电力变压器工作原理课件.ppt
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1、电力变压器,电力变压器的结构和原理,第一节 变压器的基本工作原理和结构 第二节 变压器运行与保护第三节 变压绕组的直流电阻及绝缘电阻的 测量方法第四节 变压器的异常运行及故障判断和处理方法,第一节 变压器的基本工作原理和结构,教学要求(1) 了解变压器的用途、分类(2) 了解变压器的主要结构(3) 掌握变压器的基本工作原理(4) 掌握变压器的额定参数,送电过程,在输电过程中,电压必须进行调整。,变压器的规格型号按电压等级分:1000KV,750KV,500KV,330KV,220KV,110KV,66KV,35KV,20KV,10KV,6KV,0.4KV,110V,36V等。按绝缘散热介质分:
2、干式变压器,油浸式变压器,其中干式变压器又分为:SCB环氧树脂浇注干式变压器和SGB10非包封H级绝缘干式变压器。按铁芯结构材质分:硅钢叠片变压器,硅钢卷铁芯变压器,非晶合金铁芯变压器。按设计节能序列分:SJ,S7,S9,S11,S13,S15。按相数分:单相变压器,三相变压器。按容量来说我国现在变压器的额定容量是按照R10优先系数,即按10的开10次方的倍数来计算,30KVA,50KVA,63KVA,80KVA,100KVA,125KVA,160KVA,200KVA,250KVA,315KVA,400KVA,500KVA,630KVA,800KVA,1000KVA,1250KVA,1600K
3、VA,2000KVA,2500KVA,3150KVA,4000KVA,5000KVA等。,在我们使用的各种用电器中,所需的电源电压各不相同,而日常照明电路的电压是220V,那么如何解决这一问题呢?,生活中需要各种电压,需改变电压,以适应各种不同电压的需要。,第一章 变压器的基本工作原理和结构,1-1 变压器在电力系统中的应用,1-1 变压器在电力系统中的应用,1.电力传输 2.变压器的容量,2.示意图,一、变压器的构造,3.电路图中符号,铁芯与线圈互相绝缘,1.构造:,(1)铁芯,(2)原线圈(初级线圈),(3)副线圈(次级线圈),变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了: 电能 磁场能 电能转
4、化(U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2),二、变压器的工作原理,思考:若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?,=0,互感现象,变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了: 电能 磁场能 电能转化(U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2),二、变压器的工作原理,思考:若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?,=0,互感现象,1、n2 n1 U2U1升压变压器,2、n2 n1 U2 U1降压变压器,实验和理论分析都表明:理想变压器原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比。,原、副线圈中产生的感应电动势分别是:,E1=n1/ t,E2=n2/ t,若不考虑原副线圈的内阻有 U1=E1 U
5、2=E2,三、理想变压器的变压规律,理想变压器输入功率等于输出功率,即:,U1I1=U2I2,P入= P出,四、理想变压器的电流规律,理想变压器原、副线圈的电流跟它们的匝数成反比,此公式只适用于一个副线圈的变压器,一、变压器的构造 1示意图 2符号,二、变压器的工作原理: 1、互感现象:变压器只能改变交流电的电压和电流 2、能量转化:电能磁场能电能 3、理想变压器:,三、理想变压器的变压、变流规律:,小结,P入P出,1-2 变压器的基本工作原理及分类,变压器的分类,按用途分:,街头变压器,各式变压器,可拆式变压器,变电站的大型变压器,形形色色的变压器,按相数分:,单相变压器,三相变压器,按绕组
6、形式分:,干式变压器,油浸式变压器,按冷却介质分:,强迫油循环电力变压器,变压器常用的冷却方式有以下几种:,1、油浸自冷(ONAN); 2、油浸风冷(ONAF); 3、强迫油循环风冷(OFAF); 4、强迫油循环水冷(OFWF); 5、强迫导向油循环风冷(ODAF); 6、强迫导向油循环水冷ODWF),按变压器选用导则的要求,冷却方式的选择推荐如下,1、 油浸自冷 31500kVA及以下、35kV及以下的产品; 50000kVA及以下、110kV产品。 2 、油浸风冷 12500kVA63000kVA、35kV110kV产品; 75000kVA以下、110kV产品; 40000kVA及以下、2
7、20kV产品。,3、 强迫油循环风冷 5000090000kVA、220kV产品。 4 、强迫油循环水冷 一般水力发电厂的升压变220kV及以上、60MVA及以上产品采用。 5 、强迫导向油循环风冷或水冷(ODAF或ODWF) 75000kVA及以上、110kV产品; 120000kVA及以上、220kV产品; 330kV级及500kV级产品。,按铁心形式分:,1-3变压器的基本结构,1-3 变压器的基本结构,铁心 作用:磁路的构成部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗,铁心均用0.350.5mm厚的热轧或冷轧硅钢片叠成,片间涂以0.010.013mm厚的漆膜,以避免片间短路。 绕组 作用:电路
8、的组成部分,用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成 。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。 绝缘结构 作用:实现变压器的绝缘,包括外部绝缘和内部绝缘。油箱和其它附件 作用:铁心和绕组组成变压器的器身,器身放置在装有变压器油的油箱内,在油浸变压器中,变压器油既是绝缘介质,又是冷却介质。,低压,高压,1-4 变压器的额定值,额定容量 指在额定状态下变压器的视在功率额定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。对三相变压器,额定容量指三相的总容量。额定电压 指长期运行时所能承受的工作电压,以伏(V)或千伏(kV)为单位。对三相变压器,额定电压指线电压。额定电流 指在额定容量下,
9、允许长期通过的额定电流,以安(A)或千安(kA)为单位。对三相变压器,额定电压指线电流。额定频率 以赫兹(Hz)为单位。我国额定工频为50Hz。,1-4 变压器的额定值,3)双绕组变压器原、副边容量按相等进行设计,4)U1N指电源加到变压器原边的电压; U2N指原边加上额定电压时的副边开路电压,空载电压,副边电流为零,5)分析变压器和电机时,所说的负载一般是指电流而不是阻抗,注意:1)额定工作状态下变压器的效率、温升等数据,均属于额定值 2) 除额定值以外,铭牌上还标有变压器的相数,联结组标号和绕组联结图、阻抗电压等,型号,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容,表示方法
10、为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压,额定容量250000kVA,高压额定电压220kV电力变压器。,1-5三相变压器的电路系统-连接组(一)联结法绕组的首端和末端的标志规定,1.星形联结用符号“Y(或 y)”表示三个首端 A、B、C(或 a、b、c)向外引出末端 X、Y、Z(或 x、y、z)连接在一起成为中性点2.三角形联结用符号“D(或d)”表示各相间联结次序为 A - X - C - Z - B - Y(或 a- x - c - z - b - y)从首端 A、B、C(或 a、b、c)向外引出,(二)联结组 三相绕组无论采用什么联结法,二次
11、侧线电动势的相位差总是30的倍数,因此采用钟表面上12个数字来表示1.时钟表示法把高压侧线电动势的相量作为分针,始终指着“12”这个数字而以低压侧线电动势的相量作为时针,它所指的数字即表示高、低压侧线电动势相量间的相位差这个数字称为三相变压器联结组的“标号”2.单相变压器的联结单相变压器或三相变压器中某相高、低压绕组的联结组问题其实质为电路理论中互感线圈的同名端问题,由电路图表达获得三相变压器的具体连接,1-5自耦变压器,原付边共用一部分绕组的变压器。,(一)特点:,1、原付绕组既有磁的联系,又有电的联系。,2、能量传递,既有磁场传递的,又有直接传递的。,三 相 自 耦 变 压 器,1-6互感
12、器互感器是电流互感器和电压互感器的合称。互感器的主要功能是:(1)可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A;电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。(2)可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平,简化仪表构造,同时保证工作人员的安全。(3)可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈。,1. 电流互感器电流互感器简称CT(文字符号为TA,单二次绕组电流互感器图形符号为 ,是变换电流的设备。(1)工作原理和接线方式电流互感器由一次绕组、铁芯、二次绕组组成。其结构特点是:一次绕组匝数少且粗,有的型号还没有一次绕组,利用穿过其铁芯的一次电路
13、作为一次绕组(相当于1匝);而二次绕组匝数很多,导体较细。电流互感器的一次绕组串接在一次电路中,二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联,形成闭合回路,由于这些电流线圈阻抗很小,工作时电流互感器二次回路接近短路状态。 电流互感器的变流比Ki用表示,则 式中,I1N、I2N分别为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流值,N1、N2为其一次和二次绕组匝数。变流比一般表示成如100/5A形式。,图4-15 LQZ-10型电流互感器的外形图,图4-16 LMZJ1-0.5型电流互感器的外形图,(3)电流互感器使用注意事项 电流互感器在工作时二次侧不得开路。 电流互感器二次侧有一端必须接地 电流互感器在接线时,必
14、须注意其端子的极性,2.电压互感器电压互感器简称PT,是变换电压的设备。 文字符号为TV,单相式电压互感器图形符号为 (1)工作原理和接线方式电压互感器的基本结构原理如图4-17所示,它由一次绕组、二次绕组、铁芯组成。一次绕组并联在线路上,一次绕组匝数较多,二次绕组的匝数较少,相当于降低变压器。二次绕组的额定电压一般为100V。二次回路中,仪表、继电器的电压线圈与二次绕组并联,这些线圈的阻抗很大,工作时二次绕组近似于开路状态。,图4-17电压互感器的结构原理,电压互感器的变压比用Ku表示 式中,U1N、U2N分别为电压互感器一次绕组和二次绕组额定电压,N1、N2为一次绕组和二次绕组的匝数。变压
15、比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。电压互感器有单相和三相两大类,在成套装置内,采用单相电压互感器较为常见。,(3)电压互感器使用注意事项 电压互感器在工作时,其一、二次侧不得 短路 电压互感器二次侧有一端必须接地 电压互感器在接线时,必须注意其端子的极性,图4-19 JDZ-3、6、10型 电压互感器外型结构,图4-20JSW-10型电压互感器外型结构,第二节 变压器的运行与保护,教学要求(1)变压器的负荷能力(2)变压器的运行与维护,2.1 变压器的负荷能力 变压器的负荷能力指在短时间内所能输出的超过额定容量的功率。 负荷能力的大小和持续时间决定于:变压器的电流和温度是否超过规定的限
16、值。在整个运行期间,变压器总的绝缘老化是否超过正常值,即在过负荷期间绝缘老化可能多一些,在欠负荷期间绝缘老化要少一些,只要二者互相补偿,总的不超过正常值,能达到正常预期寿命即可。,变压器的温度,(1) 强迫油循环风冷式变压器上层油温经常不应超过75,最高不得超过85,其最大温升不超过45(环境温度40)。绕组平均温升不超过62,铁心绕组外部的电气连接或油箱中的结构件不超过80。(2) 油浸风冷或油浸自冷式变压器,上层油温经常不超过85,最高不应超过95,其最大温升不应超过50。(3) 干式变压器各部温度不应超过130。,变压器的过负荷运行,(1) 正常方式下变压器不允许过负荷运行。(2) 变压
17、器存在较大缺陷时(如冷却系统不正常,严重漏油,油质劣化等)不允许过负荷。(3) 在正常规定范围内和事故情况下可短时间过负荷运行,但应控制上层油温不超过规定值,干式变压器应监视其线圈温度不超过规定值,2.1.1变压器发热时的特点,油浸式变压器各部分的温升分布,油浸变压器温度沿高度的分布图,2.1.2 稳态温升 (1)变压器长期稳定运行,各部分温升达到稳定值。 (2)由于发热很不均匀,各部分温升通常都用平均温升和最大温升来表示。,2.1.3 变压器的绝缘老化1.变压器的绝缘老化现象 (1)在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响,使绝缘材料的机械、电气性能衰减,逐渐失去其初期所具有的性
18、质,产生绝缘老化现象。 (2)变压器的绝缘老化,主要是受温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响,其中高温是促成老化的直接原因。,2.变压器的寿命 (1)变压器的预期寿命指当变压器绝缘的机械强度降低至其初始值15%20%所经过的时间。 (2)研究表明,变压器绕组热点温度在800C 1400C范围内,变压器的预期寿命和绕组热点温度的关系为,3.等值老化原则 等值老化原则使变压器在一定时间间隔T(一年或一昼夜)内绝缘老化或所损耗的寿命等于在时间间隔T内恒定温度98时变压器所损耗的寿命,用公式表示为,2.1.4 变压器的正常过负荷 正常容许过负荷的条件是:(1)保证在指定的时间段内(1天或1年),变压
19、器绝缘的损耗等于额定损耗;(2)最大负载不应超过额定容量的1.5倍;(3)上层油温不超过95 ;绕组最热点温度不超过140 。满足此条件变压器可长期运行。,1.等值空气温度 等值空气温度指某一空气温度,在一定时间间隔内如维持此温度不变,当变压器带恒定负荷时,绝缘所遭受的老化等于空气温度自然变化时和同样恒定负荷情况下的绝缘老化,用算式表示为,2.变压器的寿命 变压器的预期寿命指当变压器绝缘的机械强度降低至其初始值15%20%所经过的时间。 研究表明,变压器绕组热点温度在800C 1400C范围内,变压器的预期寿命和绕组热点温度的关系为,3.等值老化原则 等值老化原则使变压器在一定时间间隔T(一年
20、或一昼夜)内绝缘老化或所损耗的寿命等于在时间间隔T内恒定温度98时变压器所损耗的寿命,用公式表示为,2.1.5变压器的事故过负荷 事故过负荷当系统发生事故时,变压器在较短时间内可能出现比正常过负荷更大的过负荷,这种事故情况下的过负荷称为事故过负荷。 国际电工技术委员会(IEC)没有严格规定容许事故过负荷的具体数值,而是列出了事故过负荷时变压器寿命所牺牲的天数,即事故过负荷一次(例如事故过负荷1.3倍,运行2h),变压器绝缘的老化相当于正常老化时的天数。,2.2变压器的运行与维护 2.2.1变压器的投运与停运1.投运前应作的准备 (1)对新投运的变压器以及长期停用或大修的变压器,在投运之前,应重
21、新按部颁电气设备预防性试验规程进行必要的试验。 (2)新投运的变压器必须在额定电压下做冲击合闸试验,冲击五次;大修或更换改造部分绕组的变压器则冲击三次。,2.变压器投运前的检查项目,(1) 变压器投入运行或备用前,所有有关工作票应办理终结并有可投运交待,拆除临时安全措施,恢复常设安全措施,现场清洁。(2) 相关保护和自动装置试验正常。(3) 变压器外壳与铁芯接地良好。(4) 油质及油色、油位正常,温度计指示正常,各部无渗漏油现象。(5) 瓦斯继电器内充满油,内部无气体,瓦斯继电器与油枕之间油门应打开。,(6) 套管清洁,无裂纹,破损及放电痕迹,吸潮剂无潮解变色现象,呼吸管畅通。(7) 变压器本
22、体及周围无杂物。(8) 防爆膜完整,压力释放器不动作。(9) 变压器分接开关位置一致,并与记录标注相符。(10) 冷却器进出油阀应打开,油泵、风扇启、停试验良好,冷却器电源切换正常。(11) 有载调压装置各部正常,信置指示正确。,3.干式变压器投运前检查项目,(1) 中性点接地良好。(2) 外壳接地良好。(3) 无异物落在线圈及引线排上。(4) 所有紧固件无松动。(5) 测温装置完好。(6) 分接头连接片良好,三相位置一致、位置正确。(7) 线圈环氧绝缘层无开裂、剥落现象。(8) 各保护已按规定投运。(9) 变压器绝缘电阻合格。(10) 变压器门已锁好,4.变压器的停运,主变在退出运行前,应根
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