电工进网作业培训PPT第三章 变压器的工作原理与结构课件.ppt 41页

'电工进网许可考试培训第二章电力变压器1 主要内容第一节变压器的工作原理与结构第二节变压器运行第三节其他变压器第四节互感器2 引言变压器的分类：按用途分：电力变压器、特种变压器、仪用互感器。按冷却介质分：油浸式、干式。变压器：是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。电力系统中变压器的作用：升压：在远距离输送电能时，须将发电机的输出电压通过升压变压器将电压升高到几万伏或几十万伏，以降低输电线电流，从而减少输电线路上的能量损耗。降压：输电线路将高压电能输送到负荷区后，须将高电压降低，以适合于用电设备的使用。故在供电系统中需要大量的降压变压器，将输电线路输送的高压变换成不同等级的电压，以满足各类负荷的需要。连接系统：由多个电站联合组成电力系统时，要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。3 第一节变压器的工作原理与结构电力变压器的型号及技术参数变压器的工作原理变压器的结构4 n1n2闭合的铁芯：构成磁路绕组：电路一次绕组（原方）：与电源连接的一侧二次绕组（副方）：输出电能的一侧电源侧负荷侧接负载二次侧绕组有电能输出㈠电能的传输原理5 ㈡变换电压、电流的原理1.变换电压一次侧绕组感应电势：E1=4.44fN1Φm(2－1)二次侧绕组感应电势：E2=4.44fN2Φm(2－1)f：电源频率；N1：一次侧绕组匝数；N2：二次侧绕组匝数；Φm：铁芯中主磁通幅值。于是有：结论：变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比。忽略变压器一、二次侧的漏电抗和电阻：U1＝E1，U2＝E2。有：——变压器的变比。变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多一边电压高，匝数少的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。由此可见：6 2.变换电流忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即：U1I1＝U2I2（I1、I2分别为变压器一次、二次电流的有效值）由此可得出结论：变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。思考：变压器的电压高低、电流的大小与匝数多少的关系如何？7 二、变压器的结构高压套管分接开关低压套管气体继电器防爆管油枕（储油器）油表呼吸器（吸湿器）散热器铭牌油样活门放油阀门变压器油油箱净油器铁芯信号温度计绕组（线圈）活门放油阀8 (1)铁芯结构变压器的铁芯是磁路部分。铁轭：使整个磁路闭合。由于心式铁芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压器(如电炉变压器)中才采用壳式铁芯。常用的心式铁芯如图示。近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采用卷铁芯结构。铁芯类型：心式铁芯：铁轭靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面。壳式铁芯：铁轭不仅包围绕组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。铁芯柱：绕组套装在铁芯柱上铁轭铁轭铁芯柱铁芯柱铁芯柱9 (2)铁芯材料要求：导磁性能好、铁损小。故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。硅钢片：有冷轧硅钢片和热轧硅钢片两种。冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗，其性能优于热轧的，国产变压器均采用冷轧硅钢片。国产冷轧硅钢片的厚度为0.35mm、0.30mm、0.27mm等几种。片厚则涡流损耗大，片薄则叠片系数小，因为硅钢片的表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘。10 2．绕组：变压器的电路部分绕组一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种。对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯。对于交叠式绕组，为了减小绝缘距离，通常将低压绕组靠近铁轭。11 3．绝缘变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。12 作用：电压调整电压调整的目的：①给电力系统提供稳定的电压；②控制电力潮流或调节负载电流。调整电压的原理与方法：在变压器某一侧绕组上设置分接，改变变压器变比，进行有级调电压。这种绕组抽出分接以供调压的电路，称为调压电路；变换分接以进行调压所采用的开关，称为分接开关。一般情况下是在高压绕组上抽出适当的分接。这是因为高压绕组一则常套在外面。引出分接方便；二则高压侧电流小，分接引线和分接开关的载流部分截面小，开关接触触头也较容易制造。无励磁调压：变压器二次不带负载，一次也与电网断开(无电源励磁)。有载调压：带负载进行变换绕组分接的调压。调压方式：无励磁调压和有载调压。13 吊器身式油箱，其箱沿设在顶部，箱盖是平的。多用于6300kVA及以下的变压器，由于变压器容量小，所以重量轻，检修时易将器身吊起。5．油箱油箱的作用：储油，并作为油浸式变压器的外壳。油箱的结构形式：按变压器的大小分别吊器身式和吊箱壳式油箱两种。吊箱壳式油箱，箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形，故又称钟罩式油箱。检修时无需吊器身，只将上节箱身吊起即可。多用于8000kVA及以上的变压器。14 6．冷却装置根据变压器容量大小不同，采用不同的冷却装置。小容量变压器，绕组和铁芯所产生的热量经过变压器油与油箱内壁的接触，以及油箱外壁与外界冷空气的接触而自然地散热冷却，无须任何附加的冷却装置。若变压器容量稍大些，可以在油箱外壁上焊接散热管，以增大散热面积。冷却装置的作用：散热，以避免变压器由于过热造成事故。风冷：安装冷却风扇，以增强冷却效果。大容量变压器的冷却装置强迫油循环水冷却器或强迫油循环风冷却器：与风冷的区别在于循环油路中增设一台潜油泵，对油加压以增加冷却效果。两种强迫循环冷却器的主要差别为冷却介质不同，前者为水，后者为风。强迫油循环水冷却器或强迫油循环风冷却器适用于容量在50000kVA及以上的变压器。15 储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通。7．储油柜(油枕)当变压器的油温变化时，其体积会膨胀或收缩。储油柜的作用就是保证油箱内总是充满油，并减小油面与空气的接触面，从而减缓油的老化。16 位于变压器的顶盖上，其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出，保护变压器不受严重损害。8．安全气道(防爆管)为了使储油柜内上部的空气保持干燥，避免工业粉尘的污染，储油柜通过吸湿器与大气相通。吸湿器内装有用氯化钙或氯化钴浸渍过的硅胶，它能吸收空气中的水分。当它受潮到一定程度时，其颜色由蓝色变为粉红色。9．吸湿器位于储油柜与箱盖的联管之间。在变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器。10．气体继电器17 变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带电部分和绝缘部分组成。带电部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。绝缘部分分外绝缘和内绝缘。外绝缘为瓷管，内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。11．高、低压绝缘套管18 三、电力变压器的型号及技术参数变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件(套管、分接开关、电流互感器、冷却装置)的相应标准列出。1．型号变压器的技术参数一般都标在铭牌上。按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。需要标出的技术数据见表2—1。继续19 三、电力变压器的型号及技术参数变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件(套管、分接开关、电流互感器、冷却装置)的相应标准列出。1．型号变压器的技术参数一般都标在铭牌上。按照国家标准，铭牌上除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。需要标出的技术数据见表2—1。继续20 21 继续22 变压器的型号表示方法如下图示。思考题：SFZ－10000/110、S9－160/10、SC8－315/10、S11－M(R)－100/10各变压器型号表示什么意义？23 变压器分单相和三相两种，一般均制成三相变压器以直接满足输配电的要求。小型变压器有制成单相的，特大型变压器做成单相后，组成三相变压器组，以满足运输的要求。2．相数变压器的额定频率即是所设计的运行频率，我国为50Hz。3．额定频率额定电压是指变压器线电压(有效值)，它应与所连接的输变电线路电压相符合。我国输变电线路的电压等级(即线路终端电压)为0.38、(3、6)、10、35、(63)、110、220、330、500(kV)。故连接于线路终端的变压器(称为降压变压器)其一次侧额定电压与上列数值相同。考虑线路的电压降，线路始端(电源端)电压将高于等级电压，35kV以下的要高5％，35kV及以上的高10％，即线路始端电压为0.4、(3.15、6.3)、10.5、38.5、(69)、121、242、363、550(kV)。故连接于线路始端的变压器(即升压变压器)，其二次侧额定电压与上列数值相同。变压器产品系列是以高压的电压等级区分的，为10kV及以下，20kV、35kV、(66kV)、110kV系列和220kV系列等。4．额定电压24 在变压器铭牌所规定的额定状态下，变压器二次侧的输出能力(kVA)。对于三相变压器，额定容量是三相容量之和。变压器额定容量与绕组额定容量有所区别：双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量；多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定，其额定容量为最大的绕组额定容量；当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指最大的容量。变压器额定容量的大小与电压等级也是密切相关的。电压低、容量大时电流大，损耗增大；电压高、容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大。因此，电压低的容量必小，电压高的容量必大。5．额定容量25 6．额定电流变压器的额定电流为通过绕组线端的电流，即为线电流(有效值)。它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数(单相为1，三相为3)。单相变压器额定电流为：三相变压器额定电流为：D联接时，线电流＝绕组相电流。三相变压器绕组为Y联结时，线电流为绕组电流。26 变压器同侧绕组是按一定形式联接的。三相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，则可以联接成星形、三角形等。星形联接是各相线圈的一端接成一个公共点(中性点)，其接端子接到相应的线端上；三角形联接是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处接至相应的线端。星形、三角形、曲折形联接，对于高压绕组分别用符号Y、D、Z表示；对于中压和低压绕组分别用符号y、d、z表示。有中性点引出时则分别用符号YN、ZN和yn、zn表示。变压器按高压、中压和低压绕组联接的顺序组合起来就是绕组的联接组。例如：变压器按高压为D、低压为yn联接，则绕组联接组为Dyn(Dyn11)。7．绕组联接组标号27 变压器接在电网上运行时，变压器二次侧电压将由于种种原因发生变化，影响用电设备的正常运行。因此变压器应具备一定的调压能力。根据变压器的工作原理，当高、低压绕组的匝数比变化时，变压器二次侧电压也随之变动，采用改变变压器匝数比即可达到调压的目的。变压器调压方式通常分为无励磁调压和有载调压两种方式。当二次侧不带负载，一次侧又与电网断开时的调压为无励磁调压，在二次侧带负载下的调压为有载调压。8．调压范围28 当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流过的电流称空载电流I0，变压器空载合闸时有较大的冲击电流。9．空载电流当变压器二次侧短路，一次侧施加电压使其电流达到额定值，此时所施加的电压称为阻抗电压UZ，变压器从电源吸取的功率即为短路损耗。以阻抗电压以与额定电压UN之比的百分数表示。即10．阻抗电压和短路损耗29 变压器负载运行时，由于变压器内部的阻抗压降，二次电压将随负载电流和负载功率因数的改变而改变。电压调整率即说明变压器二次电压变化的程度大小，为衡量变压器供电质量的数据，其定义为：在给定负载功率因数下(一般取0.8)二次空载电压U2N和二次负载电压U2之差与二次额定电压U2N的比，即：11．电压调整率P33电压调整率是衡量变压器供电质量好坏的数据。30 变压器的效率η为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。通常中小型变压器的效率约为90％以上，大型变压器的效率在95％以上。12．效率(1)温升：对于空气冷却变压器是指测量部位的温度与冷却空气温度之差。对于水冷却变压器是指测量部位的温度与冷却器入口处水温之差。油浸式变压器绕组和顶层油温升限值：因为A级绝缘在98℃时产生的绝缘损坏为正常损坏，而保证变压器正常寿命的年平均气度是20℃，绕组最热点与其平均温度之差为13℃，所以绕组温升限值为98－20－13＝65K。油正常运行的最高温度为95℃，最高气温为40℃，所以顶层油温升限值为95－40=55K。13．温升和冷却方式(2)冷却方式变压器的冷却方式有多种，如干式自冷、油浸风冷等，各种方式适用于不同种类的变压器。31 第二节变压器运行变压器油及运行变压器允许运行方式变压器运行变压器运行巡视检查32 一、变压器允许运行方式33 1．允许温度与温升热源：绕组和铁芯产生的损耗变压器运行时各部件的温度一部分被变压器各部件吸收使之温度升高，另一部分则散发到转介质中。当散发的热量与产生的热量相等时，变压器各部件的温度达到稳定，不再升高。为了便于监视运行中变压器各部件的温度，规定以上层油温为允许温度。绕组温度最高铁芯次之变压器油温度最低34 A级绝缘材料：允许最高温度为105℃变压器的允许温度：主要决定于绕组的绝缘材料。当变压器绝缘材料的工作温度超过允许值时，其使用寿命将缩短。正常状态，为了使变压器油不致过速氧化，上层油温一般不超过85℃。强迫油循环的水冷或风冷变压器，其上层油温不宜经常超过75℃。A级绝缘材料：浸渍处理过的有机材料、如纸、棉纱、木材等变压器上层最高允许油温：35 变压器的温升温升：变压器的温度与周围环境温度的差称为。稳定温升大小与周围环境温度无关，它仅决定于变压器损耗与散热能力。所以，当变压器负载一定(即损耗不变)，而周围环境温度不同时，变压器的实际温度就不同。我国规定周围环境最高温度为40℃。P34稳定温升：变压器的温度达到稳定时的温升。A级绝缘的变压器，绕组的允许温升为65℃，而上层油温则为55℃（在周围环境最高温度为40℃时）。所以变压器运行时上层油温及其温升不超过允许值，即可保证变压器在规定的使用年限安全运行。36 2．变压器过负载能力定义：在不损害变压器绝缘和降低变压器使用寿命的前提下，变压器在较短时间内所能输出的最大容量。表示方法：一般以过负载倍数(变压器所能输出的最大容量与额定容量之比)表示。分类：变压器过负载能力可分为正常情况下的过负载能力和事故情况下的过负载能力。37 变压器在正常运行时，允许过负载是因为变压器在一昼夜内的负载有高峰、有低谷。低谷时，变压器运行的温度较低。此外，在一年不同季节环境温度也不同。所以变压器可以在绝缘及寿命不受影响的前提下。在高峰负载及冬季时可过负载运行。(1)变压器在正常情况下过负载能力当电力系统或用户变电站发生事故时，为保证对重要设备的连续供电，允许变压器短时过负载的能力称为事故过负载能力。(2)变压器在事故时过负载能力有关规程规定，对室外变压器，总的过负载不得超过30％，对室内变压器为20％。38 当变压器发生短路故障时，由于保护动作和断路器跳闸均需一定的时间，因此难免不使变压器受到短路电流的冲击。变压器突然短路时，其短路电流的幅值一般为额定电流的25～30倍。因而变压器的铜损将达到额定电流的几百倍，故绕组温度上升极快。目前，对绕组短时过热尚无限制的标准。一般认为，对绕组为铜线的变压器温度达到250℃是允许的，对绕组为铝线的变压器则为200℃。而到达上述温度所需时间大约为5s左右。此时继电保护早已动作，断路器跳闸。因此，一般设计允许短路电流为额定电流的25倍。(3)变压器允许短路39 变压器的电压一般不得超过额定值的±5％。不论变压器分接头在任何位置，只要电源电压不超过额定值的±5％变压器都可在额定负载下运行。3．允许电压波动范围施加于变压器一次绕组的电压因电网电压波动而波动。若电网电压小于变压器分电压，对变压器本身无任何损害，仅使变压器的输出功率略有降低。40 主要内容第一节变压器的工作原理与结构参见：电工进网作业培训第三章之1第二节变压器运行参见：电工进网作业培训第三章之2第三节其他变压器参见：电工进网作业培训第三章之3第四节互感器参见：电工进网作业培训第三章之441'