電力變壓器第一講

1、第一篇 變壓器發(fā)電廠分類水力發(fā)電廠地?zé)岚l(fā)電廠原子能發(fā)電廠風(fēng)能發(fā)電廠垃圾發(fā)電廠火力發(fā)電廠太陽能發(fā)電廠潮汐發(fā)電廠一、概述1、發(fā)電廠概況 水力發(fā)電廠 利用水流的動(dòng)能和勢能來生產(chǎn)電能，簡稱水電廠。水流量的大小和水頭的高低，決定了水流能量的大小。其過程為：水能機(jī)械能電能水力發(fā)電廠電廠結(jié)構(gòu)及水能開發(fā)方式分類電廠性能及水流調(diào)節(jié)程度分類電廠廠房布置位置分類引水式徑流式壩后式堤壩式混合式水電廠水庫式水電廠壩內(nèi)式水電廠主機(jī)布置方式分類地面式地下式水電站 火力發(fā)電廠 利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能，簡稱火電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)分析，其基本過程是：化學(xué)能熱能機(jī)械能電能。 垃圾發(fā)電廠 垃圾焚燒發(fā)電廠，

2、番禺生活垃圾焚燒發(fā)電廠選址風(fēng)波，將人們的目光引向了城市生活垃圾處理，多方信息顯示廣州市政府目前已將廣州市生活垃圾的終端處理特許經(jīng)營權(quán)授權(quán)給廣日集團(tuán)，這家以生產(chǎn)“日立”牌電梯而聞名的電器企業(yè)，如今正雄心勃勃地向生活垃圾焚燒處理領(lǐng)域進(jìn)軍 垃圾焚燒發(fā)電廠。2010年廣日集團(tuán)很可能形成4個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠同時(shí)在建的發(fā)展局面。未來廣日集團(tuán)根據(jù)需要將在廣州興建若干個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠，并將市場逐步推廣至其他城市 地?zé)岚l(fā)電廠 地?zé)崮苁侵纲A存在地球內(nèi)部的可再生熱能，一般集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。全球地?zé)崮艿膬?chǔ)量與資源潛量十分巨大，每年從地球內(nèi)部傳到地面的熱能相當(dāng)于100PW

3、h,但是地?zé)崮艿姆植枷鄬?duì)比較分散，因此開發(fā)難度很大。 原子能發(fā)電廠 利用核能來生產(chǎn)電能，又稱核電廠（核電站）。原子核的各個(gè)核子（中子與質(zhì)子）之間具有強(qiáng)大的結(jié)合力。重核分裂和輕核聚合時(shí)，都會(huì)放出巨大的能量，稱為核能。目前在技術(shù)已比較成熟，形成規(guī)模投入運(yùn)營的，只是重核裂變釋放出的核能生產(chǎn)電能的原子能發(fā)電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)分析，是由重核裂變核能熱能機(jī)械能電能的轉(zhuǎn)換過程。 風(fēng)能發(fā)電廠 風(fēng)力發(fā)電廠(Wind Farm)，簡稱風(fēng)電廠，系利用風(fēng)來產(chǎn)生電力的發(fā)電廠，是屬于再生能源發(fā)電廠的一種。目前，由于聯(lián)合國京都議定書減少溫室氣體排放協(xié)議的關(guān)系，世界各國相繼將發(fā)展再生能源列為重要目標(biāo)，而在此情形下，風(fēng)力發(fā)電

4、廠也就成為各國首選的能源發(fā)展重點(diǎn)。 太陽能發(fā)電廠 太陽能發(fā)電廠是一種用可再生能源太陽能來發(fā)電的工廠，它利用把太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光電技術(shù)來工作的。目前德國利用太陽能來發(fā)電可供55萬個(gè)家庭用電所需，是利用太陽能發(fā)電的世界冠軍。 潮汐發(fā)電廠 潮汐能的主要利用方式是潮汐發(fā)電。利用潮汐發(fā)電必須具備兩個(gè)物理?xiàng)l件：首先潮汐的幅度必須大，至少要有幾米；第二海岸地形必須能儲(chǔ)蓄大量海水，并可進(jìn)行土建工程。潮汐發(fā)電的工作原理與一般水力發(fā)電的原理是相近的，即在河口或海灣筑一條大壩，以形成天然水庫，水輪發(fā)電機(jī)組就裝在攔海大壩里。潮汐電站可以是單 水庫或雙水庫。2、地鐵的供電系統(tǒng) 根據(jù)功能的不同，地鐵供電系統(tǒng)一般劃分為以

5、下幾部分：外部電源；主變電所；牽引供電系統(tǒng)；動(dòng)力照明系統(tǒng)；雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)；電力監(jiān)控系統(tǒng)。1、 外部電源地鐵供電系統(tǒng)的外部電源就是地鐵供電系統(tǒng)主變電所供電的外部城市電網(wǎng)電源。外部電源方案的形式有集中式供電、分散式供電、混合式供電。集中式供電通常從城市電網(wǎng)110kV側(cè)引入兩回電源，按照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求，至少有一回電源為專線。2、 主變電所主變電所的功能是接受城網(wǎng)高壓電源（通常為110kV），經(jīng)降壓為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源（通常為35kV或10kV），主變電所適用于集中式供電。主變電所接線方式為線變式或橋型接線。3、 牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓經(jīng)降壓整流變成直流15

6、00V或直流750V電壓，為地鐵列車提供牽引供電，系統(tǒng)包括牽引變電所與牽引網(wǎng)，牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)與回流網(wǎng)。接觸網(wǎng)由架空接觸網(wǎng)（直流1500V）和接觸軌（直流1500V或750V）兩種懸掛方式，大多數(shù)工程利用走行軌兼作回流網(wǎng)；少數(shù)工程單獨(dú)設(shè)置回流軌。4、 動(dòng)力照明供電系統(tǒng)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓（35kV或10kV）降壓變成交流220/380V電壓，為運(yùn)營需要的各種機(jī)電設(shè)備提供電源。5、 雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的功能是減少因直流牽引供電引起的雜散電流并防止其對(duì)外擴(kuò)散，盡量避免雜散電流對(duì)城市軌道交通主體結(jié)構(gòu)及其附近結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線的電腐蝕，并對(duì)雜散電流及其腐蝕保護(hù)情況進(jìn)

7、行監(jiān)測。6、 電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能是實(shí)時(shí)對(duì)地鐵變電所、接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在城市軌道交通控制中心，通過調(diào)度端、通信通道和變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)主要電氣設(shè)備進(jìn)行四遙控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)營調(diào)度和管理。電力變壓器電力變壓器正在安裝的主變S9配電變壓器干式變壓器變壓器器身 三相油浸式電力變壓器三相油浸式電力變壓器 2.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu) S9 型配電變壓器型配電變壓器（10 kV） 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 干式變壓器干式變壓器 二、變壓器的描述 作為電壓變換設(shè)備，變壓器被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域，特別

8、是10kV（6kV）和35kV電壓等級(jí)的變壓器，在電力、工業(yè)和商業(yè)配電系統(tǒng)中被普遍使用，且數(shù)量巨大。1999年，我國年產(chǎn)變壓器約33.8萬臺(tái)，其中10kV （6kV）和35kV級(jí)約31.3萬臺(tái)，占92.6。據(jù)估計(jì)，目前在電網(wǎng)上運(yùn)行的10kV （6kV）和35kV級(jí)變壓器約有10億kVA以上。 三、變壓器的概念 變壓器是電力系統(tǒng)的重要元件，是變電站的核心設(shè)備。電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，利用電磁感應(yīng)原理，將一種交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或幾種頻率相同、大小不同的交流電，起傳輸電能改變電壓的作用。 1、原理圖鐵心：提供磁通的閉合路徑。繞組：一次側(cè)繞組(原邊)N1,二次側(cè)繞組 (副邊)N2。變壓器的工作

9、原理圖 AXax1u2u2i1N2N1ie1e2四、變壓器的工作原理簡述2. 工作原理 當(dāng)一次繞組接交流電壓后，就有激磁電流 i0存在，該電流在鐵心中可產(chǎn)生一個(gè)交變的主磁通。 在兩個(gè)繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢e1和e2。 1122 ddeNeNdtdt 當(dāng)變壓器的一次繞組接通交流電源時(shí)，在繞組中就會(huì)有交變的電流通過，并在鐵心中產(chǎn)生交變的磁通，該交變磁通與一次、二次繞組交鏈，在它們中都會(huì)感應(yīng)出交變的感應(yīng)電動(dòng)勢。二次繞組有了感應(yīng)電動(dòng)勢，如果接上負(fù)載，便可以向負(fù)載供電，傳輸電能，實(shí)現(xiàn)了能量從一次側(cè)到二次側(cè)的傳遞五、變壓器的分類1、按用途分（1）電力變壓器：電力系統(tǒng)傳輸電能的升、降壓變壓器和配電變壓器等。

10、變壓器在電力系統(tǒng)中具有極其重要的地位。原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)用電戶用電戶發(fā)電站發(fā)電站發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組降壓變壓器降壓變壓器配電變壓器配電變壓器升壓變壓器升壓變壓器？問題： 遠(yuǎn)距離輸電為什么必須采用高壓輸電？（2）專用變壓器：如電爐變壓器(專用)，給電爐(如煉鋼爐)供電。整流變壓器(專用)：給直流電力機(jī)車供電。HSSP-7200/6HSSP-7200/6電爐變壓器電爐變壓器整流變壓器整流變壓器（3）儀用變壓器：用在測量設(shè)備中。（4）電子變壓器： 用在電子線路中。 2、按繞組分：雙繞組、自耦、三繞組、多繞組變壓器 3、按相數(shù)分：單相、三相、多相變壓器等4、鐵心形式：心式、殼式變壓器5、冷卻方式：干式、油浸式變

11、壓器等單相變壓器三相變壓器干式變壓器六、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 變壓器的主要組成部分是鐵心和繞組，這是變壓器電磁部分，也是核心。除了電磁部分，還有油箱、冷卻裝置、絕緣套管、調(diào)壓和保護(hù)裝置等部件。 高壓套管高壓套管分接開關(guān)分接開關(guān)低壓套管低壓套管氣體繼電器氣體繼電器防爆管防爆管油枕（儲(chǔ)油器）油枕（儲(chǔ)油器）油表油表呼吸器（吸濕器）呼吸器（吸濕器）散熱器散熱器銘牌銘牌油樣活門油樣活門放油閥門放油閥門變壓器油變壓器油油箱油箱凈油器凈油器鐵芯鐵芯信號(hào)溫度計(jì)信號(hào)溫度計(jì)繞組（線圈）繞組（線圈）活門活門放油閥放油閥(1) 鐵芯結(jié)構(gòu)鐵芯結(jié)構(gòu) 變壓器的鐵芯是磁路部分。變壓器的鐵芯是磁路部分。 鐵軛：使整個(gè)磁路閉合。鐵軛

12、：使整個(gè)磁路閉合。 由于心式鐵芯結(jié)構(gòu)比較簡單，繞組的布置和絕緣也比較容易，因此我國電力變壓器主要采用心式鐵芯，只在一些特種變壓器(如電爐變壓器)中才采用殼式鐵芯。常用的心式鐵芯如圖示。近年來，大量涌現(xiàn)的節(jié)能性配電變壓器均采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)。鐵芯類型：鐵芯類型： 心式鐵芯：鐵軛靠著繞組的頂心式鐵芯：鐵軛靠著繞組的頂面和底面，但不包圍繞組的側(cè)面和底面，但不包圍繞組的側(cè)面。面。 殼式鐵芯：鐵軛不僅包圍繞殼式鐵芯：鐵軛不僅包圍繞組的頂面和底面，而且還包圍組的頂面和底面，而且還包圍繞組的側(cè)面。繞組的側(cè)面。鐵軛鐵軛鐵芯柱鐵芯柱鐵芯柱1鐵芯鐵芯 單相心式三相心式單相殼式三相殼式鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛

13、鐵鐵 軛軛11112222 心式變壓器心式變壓器低壓繞組低壓繞組高壓繞組高壓繞組 (b) 單相心式變壓器示意圖單相心式變壓器示意圖 鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心軛軛 柱柱 軛軛1122 單相殼式變壓器單相殼式變壓器 (2) 鐵芯材料鐵芯材料 要求：導(dǎo)磁性能好、鐵損小。故變壓器的鐵芯采用硅鋼片疊制而成。要求：導(dǎo)磁性能好、鐵損小。故變壓器的鐵芯采用硅鋼片疊制而成。 硅鋼片：有冷軋硅鋼片和熱軋硅鋼片兩種。硅鋼片：有冷軋硅鋼片和熱軋硅鋼片兩種。 冷軋硅鋼片在沿著輾軋的方向磁化時(shí)有較高的導(dǎo)磁系數(shù)和較小的單位損耗，其性能優(yōu)于熱軋的，國產(chǎn)變壓器均采用冷軋

14、硅鋼片。對(duì)鐵心的要求是導(dǎo)磁性能好，磁滯損耗和渦流損耗要盡量小，一般由0.35mm或0.5mm冷軋(也用熱軋)硅鋼片疊成。國產(chǎn)冷軋硅鋼片的厚度為0.35mm、0.30mm、0.27mm等幾種。片厚則渦流損耗大，片薄則疊片系數(shù)小，因?yàn)楣桎撈谋砻姹仨毻扛惨粚咏^緣漆以使片與片之間絕緣。單相四片式鐵心交疊方法單相四片式鐵心交疊方法三相六片式鐵心交疊方法三相六片式鐵心交疊方法鐵心交疊：相鄰層按不同方式交錯(cuò)疊放，將接縫錯(cuò)開。偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，從而減少了磁阻，便于磁通流通。 鐵心柱截面形狀：小型變壓器做成方形或者矩形；大型變壓器做成階梯形。容量大則級(jí)數(shù)多。疊片間留有間隙作為油道(縱向或橫向)。2繞

15、組：變壓器的電路部分繞組：變壓器的電路部分 繞組一般用絕緣紙包的鋁線或銅線燒制而成。根據(jù)高、低壓繞組排列繞組一般用絕緣紙包的鋁線或銅線燒制而成。根據(jù)高、低壓繞組排列方式的不同，繞組分為同心式和交疊式兩種。方式的不同，繞組分為同心式和交疊式兩種。對(duì)于同心式繞組，為了便于繞組和鐵芯絕緣，通常將低壓繞組靠近鐵芯。對(duì)于交疊式繞組，為了減小絕緣距離，通常將低壓繞組靠近鐵軛。3絕緣絕緣變壓器內(nèi)部主要絕緣材料有變壓器油、絕緣紙板、電纜紙、皺紋紙等。變壓器內(nèi)部主要絕緣材料有變壓器油、絕緣紙板、電纜紙、皺紋紙等。 4. 分接開關(guān)分接開關(guān)調(diào)整電壓的原理與方法：調(diào)整電壓的原理與方法： 在變壓器某一側(cè)繞組上設(shè)置分接，

16、改變變壓器變比，進(jìn)行有級(jí)調(diào)電壓。在變壓器某一側(cè)繞組上設(shè)置分接，改變變壓器變比，進(jìn)行有級(jí)調(diào)電壓。 這種繞組抽出分接以供調(diào)壓的電路，稱為調(diào)壓電路；變換分接以進(jìn)行調(diào)壓所采用的開關(guān)，稱為分接開關(guān)。作用：電壓調(diào)整作用：電壓調(diào)整 電壓調(diào)整的目的：電壓調(diào)整的目的： 給電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓；給電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓； 控制電力潮流或調(diào)節(jié)負(fù)載電流?？刂齐娏Τ绷骰蛘{(diào)節(jié)負(fù)載電流。 一般情況下是在高壓繞組上抽出適當(dāng)?shù)姆纸?。這是因?yàn)楦邏豪@組一則常套在外面。引出分接方便；二則高壓側(cè)電流小，分接引線和分接開關(guān)的載流部分截面小，開關(guān)接觸觸頭也較容易制造。無勵(lì)磁調(diào)壓：變壓器二次不帶負(fù)載，一次也與電網(wǎng)斷開無勵(lì)磁調(diào)壓：變壓器二次

17、不帶負(fù)載，一次也與電網(wǎng)斷開(無電源勵(lì)磁無電源勵(lì)磁)。有載調(diào)壓：帶負(fù)載進(jìn)行變換繞組分接的調(diào)壓。有載調(diào)壓：帶負(fù)載進(jìn)行變換繞組分接的調(diào)壓。調(diào)壓方式：無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。調(diào)壓方式：無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。 吊器身式油箱，其箱沿設(shè)在頂部，箱蓋是平的。多用于6300kVA及以下的變壓器，由于變壓器容量小，所以重量輕，檢修時(shí)易將器身吊起。5油箱油箱 油箱的作用：儲(chǔ)油，并作為油浸式變壓器的外殼。油箱的作用：儲(chǔ)油，并作為油浸式變壓器的外殼。 油箱的結(jié)構(gòu)形式：按變壓器的大小分別吊器身式和吊箱殼式油箱兩種。油箱的結(jié)構(gòu)形式：按變壓器的大小分別吊器身式和吊箱殼式油箱兩種。 吊箱殼式油箱，箱沿設(shè)在下部，上節(jié)箱身做成鐘罩形

18、，故又稱鐘罩式油箱。檢修時(shí)無需吊器身，只將上節(jié)箱身吊起即可。多用于8000kVA及以上的變壓器。6冷卻裝置冷卻裝置 根據(jù)變壓器容量大小不同，采用不同的冷卻裝置。 小容量變壓器，繞組和鐵芯所產(chǎn)生的熱量經(jīng)過變壓器油與油箱內(nèi)壁的接觸，以及油箱外壁與外界冷空氣的接觸而自然地散熱冷卻，無須任何附加的冷卻裝置。若變壓器容量稍大些，可以在油箱外壁上焊接散熱管，以增大散熱面積。 冷卻裝置的作用：散熱，以避免變壓器由于過熱造成事故。冷卻裝置的作用：散熱，以避免變壓器由于過熱造成事故。風(fēng)冷：安裝冷卻風(fēng)扇，以增強(qiáng)冷卻效果。風(fēng)冷：安裝冷卻風(fēng)扇，以增強(qiáng)冷卻效果。 大容量變壓器的冷卻裝置大容量變壓器的冷卻裝置強(qiáng)迫油循環(huán)水

19、冷卻器或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器：強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻器或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器： 與風(fēng)冷的區(qū)別在于循環(huán)油路中增設(shè)一臺(tái)潛油泵，對(duì)油加壓以增加冷卻與風(fēng)冷的區(qū)別在于循環(huán)油路中增設(shè)一臺(tái)潛油泵，對(duì)油加壓以增加冷卻效果。兩種強(qiáng)迫循環(huán)冷卻器的主要差別為冷卻介質(zhì)不同，前者為水，后者效果。兩種強(qiáng)迫循環(huán)冷卻器的主要差別為冷卻介質(zhì)不同，前者為水，后者為風(fēng)。為風(fēng)。 強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻器或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器適用于容量在強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻器或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器適用于容量在50000kVA及以上的變壓器。及以上的變壓器。 儲(chǔ)油柜位于變壓器油箱上儲(chǔ)油柜位于變壓器油箱上方，通過氣體繼電器與油箱相方，通過氣體繼電器與油箱相通。通。7儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜(油枕油枕) 當(dāng)變壓器的油溫變化時(shí)，當(dāng)變壓器的油溫變化時(shí)，其體積會(huì)膨脹或收縮。儲(chǔ)油柜其體積會(huì)膨脹或收縮。儲(chǔ)油柜的作用就是保證油箱內(nèi)總是充的作用就是保證油箱內(nèi)總是充滿油，并減小油面與空氣的接滿油，并減小油面與空氣的接觸面，從而減緩油的老化。觸面，從而減緩油的老化。 位于變壓器的頂蓋上，其出口用玻璃防爆膜封住。當(dāng)變壓器內(nèi)部位于變壓器的頂蓋上，其出口用玻璃防爆膜封住。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，而氣體繼電器失靈時(shí)，油箱內(nèi)部的氣體便沖破防爆膜發(fā)生嚴(yán)重故障，而氣體繼電器失靈時(shí)，油箱內(nèi)部的氣體便沖破防爆膜從安全氣道噴出