電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)培訓(xùn)第三章變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)

電工進(jìn)網(wǎng)許可考試培訓(xùn)第二章電力變壓器1主要內(nèi)容第一節(jié)變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)第二節(jié)變壓器運(yùn)行第三節(jié)其他變壓器

2第四節(jié)互感器引言變壓器的分類：

按用途分：電力變壓器、特種變壓器、儀用互感器。按冷卻介質(zhì)分：油浸式、干式。

變壓器：

是一種靜止的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)變成另一種電壓等級的交流電能。電力系統(tǒng)中變壓器的作用：

升壓：在遠(yuǎn)距離輸送電能時，須將發(fā)電機(jī)的輸出電壓通過升壓變壓器將電壓升高到幾萬伏或幾十萬伏，以降低輸電線電流，從而減少輸電線路上的能量損耗。降壓：輸電線路將高壓電能輸送到負(fù)荷區(qū)后，須將高電壓降低，以適合于用電設(shè)備的使用。故在供電系統(tǒng)中需要大量的降壓變壓器，將輸電線路輸送的高壓變換成不同等級的電壓，以滿足各類負(fù)荷的需要。

連接系統(tǒng)：由多個電站聯(lián)合組成電力系統(tǒng)時，要依靠變壓器將不同電壓等級的線路連接起來。3第一節(jié)變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)

4n1n2閉合的鐵芯：構(gòu)成磁路繞組：電路一次繞組〔原方〕：與電源連接的一側(cè)二次繞組〔副方〕：輸出電能的一側(cè)電源側(cè)負(fù)荷側(cè)接負(fù)載二次側(cè)繞組有電能輸出

㈠電能的傳輸原理5㈡變換電壓、電流的原理1.變換電壓一次側(cè)繞組感應(yīng)電勢：E1=4.44fN1Φm

(2－1)

二次側(cè)繞組感應(yīng)電勢：E2=4.44fN2Φm

(2－1)

f：電源頻率；N1：一次側(cè)繞組匝數(shù)；N2：二次側(cè)繞組匝數(shù)；Φm：鐵芯中主磁通幅值。于是有：結(jié)論：變壓器一、二次側(cè)感應(yīng)電勢之比等于一、二次側(cè)繞組匝數(shù)之比。忽略變壓器一、二次側(cè)的漏電抗和電阻：U1＝E1，U2＝E2

。有：——變壓器的變比。變壓器一、二次側(cè)繞組因匝數(shù)不同將導(dǎo)致一、二次側(cè)繞組的電壓上下不等，匝數(shù)多一邊電壓高，匝數(shù)少的一邊電壓低，這就是變壓器能夠改變電壓的道理。由此可見：62.變換電流忽略變壓器的內(nèi)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：U1I1＝U2I2〔I1、I2分別為變壓器一次、二次電流的有效值〕由此可得出結(jié)論：變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)比成反比。

變壓器匝數(shù)多的一側(cè)電流小，匝數(shù)少的一側(cè)電流大，也就是電壓高的一側(cè)電流小，電壓低的一側(cè)電流大。思考：變壓器的電壓上下、電流的大小與匝數(shù)多少的關(guān)系如何？7二、變壓器的結(jié)構(gòu)高壓套管分接開關(guān)低壓套管氣體繼電器防爆管油枕〔儲油器〕油表呼吸器〔吸濕器〕散熱器銘牌油樣活門放油閥門變壓器油油箱凈油器鐵芯信號溫度計(jì)繞組〔線圈〕活門放油閥8(1)鐵芯結(jié)構(gòu)

變壓器的鐵芯是磁路局部。

鐵軛：使整個磁路閉合。

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：

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。

殼式鐵芯：鐵軛不僅包圍繞組的頂面和底面，而且還包圍繞組的側(cè)面。鐵芯柱：繞組套裝在鐵芯柱上鐵軛鐵軛鐵芯柱鐵芯柱鐵芯柱9(2)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。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)變壓器均采用冷軋硅鋼片。國產(chǎn)冷軋硅鋼片的厚度為0.35mm、0.30mm、0.27mm等幾種。片厚那么渦流損耗大，片薄那么疊片系數(shù)小，因?yàn)楣桎撈耐獗肀仨毻扛惨粚咏^緣漆以使片與片之間絕緣。102．繞組：變壓器的電路局部

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。對于同心式繞組，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。113．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。12作用：電壓調(diào)整

電壓調(diào)整的目的：①給電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓；

②

控制電力潮流或調(diào)節(jié)負(fù)載電流。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，改變變壓器變比，進(jìn)行有級調(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)。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@組一那么常套在外面。引出分接方便；二那么高壓側(cè)電流小，分接引線和分接開關(guān)的載流局部截面小，開關(guān)接觸觸頭也較容易制造。無勵磁調(diào)壓：變壓器二次不帶負(fù)載，一次也與電網(wǎng)斷開(無電源勵磁)。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：無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。

13

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，檢修時易將器身吊起。5．油箱

油箱的作用：儲油，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。

吊箱殼式油箱，箱沿設(shè)在下部，上節(jié)箱身做成鐘罩形，故又稱鐘罩式油箱。檢修時無需吊器身，只將上節(jié)箱身吊起即可。多用于8000kVA及以上的變壓器。146．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。假設(shè)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，以防止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。

大容量變壓器的冷卻裝置強(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)一臺潛油泵，對油加壓以增加冷卻效果。兩種強(qiáng)迫循環(huán)冷卻器的主要差異為冷卻介質(zhì)不同，前者為水，后者為風(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50000kVA及以上的變壓器。15

儲油柜位于變壓器油箱上方，通過氣體繼電器與油箱相通。7．儲油柜(油枕)

當(dāng)變壓器的油溫變化時，其體積會膨脹或收縮。儲油柜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觸面，從而減緩油的老化。16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，油箱內(nèi)部的氣體便沖破防爆膜從平安氣道噴出，保護(hù)變壓器不受嚴(yán)重?fù)p害。8．平安氣道(防爆管)為了使儲油柜內(nèi)上部的空氣保持枯燥，防止工業(yè)粉塵的污染，儲油柜通過吸濕器與大氣相通。吸濕器內(nèi)裝有用氯化鈣或氯化鈷浸漬過的硅膠，它能吸收空氣中的水分。當(dāng)它受潮到一定程度時，其顏色由藍(lán)色變?yōu)榉奂t色。9．吸濕器

位于儲油柜與箱蓋的聯(lián)管之間。在變壓器內(nèi)部發(fā)生故障(如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故等)產(chǎn)生氣體或油箱漏油等使油面降低時，接通信號或跳閘回路，保護(hù)變壓器。10．氣體繼電器17變壓器內(nèi)部的高、低壓引線是經(jīng)絕緣套管引到油箱外部的起著固定引線和對地絕緣的作用。套管由帶電局部和絕緣局部組成。帶電局部包括導(dǎo)電桿、導(dǎo)電管、電纜或銅排。絕緣局部分外絕緣和內(nèi)絕緣。外絕緣為瓷管，內(nèi)絕緣為變壓器油、附加絕緣和電容性絕緣。11．高、低壓絕緣套管18變壓器除裝設(shè)標(biāo)有以上工程的主銘牌外，還應(yīng)裝設(shè)標(biāo)有關(guān)于附件性能的銘牌，需分別按所用附件(套管、分接開關(guān)、電流互感器、冷卻裝置)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)列出。1．型號繼續(xù)19變壓器除裝設(shè)標(biāo)有以上工程的主銘牌外，還應(yīng)裝設(shè)標(biāo)有關(guān)于附件性能的銘牌，需分別按所用附件(套管、分接開關(guān)、電流互感器、冷卻裝置)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)列出。1．型號繼續(xù)2021繼續(xù)22變壓器的型號表示方法如以下圖示。思考題：SFZ－10000/110、S9－160/10、SC8－315/10、S11－M(R)－100/10各變壓器型號表示什么意義？

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變壓器分單相和三相兩種，一般均制成三相變壓器以直接滿足輸配電的要求。小型變壓器有制成單相的，特大型變壓器做成單相后，組成三相變壓器組，以滿足運(yùn)輸?shù)囊蟆?．相數(shù)變壓器的額定頻率即是所設(shè)計(jì)的運(yùn)行頻率，我國為50Hz。3．額定頻率

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。我國輸變電線路的電壓等級(即線路終端電壓)為0.38、(3、6)、10、35、(63)、110、220、330、500(kV)。故連接于線路終端的變壓器(稱為降壓變壓器)其一次側(cè)額定電壓與上列數(shù)值相同?？紤]線路的電壓降，線路始端(電源端)電壓將高于等級電壓，35kV以下的要高5％，35kV及以上的高10％，即線路始端電壓為0.4、(3.15、6.3)、10.5、38.5、(69)、121、242、363、550(kV)。故連接于線路始端的變壓器(即升壓變壓器)，其二次側(cè)額定電壓與上列數(shù)值相同。變壓器產(chǎn)品系列是以高壓的電壓等級區(qū)分的，為10kV及以下，20kV、35kV、(66kV)、110kV系列和220kV系列等。4．額定電壓24在變壓器銘牌所規(guī)定的額定狀態(tài)下，變壓器二次側(cè)的輸出能力(kVA)。對于三相變壓器，額定容量是三相容量之和。變壓器額定容量與繞組額定容量有所區(qū)別：雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量；多繞組變壓器應(yīng)對每個繞組的額定容量加以規(guī)定，其額定容量為最大的繞組額定容量；當(dāng)變壓器容量由冷卻方式而變更時，那么額定容量是指最大的容量。變壓器額定容量的大小與電壓等級也是密切相關(guān)的。電壓低、容量大時電流大，損耗增大；電壓高、容量小時絕緣比例過大，變壓器尺寸相對增大。因此，電壓低的容量必小，電壓高的容量必大。5．額定容量256．額定電流

變壓器的額定電流為通過繞組線端的電流，即為線電流(有效值)。它的大小等于繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應(yīng)的相系數(shù)(單相為1，三相為3)。單相變壓器額定電流為：三相變壓器額定電流為：D聯(lián)接時，線電流＝繞組相電流。三相變壓器繞組為Y聯(lián)結(jié)時，線電流為繞組電流。26變壓器同側(cè)繞組是按一定形式聯(lián)接的。三相變壓器或組成三相變壓器組的單相變壓器，那么可以聯(lián)接成星形、三角形等。星形聯(lián)接是各相線圈的一端接成一個公共點(diǎn)(中性點(diǎn))，其接端子接到相應(yīng)的線端上；三角形聯(lián)接是三個相線圈互相串聯(lián)形成閉合回路，由串聯(lián)處接至相應(yīng)的線端。星形、三角形、曲折形聯(lián)接，對于高壓繞組分別用符號Y、D、Z表示；對于中壓和低壓繞組分別用符號y、d、z表示。有中性點(diǎn)引出時那么分別用符號YN、ZN和yn、zn表示。變壓器按高壓、中壓和低壓繞組聯(lián)接的順序組合起來就是繞組的聯(lián)接組。例如：變壓器按高壓為D、低壓為yn聯(lián)接，那么繞組聯(lián)接組為Dyn(Dyn11)。7．繞組聯(lián)接組標(biāo)號27變壓器接在電網(wǎng)上運(yùn)行時，變壓器二次側(cè)電壓將由于種種原因發(fā)生變化，影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。因此變壓器應(yīng)具備一定的調(diào)壓能力。根據(jù)變壓器的工作原理，當(dāng)高、低壓繞組的匝數(shù)比變化時，變壓器二次側(cè)電壓也隨之變動，采用改變變壓器匝數(shù)比即可到達(dá)調(diào)壓的目的。變壓器調(diào)壓方式通常分為無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種方式。當(dāng)二次側(cè)不帶負(fù)載，一次側(cè)又與電網(wǎng)斷開時的調(diào)壓為無勵磁調(diào)壓，在二次側(cè)帶負(fù)載下的調(diào)壓為有載調(diào)壓。8．調(diào)壓范圍28

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，一次繞組中所流過的電流稱空載電流I0，變壓器空載合閘時有較大的沖擊電流。9．空載電流當(dāng)變壓器二次側(cè)短路，一次側(cè)施加電壓使其電流到達(dá)額定值，此時所施加的電壓稱為阻抗電壓UZ，變壓器從電源吸取的功率即為短路損耗。以阻抗電壓以與額定電壓UN之比的百分?jǐn)?shù)表示。即10．阻抗電壓和短路損耗

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變壓器負(fù)載運(yùn)行時，由于變壓器內(nèi)部的阻抗壓降，二次電壓將隨負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)的改變而改變。電壓調(diào)整率即說明變壓器二次電壓變化的程度大小，為衡量變壓器供電質(zhì)量的數(shù)據(jù)，其定義為：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：11．電壓調(diào)整率P33電壓調(diào)整率是衡量變壓器供電質(zhì)量好壞的數(shù)據(jù)。30

變壓器的效率η為輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分?jǐn)?shù)。通常中小型變壓器的效率約為90％以上，大型變壓器的效率在95％以上。12．效率(1)溫升：對于空氣冷卻變壓器是指測量部位的溫度與冷卻空氣溫度之差。對于水冷卻變壓器是指測量部位的溫度與冷卻器入口處水溫之差。油浸式變壓器繞組和頂層油溫升限值：因?yàn)锳級絕緣在98℃時產(chǎn)生的絕緣損壞為正常損壞，而保證變壓器正常壽命的年平均氣度是20℃，繞組最熱點(diǎn)與其平均溫度之差為13℃，所以繞組溫升限值為98－20－13＝65K。

油正常運(yùn)行的最高溫度為95℃，最高氣溫為40℃，所以頂層油溫升限值為95－40=55K。13．溫升和冷卻方式(2)冷卻方式變壓器的冷卻方式有多種，如干式自冷、油浸風(fēng)冷等，各種方式適用于不同種類的變壓器。31第二節(jié)變壓器運(yùn)行

變壓器油及運(yùn)行變壓器允許運(yùn)行方式

變壓器運(yùn)行變壓器運(yùn)行巡視檢查32一、變壓器允許運(yùn)行方式331．允許溫度與溫升熱源：繞組和鐵芯產(chǎn)生的損耗變壓器運(yùn)行時各部件的溫度一局部被變壓器各部件吸收使之溫度升高，另一局部那么散發(fā)到轉(zhuǎn)介質(zhì)中。當(dāng)散發(fā)的熱量與產(chǎn)生的熱量相等時，變壓器各部件的溫度到達(dá)穩(wěn)定，不再升高。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。繞組溫度最高鐵芯次之變壓器油溫度最低34A級絕緣材料：允許最高溫度為105℃變壓器的允許溫度：主要決定于繞組的絕緣材料。當(dāng)變壓器絕緣材料的工作溫度超過允許值時，其使用壽命將縮短。正常狀態(tài)，為了使變壓器油不致過速氧化，上層油溫一般不超過85℃。強(qiáng)迫油循環(huán)的水冷或風(fēng)冷變壓器，其上層油溫不宜經(jīng)常超過75℃。A級絕緣材料：浸漬處理過的有機(jī)材料、如紙、棉紗、木材等變壓器上層最高允許油溫：35變壓器的溫升溫升：變壓器的溫度與周圍環(huán)境溫度的差稱為。穩(wěn)定溫升大小與周圍環(huán)境溫度無關(guān)，它僅決定于變壓器損耗與散熱能力。所以，當(dāng)變壓器負(fù)載一定(即損耗不變)，而周圍環(huán)境溫度不同時，變壓器的實(shí)際溫度就不同。我國規(guī)定周圍環(huán)境最高溫度為40℃。P34穩(wěn)定溫升：變壓器的溫度到達(dá)穩(wěn)定時的溫升。A級絕緣的變壓器，繞組的允許溫升為65℃，而上層油溫那么為55℃〔在周圍環(huán)境最高溫度為40℃時〕。所以變壓器運(yùn)行時上層油溫及其溫升不超過允許值，即可保證變壓器在規(guī)定的使用年限平安運(yùn)行。362．變壓器過負(fù)載能力定義：在不損害變壓器絕緣和降低變壓器使用壽命的前提下，變壓器在較短時間內(nèi)所能輸出的最大容量。表示方法：一般以過負(fù)載倍數(shù)(變壓器所能輸出的最大容量與額定容量之比)表示。分類：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。37變壓器在正常運(yùn)行時，允許過負(fù)載是因?yàn)樽儔浩髟谝粫円箖?nèi)的負(fù)載有頂峰、