第二章變壓器課件

單位：電力處檢修工區(qū)主講人：程祖軍電力變壓器1目錄一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)二、變壓器的運(yùn)行四、互感器三、其他變壓器前言2前言為什么要使用變壓器3前言這一功的能實(shí)現(xiàn)，對(duì)電力系統(tǒng)非常重要如：遠(yuǎn)距離輸電，須將電壓升高，以降低損耗，△P＝I2R=（P/U）2R；對(duì)用電設(shè)備的供電，又需將升高的電壓降低，就用降壓變壓器，以滿足各類負(fù)荷的需求；在保護(hù)、測(cè)量中又需使用儀用互感器等等。

變壓器的分類：？

變壓器利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓等級(jí)的交流電能變成另一種或幾種電壓等級(jí)的交流電能。4一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理。是“電生磁、磁生電”現(xiàn)象的一個(gè)具體體現(xiàn)。要明白這個(gè)原理，我們先來了解磁與電相互轉(zhuǎn)換的知識(shí)。1、變壓器的工作原理1.1螺線管的磁場(chǎng)(電生磁)用導(dǎo)線繞成若干個(gè)螺旋型的線圈叫做螺線管。當(dāng)其中有電流流過時(shí)，其所建立的磁場(chǎng)如圖所示。

螺線管所建立的磁場(chǎng)方向，可以用右手螺旋定則確定，即用右手握住螺線管，四指指示螺線管中的電流方向，大拇指指示的方向就是螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向。

5一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，決定于螺線管道匝數(shù)和導(dǎo)體中電流大小，匝數(shù)越多，電流越大，則產(chǎn)生的磁力線越多，磁場(chǎng)就越強(qiáng)。1.2線圈

鐵芯是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。鐵芯柱上套裝繞組。芯式變壓器的原、副繞組套裝在鐵芯的兩個(gè)鐵芯柱上，如圖所示。

6一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)1.3電磁感應(yīng)原理回顧法拉第的貢獻(xiàn)：e=－dφ/dt，即變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，這就是電磁感應(yīng)原理。1.4工作原理：圖中在閉合的鐵芯上，饒有兩個(gè)互相絕緣的繞組，其中，接入電源的一側(cè)叫一次側(cè)繞組，輸出電能的一側(cè)為二次側(cè)繞組。當(dāng)電源電壓加到一次繞組后，產(chǎn)生交變的電流，在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通。根據(jù)電磁感應(yīng)原理：此交變磁通在一次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，如圖；在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，如圖，如果二次繞組與外電路的負(fù)荷接通，便有電流流入負(fù)荷，即二次繞組有電能輸出。7一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以推出：一次繞組感應(yīng)電勢(shì)為：E1=4.44fN1φm………（1）二次繞組感應(yīng)電勢(shì)為：E2=4.44fN2φm………（2）式中：f為電源頻率，N1為一次繞組匝數(shù)，N2為二次繞組匝數(shù)，φm為鐵心中主磁通幅值。由（1）和（2）式得出：E1/E2=N1/N2………………(3)這說明一、二次側(cè)感應(yīng)電勢(shì)之比等于繞組匝數(shù)之比。忽略漏電抗和電阻，可近似的認(rèn)為E1=U1E2=U2，則有：U1/U2=N1/N2=E1/E2=K，K為變壓器的變比。8一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)如果改變變壓器一、二次側(cè)繞組的匝數(shù)，就能夠改變變壓器一、二次側(cè)繞組的電壓，這就是變壓器能夠改變電壓的道理。如果忽略變壓器的內(nèi)損耗（上課時(shí)可指出具體損耗），可認(rèn)為變壓器二次輸出功率等于變壓器一次輸入功率。即P=U1I1=U2I2…………（4）由（4）可以得出I1/I2=N2/N1=1/K由此可見：變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)比成反比（考點(diǎn)）。9一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2、變壓器的結(jié)構(gòu)本節(jié)以中小型油浸電力變壓典型結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行講述。如下圖：10一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.1鐵芯a、鐵芯結(jié)構(gòu)及作用：由鐵芯柱和鐵軛組成，其作用就是形成磁路，繞組套裝在鐵芯柱上，鐵軛使整個(gè)磁路閉合，鐵芯是變壓器的磁路。b、鐵芯分類：心式和殼式。心式鐵芯特點(diǎn)是鐵軛只靠著繞組的頂面和底面，其效果是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組的布置和絕緣也比較容易，被絕大多數(shù)變壓器采用；殼式鐵芯特點(diǎn)是鐵軛包圍繞組的側(cè)面，只在一些特種變壓器中采用。c、鐵磁材料：鐵磁材料的要求——導(dǎo)磁性能好。11一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.2繞組

繞組是變壓器的電路部分。根據(jù)高低壓繞組排列方式不同，分為同心式和交疊式。為什么低壓繞組靠鐵芯？12一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.3絕緣內(nèi)部絕緣材料主要有：變壓器油、絕緣紙板、電纜紙、皺紋紙等。13一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.4分接開關(guān)a、為什么要使用分接開關(guān)（分接開關(guān)的作用）。b、什么叫分接開關(guān)和調(diào)壓電路？c、調(diào)壓方式有哪些？d、為什么常接在高壓側(cè)？14一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.5、冷卻裝置a、為什么要使用冷卻裝置（冷卻裝置的作用）?b、冷卻裝置的形式？c、冷卻方式有那些？15一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)16一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)油箱是油浸式變壓器的外殼，變壓器器身至于油箱內(nèi)，里面充滿變壓器油。分為吊器身式油箱和吊箱殼式油箱。2.6油箱17一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.7儲(chǔ)油柜（油枕）a、儲(chǔ)油柜的作用?b、與儲(chǔ)油柜連接的部分有那些？2.8安全氣道安全氣道的作用？當(dāng)壓力整定值時(shí)動(dòng)作，就象保護(hù)整定值一樣2.9吸濕器吸濕器的作用？里面放著硅膠，硅膠可吸水，一般呈藍(lán)色或白色，當(dāng)吸潮到一定程度后呈粉紅色或黃色，此時(shí)應(yīng)更換。2.10氣體繼電器氣體繼電器的作用？18一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器上有哪些套管？套管的組成部分？絕緣情況？套管的作用？?jī)粲推鞯淖饔?？里面也放著硅膠，它通過變壓器油的自然循環(huán)，吸收其中的水分和雜質(zhì)，使油再生。2.12凈油器2.11套管19一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)問題1：電力變壓器的組成？各有什么作用？20一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3、變壓器的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)3.1型號(hào)例如：SFZ-10000/110表示額定容量為10000kVA，高壓繞組額定電壓110kV電力變壓器。21一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.2相數(shù)變壓器分三相和單相兩種。3.3額定頻率我國(guó)為50Hz，有些國(guó)家為60Hz。頻率就是電壓或電流完成一個(gè)周波所需時(shí)間的倒數(shù)。22一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.4額定電壓、額定容量和額定電流額定電壓是指變壓器線電壓（有效值），它應(yīng)與所連接的輸變電線路電壓相符合。額定容量是指在變壓器銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下，變壓器二次側(cè)的輸出能力。對(duì)多繞組變壓器，其額定容量為最大繞組的額定容量；對(duì)雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量。額定電流是指變壓器線線電流（有效值），即通過繞組線端的電流。三者間的關(guān)系為：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎篠n=InUn三相變壓器：Sn=√3InUn23一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)當(dāng)三相變壓器為Y連接時(shí)，線電流為繞組電流，線電壓為√3繞組電壓；當(dāng)三相變壓器為D連接時(shí)，線電流為√3繞組電流，線電壓為繞組電壓。3.5三角形與星形連接ABCOIN2abc24一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.6繞組連接組標(biāo)號(hào)繞組連接組標(biāo)號(hào)僅對(duì)三相變壓器或三相變壓器組而言。三相電力變壓器有星形（Y）、三角形（D）、曲折形（Z）連接，中性點(diǎn)用N表示，高壓側(cè)用大寫，低壓側(cè)（中壓側(cè)）用小寫表示。3.7調(diào)壓范圍問題：變壓器為什么要具備一定的調(diào)壓能力？如何才能達(dá)到調(diào)壓的目的？25一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.8變壓器的四大參數(shù)

變壓器二次側(cè)開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)一次繞組中所流過的電流I0，稱空載電流；變壓器從電源吸收的功率稱空載損耗；變壓器二次側(cè)短路，一次繞組施加電壓使其電流達(dá)到額定值，此時(shí)所施加的電壓稱阻抗電壓UZ，變壓器從電源吸收的功率稱短路損耗。3.9電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是在給定負(fù)載功率因數(shù)下（一般取0.8）二次空載電壓U2N和二次負(fù)載電壓U2之差與二次額定電壓U2N的比，即△U%=(U2N-U2)/U2N100%。是衡量變壓器供電質(zhì)量好壞的數(shù)據(jù)。26一、變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.10效率為輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分?jǐn)?shù)，一般可達(dá)到90％以上。3.11冷卻方式種類有哪些?27二、變壓器的運(yùn)行1變壓器允許運(yùn)行方式1.1允許溫度與溫升繞組和鐵芯產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化成的熱量變壓器各部件吸收的熱量散發(fā)到冷卻介質(zhì)中的熱量當(dāng)散發(fā)的熱量與產(chǎn)生的熱量相等時(shí)變壓器各部件的溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度不再升高。1）熱量來源？2）為何要限制溫度？28二、變壓器的運(yùn)行溫度關(guān)系是：繞組溫度>鐵芯溫度>變壓器油溫度為了便于監(jiān)視運(yùn)行中變壓器各部件的溫度，規(guī)定以上層油溫為允許溫度。為防止油質(zhì)劣化，規(guī)定油溫最高不超過95攝氏度。正常狀態(tài)下變壓器油溫規(guī)定：一般不應(yīng)超過85攝氏度，對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)不宜經(jīng)常超過75攝氏度。溫升：變壓器的溫度與周圍環(huán)境溫度的差。規(guī)定：周圍環(huán)境最高溫度為40攝氏度。29二、變壓器的運(yùn)行1.2變壓器過負(fù)載能力什么叫過負(fù)載能力呢？答：在不損害變壓器絕緣和降低變壓器使用壽命的前提下，變壓器在較短時(shí)間內(nèi)所輸出的最大容量為變壓器的過負(fù)荷能力。一般以過負(fù)載倍數(shù)（變壓器所輸出的最大容量與額定容量之比）表示。變壓器過負(fù)載能力可分為正常情況下的過負(fù)載能力和事故情況下的過負(fù)載能力?，F(xiàn)在分別說明：30二、變壓器的運(yùn)行

⑴變壓器在正常情況下的過負(fù)載能力

正常運(yùn)行時(shí)，由于你們專業(yè)廠的生產(chǎn)情況不同，一晝夜負(fù)載有高峰、有低谷。高峰時(shí)就可能造成變壓器的過負(fù)載。有關(guān)規(guī)程規(guī)定，室外變壓器，總的過負(fù)載不得超過30％；室內(nèi)變壓器為20％。

⑵變壓器在事故時(shí)過負(fù)載能力

當(dāng)電力系統(tǒng)或用戶變電站發(fā)生事故時(shí)，為保證對(duì)重要設(shè)備的連續(xù)供電，允許變壓器短時(shí)過負(fù)載的能力。

⑶變壓器允許短路

變壓器突然短路時(shí)，其短路電流為額定電流的25到30倍，因而變壓器的銅耗將達(dá)到額定電流時(shí)候的幾百倍，故繞組溫度上升很快。一般，銅線繞組的變壓器溫度達(dá)到250℃是允許的，上升到這個(gè)溫度需要5s，而保護(hù)動(dòng)作一般是毫秒級(jí)的，尚未達(dá)到這個(gè)溫度斷路器早已跳閘。31二、變壓器的運(yùn)行1.3允許電壓波動(dòng)范圍只要電源電壓不超過額定值的±5％，變壓器都可在額定負(fù)載下運(yùn)行。32二、變壓器的運(yùn)行2變壓器并列運(yùn)行2.1并列運(yùn)行的目的

a、提高供電可行性；

b、提高變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；

c、可以減少總備用容量，并可隨著用電量的增加分批增加新的變壓器。33二、變壓器的運(yùn)行2.2理想并列運(yùn)行的條件

a、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)相同；

b、電壓比相等（允許有±5％的差值）；

c、阻抗電壓uz%相等（允許有±10％的差值）。34二、變壓器的運(yùn)行2.3變壓器油及運(yùn)行2.3.1變壓器油作用

a、保護(hù)變壓器的絕緣；

b、散熱和冷卻；2.3.2變壓器油運(yùn)行⑴變壓器試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目：耐壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)和簡(jiǎn)化試驗(yàn)。取油注意事項(xiàng)。見書p37⑵變壓器油運(yùn)行管理

補(bǔ)油注意事項(xiàng)：

a、10kV及以下變壓器可補(bǔ)入不同牌號(hào)的油，但應(yīng)作混油的耐壓試驗(yàn)；

b、35kV及以上變壓器應(yīng)補(bǔ)入相同牌號(hào)的油，也應(yīng)作混油的耐壓試驗(yàn)；

c、補(bǔ)油后要檢查氣體繼電器，及時(shí)放出氣體。若在24h后無(wú)問題，可重新將瓦斯保護(hù)接入跳閘回路；

35二、變壓器的運(yùn)行2.4變壓器巡視檢查巡視檢查內(nèi)容和周期：見書p38

2.5變壓器異常運(yùn)行和常見故障分析變壓器異常運(yùn)行通?？梢酝ㄟ^聲音來判別，聲音異常的原因有：1）負(fù)載電流變大，變壓器聲音變大，如啟動(dòng)大容量動(dòng)力設(shè)備時(shí)；2）變壓器過負(fù)載時(shí)，發(fā)出很高且很沉重的嗡嗡聲；3）當(dāng)系統(tǒng)短路或接地時(shí)，會(huì)通過很大的短路電流，變壓器會(huì)產(chǎn)生很大的噪音；4）有較大的高次諧波時(shí)，變壓器的聲音變大，如整流設(shè)備或電弧爐；5）當(dāng)變壓器內(nèi)部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噼啪聲。

36二、變壓器的運(yùn)行2.6絕緣套管閃絡(luò)和爆炸的原因有：1）套管密封不嚴(yán)進(jìn)水而使絕緣受潮損壞；外部原因2）套管的電容芯子制造不良，使內(nèi)部游離放電；內(nèi)部原因3）套管積垢嚴(yán)重或套管上有大的裂紋和碎片。后天原因2.7變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析什么叫在線監(jiān)測(cè)及其好處？常規(guī)方法的弊病。對(duì)此大家只需了解。見書p3937三、其他變壓器1干式變壓器（從絕緣出發(fā)）定義：鐵芯和繞組不侵漬在絕緣液體中的變壓器。分類：a環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其特點(diǎn)，如何制作。38三、其他變壓器b氣體絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其材料特點(diǎn)，變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。cH級(jí)絕緣干式變壓器。明白使用的絕緣材料，其材料特點(diǎn)。39三、其他變壓器2非晶態(tài)合金鐵芯變壓器（從鐵芯出發(fā)）

主要目的就是降低鐵芯損耗，了解該材料的特點(diǎn)。3低損耗油浸變壓器（從制造工藝出發(fā)）了解改進(jìn)了哪些工藝？4卷鐵芯變壓器（從鐵芯制造工藝出發(fā)）40四、互感器互感器是變壓器中的一種儀用設(shè)備，是供電系統(tǒng)中測(cè)量和保護(hù)用的重要設(shè)備，分為電流互感器和電壓互感器。41電流互感器是將高壓系統(tǒng)的電流或低壓系統(tǒng)中的大電流改變?yōu)榈蛪簶?biāo)準(zhǔn)的小電流（5A或1A）可以講1A的好處。其在電力系統(tǒng)中的接線圖如圖：TA電流互感器TV電壓互感器電壓互感器是將系統(tǒng)的高電壓改變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V或100/3V)四、互感器42

電壓互感器原理也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，類似一臺(tái)降壓變壓器。如圖：其高壓繞組與被測(cè)電路并聯(lián)，低壓繞組與測(cè)量?jī)x表電壓線圈并聯(lián)，這是接線情況。電壓線圈的內(nèi)阻抗很大（為什么要這樣做），所以電壓互感器運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于一臺(tái)空載運(yùn)行的變壓器。二次側(cè)不能短路，否則繞組將被燒毀（原因）。2.1電壓互感器原理2電壓互感器1互感器的作用（書）四、互感器43

2.2電壓互感器分類按用途分測(cè)量用電壓互感器和保護(hù)用電壓互感器。其標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度有：標(biāo)準(zhǔn)儀表：0.2級(jí)，計(jì)量?jī)x表：0.5級(jí)，一般測(cè)量?jī)x表1～3級(jí)，保護(hù)用0.2和0.5級(jí)。四、互感器44四、互感器452.3電壓互感器型號(hào)a、三相電壓互感器只限于制成10kV及以下電壓等級(jí)；b、三繞組電壓互感器的第三繞組主要供給監(jiān)視電網(wǎng)絕緣和接地保護(hù)裝置。舉例：JSJW—10表示什么？2.4電壓互感器容量電壓互感器容量是指其二次繞組允許接入的負(fù)載功率（以VA值表示），分額定容量和最大容量。四、互感器462.5電壓互感器運(yùn)行a、一、二次接線應(yīng)保證極性正確；b、一、二次繞組都應(yīng)裝設(shè)熔斷器（保護(hù)專用互感器二次側(cè)除外）目的是防止短路故障；c、二次繞組、鐵芯和外殼都必須可靠接地。意義：繞組絕緣損壞時(shí)，二次繞組對(duì)地電壓不會(huì)升高，以保