電力變壓器及其保護(hù)

電力變壓器及其保護(hù)王虎201412956主要內(nèi)容1.電力變壓器基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)4.國(guó)內(nèi)外變壓器制造廠(chǎng)家1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)概念電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它通過(guò)電磁感應(yīng)作用，將某一數(shù)值的交流電壓變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓的設(shè)備。電力變壓器是發(fā)電廠(chǎng)和變電所的主要設(shè)備之一。變壓器的主要作用包括：①升高電壓把電能送到用電地區(qū)②把電壓降低為各級(jí)使用電壓，以滿(mǎn)足用電的需要。在電力系統(tǒng)傳送電能的過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生電壓和功率兩部分損耗，在輸送同一功率時(shí)電壓損耗與電壓成反比，功率損耗與電壓的平方成反比。利用變壓器提高電壓，減少了送電損失。1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)分類(lèi)按用途分類(lèi)：有升壓（發(fā)電廠(chǎng)6.3kV/10.5kV或10.5kV/110kV等）、降壓（配電用35kV/0.4kV或10.5kV/0.4kV）、聯(lián)絡(luò)（變電站間用220kV/110kV或110kV/10.5kV）等。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器、自耦變壓器。電力變壓器按絕緣介質(zhì)分類(lèi)：油浸變壓器（阻燃型、非阻燃型）、干式變壓器、110kVSF6氣體絕緣變壓器等。按容量大小分類(lèi)，有小型變壓器（630kVA及以下）、中型變壓器（800~6300kVA及以下）、大型變壓器（8000~63000kVA及以下）和特大型變壓器（90000kVA及以上）。1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)三相油浸式電力變壓器結(jié)構(gòu)1—銘牌；2—信號(hào)式溫度計(jì)；3—吸濕器；4—油標(biāo)；5—儲(chǔ)油柜；6—安全氣道；7—?dú)怏w繼電器；8—高壓套管；9—低壓套管；10—分接開(kāi)關(guān)；11—油箱；12—放油閥門(mén)；13—器身；14—接地板；15—小車(chē)吸濕器（呼吸器）2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)用現(xiàn)狀（截至2011年）國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2007-2011年，電力變壓器制造行業(yè)的銷(xiāo)售規(guī)模不斷擴(kuò)大，銷(xiāo)售收入每年以13%以上的速度增長(zhǎng)，2011年銷(xiāo)售收入達(dá)到1784.36億元，同比增長(zhǎng)16.53%;實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額102.14億元，同比減少5.43%。總體來(lái)看，2011年，中國(guó)電力變壓器制造行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，但盈利能力有所下滑。出于全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境的考慮，我國(guó)未來(lái)可能會(huì)加大可再生能源的比例。國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)都在研究輕型直流，這些都是新的趨勢(shì)，將為變壓器行業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展領(lǐng)域。2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)用現(xiàn)狀（截至2011年）行業(yè)規(guī)模龐大，中小型企業(yè)居多我國(guó)有資質(zhì)生產(chǎn)各種變壓器的企業(yè)大約有2000家，而工業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)l億元人民幣的只有130余家，員工人數(shù)超過(guò)2000人的也只有2O家左右。中小型變壓器生產(chǎn)制造企業(yè)占企業(yè)總數(shù)的80％以上。行業(yè)集中度低，總體技術(shù)水平不高變壓器市場(chǎng)容量較大，但是由于技術(shù)壁壘較低，生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多，導(dǎo)致行業(yè)集中度低。目前，我國(guó)有能力生產(chǎn)5O0kV級(jí)變壓器的企業(yè)不超過(guò)10家，只有特變電工沈陽(yáng)變壓器廠(chǎng)、上海阿爾斯通變壓器有限公司等企業(yè)，其中半數(shù)以上是中外合資或中外合作企業(yè)，自行獨(dú)立生產(chǎn)技術(shù)水平較先進(jìn)國(guó)家相比還有一定差距；而國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)220kV級(jí)變壓器的企業(yè)不超過(guò)30家；能生產(chǎn)110kV級(jí)變壓器的企業(yè)則只有100多家；年產(chǎn)超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)以上的變壓器企業(yè)只有衡變、沈變、保變、青島青波、華鵬等少數(shù)廠(chǎng)家。2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)用現(xiàn)狀2013年，全球大功率變壓器(100-500MVA)市場(chǎng)需求約為183.5億美元(約合人民幣1138億元)，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)以及發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)老化電力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)換代，預(yù)計(jì)到2020年，大功率變壓器市場(chǎng)需求將達(dá)到310.5億美元(約合人民幣1925.4億元)，期間年復(fù)合增率達(dá)到7.8%。從數(shù)量來(lái)看，2013年，大功率變壓器需求量為11,223臺(tái)，預(yù)計(jì)到2020年，這一數(shù)據(jù)將增至18,709臺(tái)，期間年復(fù)合增率為7.7%。從地區(qū)來(lái)看，受中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家電力基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展所影響，預(yù)計(jì)到2020年，亞太地區(qū)將成為全球最重要的大功率區(qū)域市場(chǎng)。從供應(yīng)商來(lái)看，全球電力和自動(dòng)化專(zhuān)家ABB集團(tuán)、阿爾斯通、康普頓、西門(mén)子、通用電氣、韓國(guó)曉星和特變電工將繼續(xù)成為全球領(lǐng)先的大功率變壓器供應(yīng)商。2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)1、節(jié)能低噪低損耗硅鋼片、階梯步迭鐵心接縫、箔式繞組結(jié)構(gòu)、噪聲研究的深入、環(huán)境保護(hù)要求、計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)2、高可靠性在電磁場(chǎng)理論及其計(jì)算、澆注工藝、熱點(diǎn)溫升、局放機(jī)理、質(zhì)保體系、可靠性工程3、大容量4、多功能組合及智能化

從只具單一變電功能的變壓器，向帶有強(qiáng)迫風(fēng)冷、保護(hù)外殼、功率計(jì)量、封閉母線(xiàn)、各種低壓側(cè)向出線(xiàn)、計(jì)算機(jī)接口等多功能組合式變壓器發(fā)展，從而使變壓器成為一種多功能智能化、隨時(shí)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的電氣設(shè)備。2.電力變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)行業(yè)前景十二五期間，國(guó)家電網(wǎng)公司將投入超過(guò)3000億元用于交流特高壓建設(shè)，2015年將形成以三縱三橫為核心的三華交流特高壓同步電網(wǎng)，新增特高壓變電站38座、變電容量2.6億千伏安，新建特高壓交流線(xiàn)路2.6萬(wàn)千米；開(kāi)發(fā)15項(xiàng)直流工程，總換流容量2.3億千瓦，線(xiàn)路全長(zhǎng)2.5萬(wàn)千米。

國(guó)內(nèi)農(nóng)網(wǎng)改造對(duì)變壓器市場(chǎng)需求量增加提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。我國(guó)新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)取得積極成效，截至2013年11月，兩大電網(wǎng)企業(yè)共完成新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)和無(wú)電地區(qū)電力建設(shè)投資2761.8億元。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)已披露的農(nóng)網(wǎng)改造投資目標(biāo)，十二五期間兩大電網(wǎng)公司總計(jì)投資將超5000億元，其中國(guó)網(wǎng)預(yù)計(jì)投資近4000億元，南網(wǎng)預(yù)計(jì)投資1116億元。農(nóng)網(wǎng)改造將直接增加電網(wǎng)建設(shè)投資，為電力設(shè)備制造業(yè)做大份額，變壓器產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇期。新能源發(fā)電為變壓器帶來(lái)新契機(jī)。從我國(guó)部分新能源發(fā)電行業(yè)來(lái)看，風(fēng)電、光伏發(fā)電、垃圾發(fā)電、余熱發(fā)電等的發(fā)電裝機(jī)容量均保持增長(zhǎng)。截至2012年底，全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量為6083萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)率達(dá)35%，光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量接近5000兆瓦，余熱發(fā)電新增裝機(jī)容量為800兆瓦左右等。3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)變壓器的故障可分為油箱內(nèi)和油箱外故障兩種。油箱外的故障，主要是套管和引出線(xiàn)上發(fā)生的相間短路和接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。對(duì)于變壓器發(fā)生的各種故障，保護(hù)裝置應(yīng)盡快切除。3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)保護(hù)配置要求對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)、不同接線(xiàn)方式的變壓器，應(yīng)配置雙套主保護(hù)、雙套后備保護(hù)、非電量保護(hù)，并保證兩套主保護(hù)完全獨(dú)立，即交流電壓電流回路、直流電源回路、出口跳閘回路完全獨(dú)立。3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)變壓器保護(hù)配置

1.瓦斯保護(hù)主

輕瓦斯（信號(hào)）和重瓦斯（跳閘）保

針對(duì)油箱內(nèi)的各種故障及油面降低。護(hù)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能全面反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的各種故障。

缺點(diǎn)：不能反應(yīng)油箱外部的故障。

2.縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)2.縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)

（根據(jù)變壓器容量選擇）

主要反應(yīng)繞組、套管及引出線(xiàn)上的相間短路，并在一定程度上反應(yīng)繞組內(nèi)部匝間短路及中性點(diǎn)側(cè)的接地短路。特點(diǎn)：瞬時(shí)動(dòng)作切除故障3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)延時(shí)跳閘或發(fā)出信號(hào)3.外部相間短路的后備保護(hù)1）過(guò)電流保護(hù)2）復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)3）負(fù)序電流保護(hù)和單相式低壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)4）阻抗保護(hù)4.外部接地短路的后備保護(hù)1）零序電流保護(hù)（中性點(diǎn)接地）2）零序過(guò)電壓保護(hù)、在中性點(diǎn)裝放電間隙加零序電流保護(hù)5.過(guò)負(fù)荷保護(hù)（繞組發(fā)熱，損耗增加）6.過(guò)勵(lì)磁保護(hù)(變壓器勵(lì)磁電流升高，導(dǎo)致鐵芯損耗增加)7.其他非電量保護(hù)（油箱內(nèi)溫度、壓力檢測(cè)，冷卻系統(tǒng)故障）3.電力變壓器故障類(lèi)型及其相應(yīng)保護(hù)變壓器采用YNynd的接線(xiàn)方式，高壓側(cè)的中性點(diǎn)裝設(shè)了放電間隙，中壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。圖TA1、TA2、TA3表示高、中、低壓側(cè)的電流互感器；TA01、TA01’、TA02表示高、中壓側(cè)中性線(xiàn)以及放電間隙回路的電流互感器；TV1、TV2、TV3表示高、中、低壓側(cè)的電壓互感器；帶有數(shù)字的小方框表示各種保護(hù)，例如方框7表示變壓器高壓側(cè)裝設(shè)了零序電流電壓保護(hù)，電壓引自TV1，電流引自TA01和TA01’。1—瓦斯保護(hù)；2—第一縱差動(dòng)保護(hù)（二次諧波制動(dòng)原理）；3—第二縱差動(dòng)保護(hù)（間斷角鑒別原理）；4、5、6—高、中、低壓側(cè)的復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)；7—高壓側(cè)的零序電流保護(hù)；8—中壓側(cè)的零序電流保護(hù)；9、10、11—高、中、低壓側(cè)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)；12—其他非電量保護(hù)4.國(guó)內(nèi)外變壓器制造廠(chǎng)家1.施耐德全球能效管理專(zhuān)家施耐德電氣電氣設(shè)備-電工十大品牌，擁有170多年的輝煌歷史，全球配電設(shè)備領(lǐng)域領(lǐng)先品牌，電氣領(lǐng)域的著名制造商。在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目有:水立方、中央電視臺(tái)、萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)、解放軍總醫(yī)院、上海和平飯店、歐尚超市、香港匯豐銀行、北京奔馳、寶潔、可口可樂(lè)、英特爾、米其林、國(guó)家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心、萊蕪鋼鐵、北京卷煙廠(chǎng)、大連中遠(yuǎn)造船廠(chǎng)、福州華能電廠(chǎng)、廣州港、京滬高鐵、東海大橋海上風(fēng)電、國(guó)家石油儲(chǔ)備基地、杭州灣跨海大橋、蘇州地鐵等。Trihal干式變壓器樹(shù)脂真空澆注，含防火填料4.國(guó)內(nèi)外變壓器制造廠(chǎng)家2.ABB集團(tuán)總部位于瑞士蘇黎世。ABB發(fā)明、制造了眾多產(chǎn)品和技術(shù)，其中包括全球第一套三相輸電系統(tǒng)、世界上第一臺(tái)自冷式變壓器、高壓直流輸電技術(shù)和第一臺(tái)電動(dòng)工業(yè)機(jī)器人。ABB擁有55個(gè)變壓器廠(chǎng)和30個(gè)服務(wù)中心，是目前世界上最大的變壓器制造商和服務(wù)提供商。ABB全球范圍內(nèi)的重要供貨記錄包括：1）在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，ABB多次打破了全球容量最大變壓器的記錄，從全球首批400kV（20世紀(jì)50年代）和800kV（20世紀(jì)60年代）交流輸電變壓器，到世界上容量最大的UHVDC（特高壓直流）輸電變壓器。2）能夠在水深3,000米的近海油氣田中運(yùn)行的世界最高效的海底變壓器。3）ABB還開(kāi)發(fā)了油浸式和干式高能效配電變壓器，它們可以減少40%至70%的電能損耗。配電變壓器可以使用非晶合金或者取向硅鋼鐵芯，以及可以生物降解的變壓器油。4.國(guó)內(nèi)外變壓器制造廠(chǎng)家3.特變電工特變電工股份有限公司是中國(guó)變壓器行業(yè)首家上市公司，是