為變壓器的主保護(hù)之一，用來反映變壓器繞組的相間短路故障、繞組的匝間短路故障引出線的接地故障。差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)包括構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器之間所包圍的部分，包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。差動(dòng)保護(hù)是按比較各側(cè)電流大小和相位而構(gòu)成的一種保護(hù)。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備2、WBH-819A計(jì)算機(jī)變壓器非電量保護(hù)裝置WBII-819A計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)裝置適用于110kV電壓等級(jí)的變壓器。WBH-819A計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)裝置完成變壓器非電量保護(hù)，需要延時(shí)的非電量不需要外加延時(shí)繼電器，由CPU延時(shí)。

非電量保護(hù)配置見下表。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備有載調(diào)壓任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備3、WBH-818A計(jì)算機(jī)變壓器后備保護(hù)裝置（1）應(yīng)用范圍WBH-818A計(jì)算機(jī)型變壓器保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)變壓器的一側(cè)后備保護(hù)功能，適用于110kV及其以下電壓等級(jí)各種接線方式的變壓器。主變壓器包含高后備保護(hù)和低后備保護(hù)。（2）保護(hù)配置高壓側(cè)保護(hù)配置見下表、，整定值可根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（三）主變壓器的運(yùn)行與故障類型1、運(yùn)行中檢查（1）檢查變壓器上層油溫是否超過允許范圍。如油溫突然增高，則應(yīng)檢查冷卻裝置是否正常，油循環(huán)是否破壞等，以判斷變壓器內(nèi)部是否有故障。（2）檢查油質(zhì)。正常時(shí)應(yīng)為透明，微帶黃色。（3）變壓器聲音是否正常。正常運(yùn)行時(shí)有均勻的“嗡嗡”電磁聲；如聲音有所改變，應(yīng)細(xì)心檢查。（4）檢查套管是否清潔，有無裂紋和放電痕跡，冷卻裝置應(yīng)正常，工作、