第二課 變壓器

第二章變壓器2011年6月目錄第一節(jié)變壓器基本結(jié)構(gòu)和分類第二節(jié)變壓器的工作原理第三節(jié)高壓套管第四節(jié)吸濕器第五節(jié)壓力釋放閥第六節(jié)有載調(diào)壓開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖第七節(jié)瓦斯繼電器第八節(jié)溫度控制器第九節(jié)變壓器定期檢查與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)變壓器基本結(jié)構(gòu)和分類

變壓器是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話說，變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同電壓等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

1、變壓器的基本結(jié)構(gòu)：

鐵芯、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件，其中鐵芯和繞組是變壓器的主要部件，稱為器身。1）鐵芯：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵芯柱上套繞組，鐵軛將鐵芯柱連接起來形成閉合磁路。鐵芯材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵芯中的磁滯、渦流損耗，鐵芯一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料——硅鋼片疊成。2）繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成。一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能一次繞組和二次繞組通常套裝在同一個(gè)芯柱上，內(nèi)低外高，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)，通過電磁感應(yīng)作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同等級(jí)的電壓和電流。其中兩個(gè)繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞組，電壓較低的稱為低壓繞組。3）其他部件：油枕、變壓器油、絕緣套管、瓦斯繼電器、壓力釋放閥、壓力突變繼電器、測(cè)溫裝置、調(diào)壓裝置等部件。下面我們看一下變壓器組成結(jié)構(gòu)實(shí)物圖：

A、變壓器冷卻器油枕高壓套管器身、油箱有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)箱油位計(jì)壓力釋放閥溫度控制器B、變壓器內(nèi)部構(gòu)造圖高壓繞組有載調(diào)壓開關(guān)鐵芯

2、變壓器的分類：

1）按用途分類，可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。2）按繞組數(shù)目分類:可分為雙繞組變壓器,三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。

3）按相數(shù)分類，有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

4）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類，可分為油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式）、干式變壓器。

5）電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為10～630kVA）、中型變壓器（容量為800～6300kVA）、大型變壓器（容量為8000～63000kVA）和特大型變壓器（容量在90000kVA及以上）。

1、變壓器原理簡(jiǎn)化圖:

第二節(jié)變壓器的工作原理2、工作原理：

主磁通和漏磁通：1）由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系2）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)副方接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器和交流電機(jī)時(shí)常將主磁通和漏磁通分開處理。3）正方向的規(guī)定：從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。變壓器原理公式電動(dòng)勢(shì)與磁通關(guān)系：e1(t)=-N1dφ/dt電動(dòng)勢(shì)E=4.44fNφ（電動(dòng)勢(shì)滯后磁通90°）視在功率：S=√3UI(U線電壓、I線電流）功率因數(shù)：有功功率p與視在功率S的比值叫功率因數(shù)COSφ＝P／S一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有U1/U2=E1/E2=N1/N2第三節(jié)高壓套管1–頂蓋螺帽；2–可伸縮連接段；3–頂部?jī)?chǔ)油室；4–油位指示；5–空氣側(cè)瓷套；6–導(dǎo)電管；7–變壓器油；8–電容紙；9–壓緊裝置；10–安裝法蘭；11–安裝電流互感器處；12–油側(cè)瓷套；13–底部螺帽；14–密封塞第四節(jié)吸濕器1.吸濕器工作原理：

吸濕器是一個(gè)圓形的容器，如上圖所示，它是目前使用得較多的一種懸掛式吸濕器。上端通過聯(lián)管接到油枕，下端有孔與大氣相通。在變壓器運(yùn)行中，絕緣油的溫度變化時(shí)，油枕要發(fā)生吸氣和排氣作用，空氣就是通過吸濕器而進(jìn)出油枕的。吸濕器下端的空氣進(jìn)口處設(shè)有油封裝置。在容器內(nèi)部裝滿硅膠或氯化鈣等吸潮劑，用以除去吸入空氣中的塵埃和水分，所以吸濕器又叫做空氣濾過器。

吸濕器內(nèi)的硅膠宜采用同一種變色硅膠。當(dāng)較多硅膠受潮變色時(shí)，需要更換硅膠。對(duì)單一顏色硅膠，受潮硅膠不超過2/3。

2.吸濕器的安裝及檢修：

1、吸濕器安裝前，一定要進(jìn)行檢查，在安裝時(shí)應(yīng)將保存或運(yùn)輸時(shí)為防潮而加裝的無孔膠墊及防潮劑去掉。

2、吸濕器拆卸時(shí)，首先擰開底部油封碗，卸下上部油枕連管或隔膜膠管的連接，取下呼吸器，將吸濕器解體，倒出內(nèi)部吸濕劑。

3、檢查吸濕器玻璃筒應(yīng)完好無破損，器身應(yīng)密封良好。

4、吸濕器底油封應(yīng)注油至油面線，無油面線時(shí)應(yīng)使油浸過進(jìn)氣口以上即可，以起到對(duì)氣體的過濾作用。5、變色硅膠應(yīng)呈藍(lán)色，如呈紅色則說明受潮失效，受潮的硅膠應(yīng)在烘干箱115～120℃溫度下干燥數(shù)小時(shí)，呈天藍(lán)色后方可再用。6、運(yùn)行中的變壓器更換硅膠時(shí)，變壓器重瓦斯保護(hù)要退出運(yùn)行改信號(hào)。第五節(jié)壓力釋放閥

A、作用：變壓器的壓力釋放閥是變壓器非電量保護(hù)的安全裝置。

即在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，油箱內(nèi)的油被分解、氣化，產(chǎn)生大量氣體，油箱內(nèi)壓力急劇升高，此壓力如不及時(shí)釋放，將造成變壓器油箱變形、甚至爆裂。安裝壓力釋放閥可使變壓器在油箱內(nèi)部發(fā)生故障、壓力升高至壓力釋放閥的開啟壓力時(shí)，壓力釋放閥在2ms內(nèi)迅速開啟，使變壓器油箱內(nèi)的壓力很快降低。當(dāng)壓力達(dá)到54kPa時(shí)，壓力釋放閥在2ms內(nèi)開啟、釋放壓力;在壓力值為29kPa時(shí)，壓力釋放閥自動(dòng)關(guān)閉。這樣，使變壓器油箱不致因壓力過大而變形爆炸。壓力釋放閥最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作后能夠自動(dòng)恢復(fù)原狀。B、壓力釋放閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)1一法蘭；2一墊圈；3一閥盤；4一密封圈（內(nèi)）；5一密封圈（外）；6一罩蓋；7一彈簧；8一動(dòng)作指示器；9一報(bào)警開關(guān)；10一手動(dòng)復(fù)位器C、壓力釋放閥的檢修項(xiàng)目：1.清除積塵，保持潔凈；2.各部連接螺栓及壓力彈簧應(yīng)完好，無銹蝕，無松動(dòng)；3.開啟和關(guān)閉壓力應(yīng)符合規(guī)定；4.觸點(diǎn)接觸良好，信號(hào)正確；5.密封良好不滲油/水；6.防止內(nèi)部積聚氣體因溫度變化發(fā)生誤動(dòng)。第六節(jié)有載調(diào)壓開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖A.有載調(diào)壓開關(guān)工作原理

在變壓器高壓繞組上設(shè)有抽頭，通過改變變壓器的變比來調(diào)整二次側(cè)電壓的大小。調(diào)壓變壓器分為有載調(diào)壓和無載調(diào)壓變壓器兩種。有載調(diào)壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，在帶負(fù)荷的條件下隨時(shí)切換分接頭開關(guān)，保證電壓質(zhì)量，而且分接頭數(shù)目多、調(diào)節(jié)范圍比較大，如SFPZ7—120000/220型有載調(diào)壓變壓器，額定電壓比為220±8×1.5%/38.5，其調(diào)壓范圍為±8×1.5%。采用有載調(diào)壓變壓器時(shí)，可以根據(jù)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)分接頭電壓來分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小二次(側(cè))電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢(shì)。B.有載調(diào)壓開關(guān)運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)1、分接開關(guān)運(yùn)行一年或切換2000～4000次后，應(yīng)取切換開關(guān)油箱中的抽樣進(jìn)行工頻耐壓（不低于30KV）試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)合格，否則更換合格絕緣油。2、新投入的分接開關(guān)，在切換5000次后，應(yīng)將切換開關(guān)吊出檢查，以后可按實(shí)際情況確定檢查周期。3、運(yùn)行中的分接開關(guān)動(dòng)作5000次后或絕緣油的擊穿電壓低于25kV時(shí)，應(yīng)更換切換開關(guān)油箱的絕緣油。4、為了防止分接開關(guān)在嚴(yán)重過負(fù)荷或系統(tǒng)短路時(shí)進(jìn)行切換，應(yīng)在有載分接開關(guān)控制回路中加裝電流閉鎖裝置，其整定值不超過變壓器額定電流的1.5倍。5、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)應(yīng)經(jīng)常保持良好狀態(tài)，有載分接開關(guān)配備的瓦斯保護(hù)及防爆裝置均應(yīng)運(yùn)行正常。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)應(yīng)查明原因。6、分接開關(guān)的切換開關(guān)箱應(yīng)嚴(yán)格密封，不得滲漏。如發(fā)現(xiàn)其油位升高異常或滿油位，說明變壓器與有載分接開關(guān)切換箱竄油。應(yīng)保持變壓器油位高于分接開關(guān)的油位，防止開關(guān)箱體油滲入變壓器本體，影響油質(zhì)絕緣，并及時(shí)安排停電處理。第七節(jié)瓦斯繼電器a.瓦斯繼電器作用：

瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同。瓦斯保護(hù)就是利用反應(yīng)氣體狀態(tài)（又稱氣體繼電器）來保護(hù)變壓器內(nèi)部故障的。

A、瓦斯繼電器外形圖B、瓦斯繼電器工作原理

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，開口杯5隨之下降而使干簧接點(diǎn)15閉合，接通延時(shí)信號(hào)，這就是所謂的“輕瓦斯”；重瓦斯時(shí)油流方向瓦斯繼電器的兩個(gè)坡度及作用

變壓器的氣體繼電器側(cè)有兩個(gè)坡度。一個(gè)是沿氣體繼電器方向變壓器大蓋坡度，應(yīng)為l％～1.5％。變壓器大蓋坡度要求在安裝變壓器時(shí)從底部墊好。另一個(gè)則是變壓器油箱到油枕連接管的坡度，應(yīng)為2％～4％（這個(gè)坡度是由廠家制造好的）。這兩個(gè)坡度一是為了防止在變壓器內(nèi)貯存空氣，二是為了在故障時(shí)便于使氣體迅速可靠地沖入氣體繼電器，保證氣體繼電器正確動(dòng)作。C、瓦斯繼電器動(dòng)作過程上圖為：瓦斯繼電器動(dòng)作過程a）正常狀態(tài)；b）輕瓦斯動(dòng)作；c）重瓦斯動(dòng)作；d）嚴(yán)重漏油時(shí)

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，產(chǎn)生很大的油流流向油枕方向，因油流沖擊檔板10，檔板克服彈簧的阻力，帶動(dòng)磁鐵11向干簧觸點(diǎn)13方向移動(dòng)，使觸點(diǎn)13閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動(dòng)作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴(kuò)大，起到保護(hù)變壓器的作用。

D、瓦斯繼電器檢修項(xiàng)目瓦斯繼電器的檢修項(xiàng)目：1.將瓦斯繼電器拆下，檢查容器、玻璃窗、放氣閥門、放油塞、接線端子盒、小套管等是否完整，接線端子及蓋板上箭頭標(biāo)示是否清晰，各接合處是否滲漏油；2.瓦斯繼電器密封檢查合格后，用合格的變壓器油沖洗干凈；3.瓦斯繼電器應(yīng)由專業(yè)人員檢驗(yàn)，動(dòng)作可靠，絕緣、流速校驗(yàn)合格；4.瓦斯繼電器先裝兩側(cè)聯(lián)管，聯(lián)管與閥門、聯(lián)管與油箱頂蓋間的聯(lián)結(jié)螺栓暫不完全擰緊，此時(shí)將瓦斯繼電器安裝于其間，用水平尺找準(zhǔn)位置并使入出口聯(lián)管和氣體繼電器三者處于同一中心位置，后再將螺栓擰緊；5.復(fù)裝完畢后打開聯(lián)管上的閥門，使儲(chǔ)油柜與變壓器本體油路連通，打開瓦斯繼電器的放氣塞排氣；6.連接氣體繼電器二次引線，并做傳動(dòng)試驗(yàn)。

第八節(jié)變壓器溫度控制器變壓器用繞組溫控器BWR-04作用：是變壓器內(nèi)部溫度的主要保護(hù)元件，油浸式變壓器上層油溫一般不宜經(jīng)常超過85℃，當(dāng)上層油溫達(dá)到65℃啟動(dòng)冷卻器；上層油溫降到55℃時(shí)，冷卻器能夠退出運(yùn)行；當(dāng)上層油溫達(dá)到85℃能否發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)上層油溫達(dá)到97℃時(shí)能否發(fā)出跳閘信號(hào)或滿足廠家要求。變壓器繞組溫度測(cè)量原理第九節(jié)變