電力變壓器基礎(chǔ)知識(shí)

1、電力變壓器基礎(chǔ)知識(shí),2008年9月,一、前 言,變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，屬于一種旋轉(zhuǎn)速度為零的電機(jī)。電力變壓器在系統(tǒng)中工作時(shí)，可將電能由它的一次側(cè)經(jīng)電磁能量的轉(zhuǎn)換傳輸?shù)蕉蝹?cè)，同時(shí)根據(jù)輸配電的需要將電壓升高或降低。故它在電能的生產(chǎn)輸送和分配使用的全過(guò)程中，作用十分重要。整個(gè)電力系統(tǒng)中，變壓器的容量通常約為發(fā)電機(jī)容量的3倍以上。,二、電力變壓器分類及工作原理,（一）電力變壓器的分類 根據(jù)電力變壓器的用途和結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)可分如下幾類： （1）按用途分有：升壓變壓器（使電力從低壓升為高壓，然后經(jīng)輸電 線路向遠(yuǎn)方輸送）；降壓變壓器（使電力從高壓降為低壓，再由 配電線路對(duì)近處或較近處負(fù)荷供電）。 （2）

2、按相數(shù)分有：?jiǎn)蜗嘧儔浩?；三相變壓器?（3）按繞組分有：?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）按繞組材料分有：銅線變壓器；鋁線變壓器。 （5）按調(diào)壓方式分有：無(wú)載調(diào)壓變壓器；有載調(diào)壓變壓器。 （6）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分有： a）油浸式變壓器。冷卻方式一般為自然冷卻，風(fēng)冷卻（在散熱器 上安裝風(fēng)扇），強(qiáng)迫風(fēng)冷卻（在前者基礎(chǔ)上還裝有潛油泵，以促進(jìn) 油循環(huán)）。此外，大型變壓器還有采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油 循環(huán)水冷卻等。 b）干式變壓器。繞組置于氣體中（空氣或六氟化硫氣體），或是澆注環(huán) 氧樹(shù)脂絕緣。它們大多在部分配電網(wǎng)內(nèi)用作配電變壓器。目前已可制造到 35K

3、V級(jí)，其應(yīng)用前景很廣。,（二）變壓器的工作原理 變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的。變壓器本體主要由繞組和鐵心組成。工作時(shí)，繞組是“電”的通路，而鐵心則是“磁”的通路，且起繞組骨架的作用。一次側(cè)輸入電能后，因其交變故在鐵心內(nèi)產(chǎn)生了交變的磁場(chǎng)（即由電能變成磁場(chǎng)）；由于匝鏈（穿透），二次繞組的磁力線在不斷地交替變化，所以感應(yīng)出二次電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)外電路溝通時(shí)，則產(chǎn)生了感生電流，向外輸出電能（即由磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)變成電能）。這種“電磁電”的轉(zhuǎn)換過(guò)程是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的，這種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程也就是變壓器的工作過(guò)程。,三、變壓器結(jié)構(gòu)與器身構(gòu)造,變壓器,（一）主變的主要組成部分及其作用 1、鐵芯：變壓器的磁路

4、部分。鐵芯是用導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊放組 成的閉合磁路，變壓器的原線圈和副線圈都繞在鐵芯上。 2、繞組：變壓器的電路部分。變壓器有原線圈和副線圈，它們是用銅 線或鋁線繞成圓筒形的多層線圈，繞在鐵芯柱上，導(dǎo)線外邊 采用紙絕緣或紗包絕緣等。 3、套管：支持引出線之間及與變壓器箱體絕緣。 110kV及以上套管采用全密封 油浸紙絕緣電容式套管，套管自身密封不與變壓器本體相同，并充有 變壓器油，下部裝設(shè)CT以供測(cè)量和保護(hù)用。,4、油枕：油枕保證油箱內(nèi)充滿油，使變壓器縮少與空氣的接觸面，減少油的劣 化速度；變壓器油溫隨著負(fù)載和環(huán)境溫度的變化而變化，當(dāng)油的體積 隨著溫度膨脹或縮少時(shí)，油枕起儲(chǔ)油及補(bǔ)油作用；在

5、油枕的側(cè)面裝有 監(jiān)視油位的油位計(jì)（玻璃式、連桿式、鐵磁式）。油枕內(nèi)放置氣囊， 與呼吸器配合調(diào)節(jié)油位變化。 5、油箱：承載鐵芯和線圈、變壓器油。 6、變壓器油：絕緣及冷卻 。 7、調(diào)壓裝置：調(diào)整電壓比。 a、有載調(diào)壓：變壓器帶負(fù)載狀態(tài)下切換分接頭位置 ； b、無(wú)載調(diào)壓：變壓器調(diào)壓時(shí)不帶任何負(fù)載，且與電網(wǎng)斷開(kāi)，在無(wú)勵(lì)磁情況 下變換繞組分接頭。,8、凈油器：改善運(yùn)行中絕緣油特性，防止絕緣油繼續(xù)老化（多應(yīng)用于有載調(diào)壓 油箱）。凈油器內(nèi)裝吸附硅膠，吸收油中的水份及氧化物，使油保 持潔凈，延長(zhǎng)油的使用年限，改善油的電氣化學(xué)性能。 9、冷卻器：當(dāng)變壓器上層油溫與下部油溫產(chǎn)生溫差時(shí)，通過(guò)散熱器形成油的對(duì) 流，

6、經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。 10、呼吸器：當(dāng)油枕內(nèi)的空氣隨變壓器油的體積膨脹或縮少時(shí)，排出或吸入的 空氣都經(jīng)呼吸器，呼吸器內(nèi)的干燥劑吸收空氣中的水份，對(duì)空氣起 過(guò)濾作用，從而保證油的清潔。呼吸器內(nèi)的硅膠變色過(guò)程： 藍(lán)色淡紫色淡粉紅（2/3時(shí)需更換）。,11、瓦斯繼電器：變壓器的保護(hù)裝置，裝在變壓器油箱至油枕的連接管上。 a、輕瓦斯：通過(guò)檢測(cè)瓦斯繼電器中積聚氣體達(dá)到一定量時(shí)動(dòng)作。 b、重瓦斯：通過(guò)檢測(cè)油流速度達(dá)到一定值時(shí)動(dòng)作。 12、防爆閥：當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，溫度升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣 體，使油箱內(nèi)壓力劇增，當(dāng)壓力達(dá)到防爆閥動(dòng)作值時(shí)，防爆閥打 開(kāi)，油及氣體油閥門

7、噴出，防止變壓器的油箱爆炸或變形。,（二）絕緣 1、絕緣等級(jí)：絕緣材料按其耐熱程度可分為7個(gè)等級(jí)，它們的最高允許溫度也各不相同。 各級(jí)絕緣材料通常有： Y級(jí)絕緣材料：棉紗、天然絲、再生纖維素為基礎(chǔ)的紗織品，纖維素的 紙、紙板、木質(zhì)板等。 A級(jí)絕緣材料：經(jīng)耐溫達(dá) 的液體絕緣材料浸漬過(guò)的棉紗、天然絲、再生 纖維素等制成的紡織品、浸漬過(guò)的紙、紙板、木質(zhì)板等。 E級(jí)絕緣材料：聚脂薄膜及其纖維等。 B級(jí)絕緣材料：以云母片和粉云母紙為基礎(chǔ)的材料。 F級(jí)絕緣材料：玻璃絲和石棉及以其為基礎(chǔ)的層壓制品。 H級(jí)絕緣材料：玻璃絲布和玻璃漆管浸以耐熱 的有機(jī)硅漆。 C級(jí)絕緣材料：玻璃、電瓷、石英等。,2、絕緣結(jié)構(gòu) 變

8、壓器的絕緣分為外絕緣和內(nèi)絕緣兩種：外絕緣指的是油箱外部的絕緣，主要是一次、二次繞組引出線的瓷套管，它構(gòu)成了相與相之間和相對(duì)地的絕緣；內(nèi)絕緣指的是油箱內(nèi)部的絕緣，主要是繞組絕緣和內(nèi)部引線的絕緣以及分接開(kāi)關(guān)的絕緣等 。 繞組絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣兩種。主絕緣指的是繞組與繞組之間、繞組與鐵心及油箱之間的絕緣；縱絕緣指的是同一繞組匝間以及層間的絕緣。,1、高壓繞組間絕緣、繞組對(duì)地（鐵心、油箱）絕緣； 2、各相間的絕緣； 3、引出線對(duì)地和其它繞組的絕緣； 4、分接開(kāi)關(guān)對(duì)地和其它繞組的絕緣。,1、同一繞組中的不同點(diǎn)，如線餅間、層間、線匝間的絕緣； 2、同一繞組的各引出線間的絕緣； 3、分接開(kāi)關(guān)各部分的

9、絕緣。,三、變壓器銘牌及技術(shù)參數(shù),（一）變壓器的型號(hào) 變壓器的型號(hào)分兩部分，前部分由漢語(yǔ)拼音字母組成，代表變壓器的類別、結(jié)構(gòu)特征和用途，后一部分由數(shù)字組成，表示產(chǎn)品的容量（KVA）和高壓繞組電壓（KV）等級(jí)。 漢語(yǔ)拼音字母含義如下： 第1部分表示相數(shù)。 D單相（或強(qiáng)迫導(dǎo)向）；S三相 第2部分表示冷卻方式。 J油浸自冷；F油浸風(fēng)冷； FP強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷； SP強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。 第3部分表示電壓級(jí)數(shù)。 S三級(jí)電壓；無(wú)S表示兩級(jí)電壓 其他：O全絕緣；L鋁線圈或防雷；O自耦（在首位時(shí)表示降壓自耦，在末位時(shí)表示升壓自耦）；Z有載調(diào)壓； TH濕熱帶（防護(hù)類型代號(hào)）；TA干熱帶（防護(hù)類型代號(hào)）,（二）額定容

10、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；當(dāng)變壓器容量因冷卻方式而變更時(shí)，則額定容量是指它的最大容量。 （三）額定電流（I1、I2） 變壓器一、二次額定電流是指在額定電壓和額定環(huán)境溫度下使變壓器各部分不超溫的一、二次繞組長(zhǎng)期允許通過(guò)的線電流，單位以A表示。,（四）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U1N 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U2N是指當(dāng)一次繞組所接的電壓為額定

11、值、分接開(kāi)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（單位為V或KV）。三相變壓器的額定電壓指的均是線電壓。 一般情況下在高壓繞組上抽出適當(dāng)?shù)姆纸宇^，因?yàn)楦邏豪@組或其單獨(dú)調(diào)壓繞組常常套在最外面，引出分接頭方便；其次是高壓側(cè)電流小，引出分接引線和分接開(kāi)關(guān)的載流部分截面小，分接開(kāi)關(guān)接觸部分容易解決。,（五）阻抗電壓（短路阻抗） 阻抗電壓也稱短路電壓（Uz%），它表示變壓器通過(guò)額定電流時(shí)在變壓器自身阻抗上所產(chǎn)生的電壓損耗（百分值）。 用試驗(yàn)求取的方法為：將變壓器二次側(cè)短路，在一次側(cè)逐漸施加電壓，當(dāng)二次繞阻通過(guò)額定電流時(shí)，一次繞阻施加的電壓Uz與額定電壓Un之比的百分?jǐn)?shù),即：Uz%=Uz/Un

12、100%。 正常運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓少一些較好，因?yàn)樽杩闺妷哼^(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的電壓降，而在變壓器發(fā)生短路時(shí)，阻抗電壓大一些較好，因可以限制短路電流，否則變壓器經(jīng)受不住短路電流沖擊。,（六）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)斷開(kāi)運(yùn)行時(shí)稱為空載運(yùn)行，這時(shí)一次繞組中通過(guò)的電流稱空載電流，它主要僅用于產(chǎn)生磁通，以形成平衡外施電壓的反電動(dòng)勢(shì)，因此空載電流可看成也就是勵(lì)磁電流。變壓器容量大小、磁路結(jié)構(gòu)和硅鋼片的質(zhì)量好壞，是決定空載電流的主要因素。 （七）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空載損耗P0 ?？蛰d損耗主要決定于鐵心材質(zhì)的單位損耗 。,（八）短路損耗（Pf） 短路損耗變壓器二次側(cè)短接、一次繞組通過(guò)額定電流時(shí)變壓器由電源所汲取的（亦即消耗的）功率（單位為W或KW）。 （九）連接組別