干式變壓器的基本知識(shí)

干式變壓器培訓(xùn)材料干變部薛知才2015-9-25培訓(xùn)目的：

通過培訓(xùn)，讓員工對(duì)變壓器的用途、工作原理、調(diào)壓方式、變壓器的分類、干變的發(fā)展歷程、干變的分類及其特點(diǎn)、干變的使用場(chǎng)合等變壓器的基本知識(shí)有一個(gè)粗淺的認(rèn)識(shí)和了解，為今后能更好工作做一個(gè)鋪墊。1、變壓器的用途變壓器的用途是多方面的，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，都十分廣泛的應(yīng)用著各種各樣的變壓器。就電力系統(tǒng)而言，變壓器就是一個(gè)主要的設(shè)備。我們知道，要將大功率的電能輸送到很遠(yuǎn)的地方去，采用較低的電壓來傳輸是不可能的。這是因?yàn)?，?dāng)采用較低的電壓輸電時(shí)，其相應(yīng)的輸電電流就很大。一方面大的電流將在輸電線路上引起很大的功率損耗；另一方面，大的電流將在輸電線路上引起很大的電壓降落以致電能送不出去（根據(jù)P線損＝I2R和P傳輸=UI，要想使P線損降低，由于R一定，則降低I，又根據(jù)P傳輸=UI，要想I降低，則必須使U升高）。例如，將3000千瓦的電能用發(fā)電機(jī)的端電壓10千伏電壓送電時(shí)，最遠(yuǎn)只能送到十幾公里遠(yuǎn)的地方。而制造電壓很高的發(fā)電機(jī)，目前在技術(shù)上還很難實(shí)現(xiàn)。因此，只能依靠變壓器將發(fā)電機(jī)的端電壓升高進(jìn)行輸電。一般來說，當(dāng)輸電距離越遠(yuǎn)，輸送的功率越大時(shí)，要求的輸電電壓也越高。比如：用110千伏電壓可將5萬千瓦的功率輸送到50－150公里遠(yuǎn)的地方；輸電電壓用220千伏時(shí)，輸送容量為20－30萬千瓦，輸電距離可達(dá)200－400公里；使用500千伏超高壓輸電時(shí)，能將100萬千瓦的功率輸送到500公里以上的地方去。當(dāng)電能輸送到受電區(qū)，比如城市和工廠，又必須用降壓變壓器將輸電線上的高電壓降低到配電系統(tǒng)的電壓，然后再經(jīng)過一系列的配電變壓器將電壓降低到用電電壓以供使用?？梢?，在電力系統(tǒng)里變壓器的地位十分重要。變壓器除了應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，還應(yīng)用在需要特種電源的工業(yè)企業(yè)中。例如，給冶煉供電用的電爐變壓器，電解或化工用的整流變壓器，焊接用的電焊變壓器，試驗(yàn)用的試驗(yàn)變壓器和調(diào)壓器等等。2.干式變壓器的發(fā)展概況19世紀(jì)初英國法拉第確定了電磁感應(yīng)原理后，在1885年，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制成了世界上第一臺(tái)干式配電變壓器。最初制成的配電變壓器以及其后的一段時(shí)間內(nèi)制造的變壓器，均是以空氣為絕緣介質(zhì)的干式變壓器。為了滿足遠(yuǎn)距離電力輸送的要求，就必須提高輸電電壓等級(jí)，這樣勢(shì)必尋找提高電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)耐電強(qiáng)度的途徑，于是礦物油作為電力變壓器的絕緣介質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于電力變壓器中，1895年，制成了世界上第一臺(tái)油浸式配電變壓器。隨著社會(huì)的發(fā)展，要求防火的場(chǎng)所大量增加，人們對(duì)變壓器的安全性能提出了越來越高的要求。由于礦物油易燃、易爆，因此油浸式變壓器不易安裝于防火要求高的場(chǎng)所，而且在運(yùn)行中變壓器油的滲漏也會(huì)污染環(huán)境。近年來，干式變壓器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，一些發(fā)達(dá)國家以明文規(guī)定戶內(nèi)安裝的變壓器不準(zhǔn)采用油浸式變壓器。干式變壓器與油浸式變壓器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）、干式電力變壓器避免了由于運(yùn)行中發(fā)生故障而導(dǎo)致變壓器油發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)（2）、干式變壓器不會(huì)像油浸式變壓器那樣存在滲漏油的問題，更無變壓器油老化的問題，通常干式變壓器運(yùn)行維護(hù)和檢修工作量大為減少，甚至可以免維護(hù)。

（3）、干式變壓器一般為戶內(nèi)式，對(duì)特殊需要的場(chǎng)合亦可制成戶外式。對(duì)戶內(nèi)式而言，它可以和開關(guān)柜安裝于同一室內(nèi)，從而可以減少安裝面積。（4）、干式變壓器由于無油，其附件很少，也無密封的問題。由于干式變壓器具有以上優(yōu)點(diǎn)，需求量迅猛增加，在發(fā)達(dá)國家，干式變壓器已占配變的20％，有的甚至達(dá)50％，干變的變電站已占成套變電站的80％－90％。3、變壓器的工作原理變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理而制成的靜止的傳輸交流電能并改變交流電壓的裝置。如果在某一個(gè)繞組的兩端施加某一電源的交流電壓，那么在該繞組中將流過一個(gè)交流電流。在這個(gè)交流電流的作用下，鐵心中將激勵(lì)一個(gè)交變磁通。而這個(gè)交變磁通將在所有的繞組中感應(yīng)出交流電壓來，這種電壓就叫感應(yīng)電壓。如果在另一個(gè)繞組的兩端接上負(fù)載，則在該繞組與負(fù)載所構(gòu)成的閉合電路中將有交流電流流過。這樣就達(dá)到了由電源向負(fù)載傳輸交流電能并改變交流電壓的目的。通常接電源的繞組叫一次繞組，接負(fù)載的繞組叫二次繞組。這就是變壓器的工作原理。4、變壓器的主要組成部分任何一臺(tái)變壓器，它的主要的組成部分包括三部分。一是磁路部分也就是變壓器的鐵心部分，二是電路部分也就是繞組部分我們通常把它叫做線圈，三是冷卻系統(tǒng)，對(duì)干變而言就是風(fēng)機(jī)，對(duì)油變而言指的是變壓器油，散熱片，冷卻水，和風(fēng)機(jī)等用于變壓器冷卻的東西。另外還包括附件，對(duì)干變而言指的是象溫控溫顯系統(tǒng)，絕緣子，托線夾等對(duì)油變而言指的是分接開關(guān)，高低壓套管，吸濕器，氣體繼電器等東西。變壓器附件：溫度控制器溫度顯示器、傳感器箱式外殼溫控器溫度傳感器的插頭、風(fēng)機(jī)及電源線到溫度顯示器的接線端出廠狀態(tài)干變外殼低壓側(cè)干變外殼高壓側(cè)外殼的接線端子盒帶電顯示器

工作程序：1、A、B、C指示燈任何一只亮，且開關(guān)處于OFF位置，門關(guān)閉；

2、三只指示燈均不亮，開關(guān)處于ON位置，門可以打開；

3、使用鑰匙，不論何種狀態(tài)，均可以把門打開。

開關(guān)的閉鎖設(shè)置1、干式變壓器的外殼由4個(gè)（或兩個(gè)）行程開關(guān)輸出的常開接點(diǎn)全部串聯(lián)到高壓的合閘回路里，即任何一個(gè)門沒有關(guān)閉到位，變壓器無法合閘送電。行程開關(guān)的常閉接點(diǎn)并聯(lián)，任何一個(gè)動(dòng)作可發(fā)出信號(hào)。2、高壓開關(guān)（或GIS）的接地刀閘（接地狀態(tài)時(shí)）的常閉接點(diǎn)，串聯(lián)到變壓器外殼上的帶電指示器的電源里，接地刀閘接地后常閉帶電后門打開。5.變壓器的分類變壓器的種類很多，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)得出不同的分類結(jié)果。按用途分：分為電力變（用于電力系統(tǒng)的變壓器）和特種變（其它各類變壓器又稱為雜類變壓器）；按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?，三相變壓器和多相變壓器；按繞組分：雙繞組變壓器，自耦變壓器，三繞組變壓器和多繞組變壓器；按冷卻條件分：油浸式變壓器（包括油浸自冷，油浸風(fēng)冷，強(qiáng)風(fēng)冷卻，強(qiáng)油水冷等），干式變壓器和充氣式變壓器；按調(diào)壓方式分：有載調(diào)壓和無勵(lì)磁調(diào)壓等。地鐵用整流變壓器6.變壓器的調(diào)壓方式變壓器的調(diào)壓方式分為兩種，無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。所謂無勵(lì)磁調(diào)壓指的是變壓器二次側(cè)不帶負(fù)載，一次側(cè)也與電網(wǎng)斷開（無電源勵(lì)磁）的調(diào)壓方式。帶負(fù)載進(jìn)行變換線圈分接的調(diào)壓，稱為有載調(diào)壓。部件：有載調(diào)壓分接開關(guān)，高壓引線、低壓出線銅排。

繞組低壓母排7.阻抗電壓和負(fù)載損耗雙繞組變壓器當(dāng)二次繞組短路，一次繞組流過額定電流時(shí)施加的電壓稱為阻抗電壓Uz，通常阻抗電壓以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即uz％＝（Uz/UN）×100％阻抗電壓百分?jǐn)?shù)uz＝√ux2＋ur2其中ux為電抗電壓百分?jǐn)?shù)，ur為電阻電壓百分?jǐn)?shù)。阻抗電壓大小與變壓器成本和性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量有關(guān)。從運(yùn)行角度來看，希望短路阻抗值要小些，使變壓器的輸出電壓隨負(fù)載變化波動(dòng)較小，從安全角度來看，希望短路阻抗值大些，使變壓器短路電流倍數(shù)較小。一般來說，中小型變壓器的uz＝4％—10.5％，大型變壓器uz＝12.5％—17.5％。二次繞組短接，一次繞組流過額定電流時(shí)所汲取的有功功率稱為負(fù)載損耗Pf。.8.溫升運(yùn)行中，干式變壓器和油浸式變壓器一樣，鐵心由于磁滯損耗、渦流損耗，繞組由于電阻損耗、雜散損耗及引線損耗等而產(chǎn)生熱量。其中一部分熱量?jī)?chǔ)存于變壓器的發(fā)熱體中，使發(fā)熱體本身溫度升高，另一部分熱量則周圍的介質(zhì)中。干變所有的電磁載體，如鐵心、繞組、引線以及漏磁場(chǎng)所能交鏈的結(jié)構(gòu)件等，均為發(fā)熱體，其中鐵心和繞組則為主要的發(fā)熱體。發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，除使自身的溫度升高外，也使周圍介質(zhì)溫度升高，特別是局部溫升過高可能造成絕緣過早損壞，或由于絕緣介質(zhì)長期受高溫作用而發(fā)生絕緣老化，也會(huì)逐漸喪失絕緣性能。眾所周知，變壓器的壽命就是絕緣壽命，當(dāng)要求變壓器具有一定的壽命（20—30年），則其絕緣材料就應(yīng)保證在一定溫度下具有相應(yīng)的壽命。各種絕緣材料的耐熱等級(jí)的允許最高工作溫度是一定的。如表由于應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)于干變的要求較嚴(yán)格，因此，干變常用的耐熱等級(jí)為B、F、H絕緣材料。提高絕緣材料的耐熱等級(jí)，采用H級(jí)絕緣材料是干式變壓器當(dāng)前的發(fā)展方向。干式變壓器各部位的溫度是不同的。在額定運(yùn)行條件下，并保證絕緣具有正常壽命時(shí)，各部位的溫度不應(yīng)超過相應(yīng)的絕緣材料的允許最高工作溫度。干式電力變壓器各部位的溫升是指發(fā)熱體對(duì)周圍空氣的溫升，但周圍空氣溫度在一年四季是變化的，負(fù)載也是隨時(shí)間而變化的，因而變壓器各部位的溫度也是隨時(shí)間而變化的。變壓器絕緣壽命取決于變壓器整個(gè)絕緣系統(tǒng)的最熱點(diǎn)溫度，干式變壓器在額定負(fù)載下，最熱點(diǎn)溫度不超過絕緣允許的最高工作溫度，在此溫度下干式電力變壓器可連續(xù)運(yùn)行20—25年。對(duì)于不同耐熱等級(jí)的干式電力變壓器，繞組最熱點(diǎn)與平均溫度之差是不同的。對(duì)于H級(jí)絕緣而言，由于絕緣的耐熱等級(jí)提高，變壓器體積的相對(duì)減少，散熱條件變差，從而使溫度增大。在干式電力變壓器中，雖然在一定的時(shí)間允許繞組最熱點(diǎn)溫度達(dá)到各耐熱等級(jí)絕緣材料允許的最高溫度，但是不能長時(shí)間維持此溫度，否則也會(huì)影響絕緣的壽命。為提高干式變壓器的負(fù)載能力，對(duì)于容量較大的采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，以提高干變的散熱效果。干式變壓器的鐵心和繞組中產(chǎn)生的熱量靠熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射形式直接散于周圍的冷卻介質(zhì)（空氣）中去。它的主要散熱方式為對(duì)流散熱。對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。9.空載電流，空載損耗當(dāng)變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)，一次繞組中流過的電流稱為空載電流I空載電流的無功分量I0r是勵(lì)磁電流，它使鐵心勵(lì)磁，在鐵心中產(chǎn)生主磁通φ0。有功分量I0a是損耗電流，所汲取的有功功率稱空載損耗P0，忽略空載運(yùn)行狀態(tài)下一次繞組的電阻損耗時(shí)又稱為鐵損。10.匝間短路

干式電力變壓器的層間、匝間，特別是樹脂絕緣干式電力變壓器二次繞組的匝間，若發(fā)生短路故障是無法修復(fù)的，只能整臺(tái)變壓器報(bào)廢或更換相應(yīng)繞組。因此保證繞組匝間絕緣機(jī)械和電氣強(qiáng)度具有重要意義。樹脂絕緣干變的匝間短路原因了，多數(shù)是由于絕緣中含氣隙（氣泡）或者是在繞組繞制過程中由于工藝原因，在匝間絕緣處絕緣樹脂未填滿以及絕緣樹脂流失，造成絕緣首先發(fā)生局部放電，從而導(dǎo)致匝間絕緣損壞。由于在匝間短路時(shí)，短路線匝中的電流可能超過繞組額定電流值上百倍或更多。此時(shí)短路線匝很快發(fā)熱，盡管短路時(shí)間很短，一般時(shí)間不超過0.2s溫度就達(dá)到了銅（鋁）導(dǎo)線的熔點(diǎn)。實(shí)際線匝短路時(shí)，一般均伴隨短路線匝融化。另外，由于短路電流增大而產(chǎn)生很大的機(jī)械力，從而使繞組及相鄰部分發(fā)生變形。為了防止干式電力變壓器繞組匝間短路，主要采取的措施是保證匝間絕緣厚度，并留有裕度，對(duì)于樹脂絕緣干變的繞組在澆注過程中樹脂應(yīng)填充飽滿，防止絕緣樹脂流失。11.絕緣水平變壓器的絕緣水平也稱絕緣強(qiáng)度，是與保護(hù)水平以及與其它絕緣部分相配合的水平，即為耐受的電壓值，由設(shè)備的最高電壓決定。12.干式電力變壓器的種類：1、浸漬空氣絕緣干式變壓器：目前使用很少。繞組導(dǎo)線絕緣、絕緣結(jié)構(gòu)材料根據(jù)需要選用不同耐熱等級(jí)的絕緣材料，制成B級(jí)、F級(jí)和H級(jí)絕緣干式變壓器。2、環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器：采用的絕緣材料有聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。目前澆注絕緣干式電力變壓器多采用環(huán)氧樹脂。3、繞包絕緣干式變壓器：繞包絕緣干式變壓器也是樹脂絕緣的一種，目前生產(chǎn)廠家較少。4、復(fù)合式絕緣干式變壓器：（1）、高壓繞組采用澆注式，低壓繞組采用浸漬絕緣；（2）、高壓采用澆注式，低壓采用銅箔、鋁箔繞制的箔式繞組。環(huán)氧澆注干變與其它類型干變相比，有著下列一些主要優(yōu)點(diǎn)。①、澆注線圈的整體機(jī)械強(qiáng)度好，耐受短路的能力最強(qiáng)②、耐受沖擊過電壓的性能好，基準(zhǔn)沖擊水平（BIL）值高③、防潮及耐腐蝕性能特別好，尤其適合極端惡劣的環(huán)境條件下工作④、可以制造大容量的干變⑤、局放小，運(yùn)行壽命長

由于線圈經(jīng)過真空處理和澆注成型，匝間和層間無氣泡，在同類產(chǎn)品中，其局部放電最低；此外環(huán)氧澆注式干變的機(jī)械強(qiáng)度高，在短路電動(dòng)力的作用下不會(huì)變形，且防塵、防污性能好。根據(jù)國外的報(bào)導(dǎo)，其運(yùn)行壽命較之OVDT類干變要長。

以往影響環(huán)氧澆注變壓器運(yùn)行可靠性與壽命的主要問題，是澆注線圈的開裂。但是隨著薄絕緣玻璃纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的采用以及原材料的進(jìn)步和澆注工藝的改進(jìn)，目前這一問題已很好解決。⑥、可以立即從備用狀態(tài)下投入運(yùn)行而無需預(yù)熱去潮

但是，對(duì)環(huán)氧澆注式干變而言，由于它的防潮、防塵性能好，因而完全沒有這種預(yù)熱的必要，對(duì)停運(yùn)中的干變可以根據(jù)電網(wǎng)的需要，立即投運(yùn)并帶負(fù)荷運(yùn)行。⑦、損耗低，過負(fù)荷能力強(qiáng)對(duì)環(huán)氧澆注式干變而言，環(huán)氧樹脂的耐電壓強(qiáng)度較之空氣要高出許多（約3.5～4倍）

另一方面，在同等絕緣水平和尺寸條件下，相同的絕緣等級(jí)(H級(jí))，由于環(huán)氧澆注干變的額定損耗和額定溫升低，具有節(jié)約能源環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于額定溫升低，其過負(fù)荷能力強(qiáng)。13.干式變壓器的結(jié)構(gòu)

鐵芯：芯柱，上、下鐵軛，上、下夾件，穿心螺桿，拉板組成；①、鐵心的作用鐵心是變壓器的基本部件，由磁導(dǎo)體和夾緊裝置組成。所以它有兩個(gè)作用：在原理上：鐵心的磁導(dǎo)體是變壓器的磁路。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)化為磁能，又把自己的磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔?，是能量轉(zhuǎn)化的媒介。因此，鐵心由磁導(dǎo)率很高的電工鋼片制成。電工鋼片又很薄，且?guī)в薪^緣，渦流很小。磁導(dǎo)體是鐵心的主體。在結(jié)構(gòu)上：鐵心的夾緊裝置不僅使磁導(dǎo)體成為一個(gè)機(jī)械上完整的結(jié)構(gòu)，而且在其上面套有帶絕緣的線圈，支撐著引線，幾乎安裝了變壓器的所有部件。鐵心的重量在變壓器各部件中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在干變中占60％左右，在油變中占40％左右。②、鐵心的分類1、按鐵心的基本結(jié)構(gòu)：鐵心有兩大基本結(jié)構(gòu)形式，即殼式和心式。線圈被鐵心包圍的稱為殼式；鐵心被線圈包圍稱為心式。2.鐵心的絕緣鐵心的絕緣與變壓器的其它絕緣一樣，占有重要的地位。鐵心絕緣不良，將影響變壓器安全運(yùn)行。鐵心的絕緣有兩種，即鐵心間的絕緣和鐵心片與結(jié)構(gòu)件間的絕緣14.干式電力變壓器的繞組干式變壓器繞組是干式變壓器的重要組成部分，也可以說是干式變壓器的心臟。繞組是干式變壓器的電路，它完成電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。在頻率不變的情況下，一次繞組將電力系統(tǒng)的電能引入變壓器中，二次繞組將電能傳輸出去，因此干式變壓器繞組是傳輸和轉(zhuǎn)換電能的靜止的設(shè)備。繞組結(jié)構(gòu)決定了干式電力變壓器的額定容量、電壓等級(jí)和使用條件。繞組由導(dǎo)線和絕緣等構(gòu)成，當(dāng)額定容量小時(shí)用圓導(dǎo)線，額定容量大時(shí)用扁導(dǎo)線。干式變壓器的電壓等級(jí)多數(shù)為10、35kV，我們?cè)囍屏?10kV的產(chǎn)品。繞組：高壓線圈、低壓線圈繞組型式干式電力變壓器繞組型式主要決定于其電壓等級(jí)和額定容量，考慮到采用的工藝與所用材料時(shí)的結(jié)構(gòu)型式也有不同。目前主要采用的絕緣型式為浸漬式與樹脂絕緣式，樹脂絕緣可分為澆注式和繞包式干式電力變壓器。層式繞組樹脂絕緣干式變壓器的高壓繞組多采用層式繞組或分段層式繞組，低壓繞組采用“類似螺旋式”，即取消氣道的螺旋式繞組、箔式繞組。當(dāng)高壓繞組采用層式結(jié)構(gòu)時(shí)，若層數(shù)一定，則各層的匝數(shù)增多，層間電壓升高，這樣就造成層間絕緣、繞組的輻向尺寸增大。為了改善這種情況而采用分段式繞組