第十章 电力变压器

第十章电力变压器变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）第一节变压器的工作原理变压器的基本结构变压器的工作原理当一个交流电压U1接到初级绕组的线圈时，由于交流电的强度和极性是不停地正、负交替变化，因此初级绕组的线圈所产生的磁力线数目也不停改变(即产生交变磁通）。该磁通的绝大部分都被铁心束缚而同时穿过一次侧绕组、二次侧绕组，被称为主磁通，它随着电源的频率而变化。在一次侧绕组产生的交变磁通中，还有很少一部分通过周围空气闭合，称为漏磁通。漏磁通很小而忽略不计。由于磁通的不断变化，促使缠绕在同一铁芯上的另一端线圈产生感应电动势U2.第二节变压器的分类及技术参数一、变压器分类变压器按用途分类电力变压器特殊变压器二、变压器的铭牌和技术参数第三节变压器的结构一、变压器主体结构：1、吸潮器（硅胶筒）：内装有硅胶，储油柜（油枕）内的绝缘油通过吸潮器与大气连通，干燥剂吸收空气中的水分和杂质，以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能；硅胶变色、变质易造成堵塞。2、油位计：反映变压器的油位状态，一般在+20O左右，过高需放油，过低则加油；冬天温度低、负载轻时油位变化不大，或油位略有下降；夏天，负载重时油温上升，油位也略有上升；二者均属正常。3、油枕：调节油箱油量，防止变压器油过速氧化，上部有加油孔。4、防爆管：防止突然事故对油箱内压力聚增造成爆炸危险。5、信号温度计：监视变压器运行温度，发出信号。指示的是变压器上层油温，变压器线圈温度要比上层油温高10℃。国标规定：变压器绕组的极限工作温度为105℃；（即环境温度为40℃时），上层温度不得超过95℃，通常以监视温度（上层油温）设定在85℃及以下为宜。6、分接开关：通过改变高压绕组抽头，增加或减少绕组匝数来改变电压比。一般变压器均为无载调压，需停电进行：常分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三挡+5%、0%、-5%（一次为10.5KV、10KV、0.95KV二次为380V、400V、420V）。7、瓦斯信号继电器：（气体继电器）轻瓦斯、重瓦斯信号保护。上接点为轻瓦斯信号，一般作用于信号报警，以表示变压器运行异常；下接点为重瓦斯信号，动作后发出信号的同时使断路器跳闸、掉牌、报警；一般瓦斯继电器内充满油说明无气体，油箱内有气体时会进入瓦斯继电器内，达到一定程度时，气体挤走贮油使触点动作；打开瓦斯继电器外盖，顶上有二调节杆，拧开其中一帽可放掉继电器内的气体；另一调节杆是保护动作试验纽；带电操作时必须戴绝缘手套并强调安全。1、三相油浸式电力变压器外形图1-铭牌；2-信号式温度计；3-吸湿器；4-油标；5-储油柜；6-安全气道；7-气体继电器；8-高压套管；9-低压套管；10-分接开关；11-油箱；12-放油阀门；13-器身；14-接地板；15-小车2、干变压器式二、电力变压器的安全部件1、储油柜和油表储油柜是由钢板做成的圆桶形容器，水平安装在变压器油箱盖上，用弯曲联管与油箱连接，油枕的一端装有油位指示计，油枕的容积一般为变压器油箱所装油体积的8%～10%。其作用是变压器内部充满油，而由于油枕内油位在一定限度，当油在不同温度下膨胀和收缩时有回旋余地，并且油枕内空余的位置小，使油和空气接触的少，减少了油受潮和氧化的可能性，另外，储油柜内的油比油箱上部的油温低很多，几乎不和油箱内的油对流。在油枕和油箱的连接管上装有瓦斯继电器，来反映变压器的内部故障。2、呼吸器：呼吸器内装有干燥剂即硅胶，用来吸收空气中的水分。硅胶在干燥情况下呈现浅蓝色硅胶在吸潮饱和时呈现浅红色3、气体继电器轻瓦斯、重瓦斯信号保护。上接点为轻瓦斯信号，一般作用于信号报警，以表示变压器运行异常；下接点为重瓦斯信号，动作后发出信号的同时使断路器跳闸、掉牌、报警气体继电器具体保护过程正常运行时，气体继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，于簧触点断开.气体继电器在变压器正常运行时其内部充满变压器油，当变压器内部出现轻微故障时，变压器油由于分解而产生的气体通过连管进入继电器上部的气室内，迫使上浮子（和上浮子连在一起的永久磁铁）下降，当下降到整定位置时，接通干簧继电器触点，发出报警信号。当变压器内部发生严重故障引起变压器油快速流动时，固定在下浮子侧面的挡板即向流动方向移动，使下浮子下沉移到整定位置，和下浮子连在一起的永久磁铁接通干簧继电器触点，发出跳闸信号。4、防爆管：防爆管安装在变压器的油箱盖上。防爆管的顶端装有一个玻璃片，当变压器内部发生故障，产生高压，油里面的气体便冲破玻璃片排到油箱外，释放压力，从而保护变压器油箱不被破坏。5、绝缘套管：套管是将变压器高、低压绕组的引线引到油箱外部的绝缘装置。它既是引线对地（外壳）的绝缘，又担负着固定引线的作用。6、分接开关：通过改变高压绕组抽头，增加或减少绕组匝数来改变电压比。第四节变压器安装于运行一、变压器安装要求1、室内变压器安装要求1）变压器安装略有倾斜2）电气连接良好3）变压器中性点、外壳和避雷器接地4）防爆管口前方不得有可燃物体5)变压器室必须是耐火建筑2、室外变压器安装要求1）变压器一次、二次引线用绝缘导线2）柱上变压器安装平稳、牢固3）柱上变压器距离地面高度不得少于2.5米4）变压器台安装高度不得少于0.5米二、变压器的运行1、变压器的巡视2、变压器运行参数3、变压器的并联运行条件1)联接绕组必须相同2）额定电压比必须相等3）阻抗电压最好相等，相差不得超过10%4、变压器检修三、变压器功率的损耗电流流过变压器绕组时，应为绕组电阻的原因会发热而导致损耗，应为绕组是铜制作的，故称“铜耗”，也称“铜损”。变压器内的磁通是在铁芯上流动的，铁芯对磁通具有磁阻，就像导体对电流又电阻一样，也会产生热量，这样的损耗较“磁滞损耗”。因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡称为“涡流”。使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“涡流损耗”。磁滞损耗和涡流损耗都产生与变压器铁芯，固称“铁耗”也称“铁损”。第五节变压器的保护一、防雷保护二、继电保护1、气体保护(瓦斯保护）2、熔丝保护容量100KVA以下变压器熔丝额定电流按变压器额定电流2~3倍选择。容量100KVA以上变压器熔丝额定电流按变压器额定电流1.5~2倍选择。3、反时限过电流保护4、反时限过电流保护第六节变压器运行中的维护与检修一、正常检查项目(1)试验变压器运行的音响是否正常；(2)油枕及充油套管中的油色、油位是否正常，有无渗漏油现象；(3)各侧套管有无破损，有无放电痕迹及其它异常现象；(4)冷却装置运行是否正常；(5)上层油温表指示是否正确，有无异常情况；(6)防爆管的隔膜是否完好，有无积液情况；(7)呼吸器变色硒胶的变色程度；(8)瓦斯继电器内是否满油；(9)本体及各附件有无渗、漏油；(10)各侧套管桩头及连接线有无发热、变色现象二、特殊检查项目第七节变压器故障与事故处理一、变压器故障变压器故障主要发生在绕组、铁芯、套管、分接开关和油箱等部位，最常发生的故障是绕组故障。其中，以绝缘老化和层间绝缘损坏最为多见，其次是套管，分接开关失灵，绝缘油劣化，铁芯和其他零部件的故障较少。1、绝缘老化变压器绕组一般是A级绝缘。如果超负荷运行，其绝缘将加速老化。绝缘老化后绝缘材料会变黑，只要绕组稍微受到振动或略受摩擦绝缘即可能完全损坏，导致匝间短路或层间短路。绝缘老化后绝缘性能也明显下降，遇过电压时容易击穿。为了防止和减缓绝缘老化，必须严格控制和掌握变压器的负荷，严格控制上层油温和温升。2、绝缘油劣化变压器内的绝缘油在正常情况时，它有很好的电气绝缘性能和合适的黏度。它能增加绕组层间、相间、绕组与铁芯之间以及绕组与油箱外壳之间的绝缘强度；同时，还能够充满变压器内的所有空隙，排除空气，避免各部件与空气接触受潮而降低绝缘性能3、过电压分两类：外过电压和内过电压。外过电压是由雷击引起，内过电压是由于电力系统中的参数发生变化时，电磁能的振荡和积聚引起。这两类过电压引起的损坏事故大多是绕组的主绝缘击穿。4、套管及引线故障套管损坏主要是由于检修维护不当或不及时引起。为了避免套管损坏，应加强套管的预防性试验及清扫工作。5、磁路故障1）穿心螺杆或螺丝碰接铁芯。其间发生短路时将有很大电流通过，造成局部过热，有时甚至会使铁芯、夹板熔化引起绝缘着火。2）硅钢片间的绝缘损坏。3）铁芯未接地或接地不良。铁芯如无良好接地，则在绕组的感应作用下会产生一定电压，并可能在接地的油箱之间产生放电，这种放电使油炭化、变质、劣化。6、分接开关故障。无载分接开关可能发生下列故障：1）开关触头接触不良而烧伤。触头弹簧压力不足，滚轮压力不均使有效面积减少，渡银层磨损，接触处存在油污等，导致接触不良。2)开关的连接线连接不好，遇大电流或短路电流时，导致烧伤或脱焊。3)开关的编号错误，使副边三相电压不平衡，并在三角形接法的绕组内产生环流，造成变压器过热。4)开关的相间距离不够，过电压时可能产生相间短路。有载分接开关可能发生下列故障：1)其限流阻抗在切换过程中烧断。如断口处电弧不能熄灭将使故障扩大。2)开关由于密封不严而进水，可造成相间闪络或短路。3)开关滚轮被卡住，使触头停在过渡位置而损坏。4)开关的附加油箱缺油，不能有效地熄灭电弧而损坏。二、变压器的事故处理一、变压器内部异常声响1、变压器发出异常声响可能有以下原因：1）严重过负荷，会使变压器内部发出沉重的〝嗡嗡〞声。2）由于内部接触不良或有击穿，发生放电，会使变压器内部发出〝吱吱〞声。3）由于变压器顶盖连接螺栓或个别零部件松动，变压器铁芯未夹紧，造成硅钢片振动，会发出强烈噪声。铁芯两侧硅钢片未被夹紧，也会发出异常声音。4）电网中有接地或短路故障时，绕组中流过很大电流，也会发出强烈的噪声。5）变压器有大型动力设备起动或能产生谐波电流的设备运行时，可能导致变压器发出〝哇哇〞声。6）由于铁磁谐振，变压器发出忽粗忽细的异常声音。7）变压器原边电压过高或不平衡都会发出异常声音。8）由于过电压，绕组或引出线对外壳放电，或铁芯接地线断，致使铁芯对外壳放电，均使变压器发出放电声响。9）当变压器发出异常声响时，应判断其可能的原因，变压器内部有击穿或零部件松动，应停电处理。2、变压器保护动作气体保护是变压器的主保护。当气体保护发出信号时，应对继电器气体和变压器进行检查，并严密监视运行情况。包括电流、电压的检查，温升、声音的查检，油位、油色的检查。3、变压器油位过高或过低正常时，变压器的油位决定于油温的变化。油位固定不变或变化规律与油温不相符合。可能是假油位。假油位一般是油标管堵塞，呼吸器堵塞或气体释放阀堵塞造成。处理假油位，应将气体继电器跳闸回路解除，以防误跳闸。变压器油位过高，可能造成溢油。油位过低，可能造成气体继电器误动作，还可能使变压器内部引线或线圈外露，导致内部放电。4、变压器油枕或气体释放阀（防爆管）喷油变压器油枕或气体释放阀喷油，表明变压器内部严重故障。喷油使油位迅速降低，可能导致气体继电器动作跳闸。变压器未装气体继电器或保护未动作，则当油位下降至顶盖以下时，变压器内部可能姓放电。5、变压器油质变坏或油温突然升高变压器油如果经常过热和进水，吸收潮气，将使油质变坏，通过取样分析，可以发现油色加深或变黑，油内含有碳粒和水分，酸值增高、闪点降低，绝缘强度降低，这里很容易在绕组与外壳之间发生击穿放电，造成严重事故。此时应对油进行过滤和再生过滤处理。6、变压器着火变压器内部发生严重故障，又没有及时处理，即可能着火，酿成火灾。变压器着火时，油箱内绝缘油燃烧，变成气体，使油箱爆裂，燃烧的油四处飞溅，可能造成更大的损失。内部短路，外部短路或严重过负荷，雷击或外界火源移近变压器，均可能导致变压器着火。