变压器基本结构与主要部件(技术讲课)课件.ppt

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1、时间：2014年05月20日地点：电气一次班主持人：王凯学习内容：电力变压器的基本结构及主要部件,技术讲课,目 录,变压器在电力系统中的作用常用变压器的种类变压器的基本原理介绍变压器铭牌数据介绍电力变压器的基本结构电力变压器的主要部件及作用电力变压器运行维护,变压器在电力系统中的作用（一）,变压器在电力系统中主要作用是变换电压，以利于功率的传输。2.升高电压可以减少线路损耗，提高送电的经济性，达到远距离送电的目的。3.降低电压，把高电压变为用户所需要的各级使用电压，满足用户需要。,变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。,变压器在电

2、力系统中的作用（一）,变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电气设备，变压器的总容量大约是发电机总容量的9倍以上。其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。在电力系统中，输送同样功率的电能，电压越高，电流就越小，输电线路上的功率损耗也越小；输电线的截面积也可以减小，这样就可以减少导线的金属用量。,变压器在电力系统中的作用（一）,例如，在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电，到达目的地以后再用变压器把电压降低供用户使用； 在实验室用自耦变压器改变电源电压； 在测量上利用仪用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围； 在电子设备和仪器中用小

3、功率电源变压器提供多种电压，用耦合变压器传递信号并隔离电路上的联系等等； 变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理是相同的。,变压器在电力系统中的作用（二）,变压器在电力系统中的作用（二）,常用变压器的分类（一）,常用变压器的分类,A：按相数分：单相变压器：用于单相负荷和 三相变压器组。三相变压器：用于三相系统的升、降电压。,常用变压器的分类（二）,B：按冷却方式分：干式变压器：依靠空气对流进行冷却。油浸式变压器：依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷等。,常用变压器的分类（三）,C：按用途分电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。仪用变压器：如电压互感器

4、、电流互感器、用于测量仪 表和继电保护装置。试验变压器：能产生所需电压，对电气设备进行试验。特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。,常用变压器的分类（四）,D：按绕组形式分：双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接 三个电压等级。自耦变电压：用于连接不同电压的电力系统。也可做为 普通的升压或降后变压器用。,各种变压器图片（一）,试验变压器,三相三绕组变压器,大型整流变,各种变压器图片（二）,电抗器,控制变压器,高频变压器,特殊类型变压器,电压互感器,钳形电流表,交流电焊机,电流互感器,变压器的基本原理介绍,变压器的一次绕组（

5、一次绕组）与交流电源接通后，经绕组内流过交变电流产生磁通 ，在这个磁通作用下，铁芯中便有交变磁通 ，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能， 在铁芯中同时交（环）链原、副边绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。,变压器的基本原理介绍,变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势e1、e

6、2。根据电磁感应定律可写出电动势的瞬时方程式：,只要：(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。,变压器的基本原理介绍,在主磁通的作用下，两侧的线圈分别产生感应电势，电势的大小与匝数成正比，K为变压器变比。,变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大。变压器的原、副线圈匝数不同，起到了变压作用。 变压器一次侧为额定电压时，其二次侧电压随着负载电流的大小和功率因素的高低而变化。,变压器电流之比与一、二次绕组的匝数成反比，即：,型号与额定值,每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。,型号与额定值,型号表示一台变压器的结

7、构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为：,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。,一、型号,型号与额定值,1、产品类别代号O-自耦变压器，通用电力变压器不标H-电弧炉变压器C-感应电炉变压器Z-整流变压器K-矿用变压器Y-试验变压器2、相数D-单相变压器S-三相变压器3、冷却方式F-风冷式W-水冷式,注：油浸自冷式和空气自冷式不标注4、油循环方式N自然循环O强迫导向循环P强迫循环5、绕组数S三绕组注：双绕组不标注7、调压方式Z有载调压注：无载调压不标注,型号与额定值,例1：一台

8、三相、油浸、风冷、双绕组、无励磁调压、铝导线、20000 kVA、110 kV级电力变压器产品，其性能水平符合GB/T 6451规定，该产品的型号为： SFL720000/110例2： 一台三相、油浸、水冷、强迫油循环、双绕组、有载调压、铜导线、360000 kVA、220 kV级低噪声用电力变压器的产品，其性能水平符合GB/T 6451规定，该产品的型号为: SWPZ7Z360000/220,型号与额定值,二、额定值,变压器的铭牌主要标示变压器的额定值，变压器的额定值是制造厂对变压器正常使用所作的规定，变压器在规定的额定值状态下运行，可以保证长期可靠的工作，并且有良好的性能。变压器的铭牌标注

9、的额定值主要包括以下几方面： （1）额定容量：是变压器在额定状态下的输出能力的保证值，单位用伏安(VA)、千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)表示，额定容量是视在功率, 是指变压器副边额定电压和额定电流的乘积. 它不是变压器运行时允许输出的最大有功功率, 后者和负载的功率因数有关. 所以输出功率在数值上比额定容量小.由于变压器有很高运行效率，通常原、副绕组的额定容量设计值相等。,型号与额定值,（2）额定电压：是指变压器空载时端电压的保证值，根据变压器的绝缘强度和允许温升而规定的电压值，单位用伏(V)、千伏(kV)表示。三相变压器原边和副边的额定电压系指线电压。原边额定电压U1是指原边绕组上应加的

10、电源电压(或输入电压),副边额定输出电压U2通常是指原边加U1时副边绕组的开路电压. 使用时原边电压不允许超过额定值(一般规定电压额定值允许变化5%).考虑有载运行时变压器有内阻抗压降, 所以副边额定输出电压U2应较负载所需的额定电压高5-10%. 对于负载是固定的电源变压器, 副边额定电压U2有时是指负载下的输出电压.,型号与额定值,（3） 额定电流：额定电流是指变压器按规定的工作时间(长时连续工作或短时工作或间歇断续工作)运行时原副边绕组允许通过的最大电流, 是根据绝缘材料允许的温度定下来的. 由于铜耗, 电流会发热. 电流越大,发热越厉害, 温度就越高. 在额定电流下, 材料老化比较慢.

11、 但如果实际的电流大大超过额定值, 变压器发热就很厉害, 绝缘迅速老化, 变压器的寿命就要大大缩短.,型号与额定值,（4）额定频率 ：使用变压器时, 还要注意它对电源频率的要求. 因为在设计变压器时, 是根据给定的电源电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的. 如果乱用频率, 就有可能变压器损坏. 例如一台设计用50Hz, 220V电源的变压器, 若用25Hz, 220V电源, 则磁通将要增加一倍, 由于磁路饱和, 激磁电流剧增,变压器马上烧毁. 所以在降频使用时, 电源电压必须与频率成正比下降。 另外, 在维持磁通不变的条件下, 也不能用到400Hz, 1600V的电源上. 此时虽不存在磁路的

12、饱和问题, 但是升频使用时耐压和铁耗却变成了主要矛盾. 因为铁耗与频率成1.5-2次方的关系. 频率增大时, 铁耗增加很多. 由于这个原因, 一般对于铁心采用0.35mm厚的热轧硅钢片的变压器, 50Hz时的磁通密度可达0.9-1T, 而400Hz时的磁通密度只能取到0.4T. 此外变压器用的绝缘材料的耐压等级是一定的, 低压变压器允许的工作电压不超过300-500V. 所以在升频使用时, 电源电压不能与频率成正比的增加, 而只能适当地增加.,型号与额定值,（5）额定温升：变压器的额定温升是以环境温度+40C作参考，规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境的最大温升。（6）空载电流：变压器空载

13、运行时激磁电流占额定电流的百分数。（7）空载损耗：是指变压器在空载运行时的有功功率损失，单位以瓦(W)或千瓦(kW)表示。（8）短路电压：也称阻抗电压，系指一侧绕组短路，另一侧绕组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。 （9）短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压使两侧绕组都达到额定电流时的有功损耗，单位以瓦(W)或千瓦(kW)表示。（10）连接组别：表示原、副绕组的连接方式及线电压之间的相位差，以时钟表示。,电力变压器的基本结构,变压器（油浸式）,电力变压器的基本结构图,变压器的主要部件 - 铁芯,1.铁芯 铁芯是变压器最基本的组成部件之一，是变压器的磁路部分，变压器的一、二次绕

14、组都在铁芯上，为提高磁路导磁系数和降低铁芯内涡流损耗，铁芯通常用0.35毫米，表面绝缘的硅钢片制成。铁芯分铁芯柱和铁轭两部分，铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯连接起来，使之形成闭合磁路。 为防止运行中变压器铁芯、夹件、压圈等金属部件感应悬浮电位过高而造成放电，这些部件均需单点接地。为了方便试验和故障查找，大型变压器一般将铁芯和夹件分别通过两个套管引出接地。,变压器的主要部件 - 绕组,2.绕组 绕组也是变压器的最基本的部件之一。它是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包裹的铜线或者铝线绕成。接到高压电网的绕组为高压绕组，接到低压电网的绕组为低压绕组。,大型电力变压器采用同心式绕组。它是将高、低压绕组同心地

15、套在铁芯柱上。通常低压绕组靠近铁芯，高压绕组在外侧。这主要是从绝缘要求容易满足和便于引出高压分接开关来考虑的。变压器高压绕组常采用连续式结构，绕组的盘(饼)和盘(饼)之间有横向油道，起绝缘、冷却、散热作用。,变压器的主要部件 -绝缘材料,3.绝缘材料及结构 变压器的绝缘材料主要是电瓷、电工层压木板及绝缘纸板。变压器绝缘结构分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等。 绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘指的是绕组与绕组之间、绕组与铁

16、心及油箱之间的绝缘；纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘。,电工层压木板,绝缘纸板,电瓷,变压器的主要部件 -分接开关,4.分接开关（调压装置） 变压器的调压方式分无载调压和有载调压两种。需停电后才能调整分接头电压的称无载调压；可以带电调整分接头电压的称有载调压。 分接开关的作用是：保证电网电压在合理范围内变动。分接开关一般从高压绕组中抽头，因为高压侧电流小，引线截面积及分接开关的接触面可以减小，减少了分接开关的体积。,变压器的主要部件 无载分接开关,4.1.无载分接开关 无载分接开关又称无励磁分接开关，一般设有3到5个分接位置。操作部分装于变压器顶部，经操作杆与分接开关转轴连接。 切换分接

17、开关注意事项：1.切换前应将变压器停电，做好安全措施；2.三相必须同时切换，且处于同一档位置；3.切换时应来回多切换几次，最后切到所需档位，防止由于氧化膜影响接触效果；4.切换后须测量三相直流电阻。,变压器的主要部件-有载分接开关,4.2.有载分接开关 有载分接开关由选择开关、切换开关及操作机构等部分组成，供变压器在带负荷情况下调整电压。有载调压分接开关上部是切换开关，下部是选择开关。变换分接头时，选择开关的触头是在没有电流通过的情况下动作；切换开关的触头是在通过电流下动作，经过一个过渡电阻过渡，从一个档转换至另一个档位。切换开关和过渡电阻器装在绝缘筒内。,变压器的主要部件 -有载分接开关,操

18、作机构经过垂直轴、齿轮盒和绝缘水平轴与有载调压开关相连接，这样就可以从外部操作有载调压开关。有载调压分接开关有单独的安全保护装置，包括储油柜、安全气道和气体继电器。,变压器的主要部件 - 油箱,5.油箱 油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的铁芯和绕组置于油箱内，箱内注满变压器油。常见油箱有两种类型：1.箱式油箱：一般用于中小型变压器2.钟罩式油箱：用于大型变压器。 变压器油的作用就是绝缘和冷却。为防止变压器油的老化，必须采取措施，防止油受潮，减少与空气的接触。25#油：25#指变压器油的凝固点是零 下25摄氏度。,变压器的主要部件 -油箱,变压器大修,变压器的主要部件 - 储油柜（1）,6.储油

19、柜 储油柜也称作油枕，有常规油枕和波纹油枕之分，当变压器油的体积随油温的升降而膨胀或缩小时，油枕就起着储油和补油的作用，以保证油箱内始终充满油。油枕的体积一般为变压器总油量的8%10%左右。常规油枕有三种形式：敞开式、隔膜式和胶囊式。大型变压器为了保证变压器油的性能，防止油的氧化受潮，一般采用隔膜式和胶囊式，以避免油与空气直接接触。油枕上装有油位计，现在一般采用磁力油位计，变压器的油位计和变压器油的温度相对应，用以监视变压器油位的变化。,胶囊式储油柜,隔膜式储油柜,变压器的主要部件 - 储油柜（2）,敞开式油枕通常使用玻璃管式的油位计，玻璃管旁边标着刻度，油柜上标着相对应的温度。现在一般也采用

20、磁力油位计。 波纹油枕采用膨胀器的位置指示作为油位指示。,敞开式储油柜,波纹膨胀器储油柜,变压器的主要部件 - 储油柜（3）,储油柜油位变化示意图,变压器油温与油位指示对应位置图,变压器的主要部件 - 呼吸器,7.呼吸器 呼吸器又叫吸湿器，由油封、容器、干燥剂组成。容器内装有干燥剂（如硅胶）；当油枕内的空气随着变压器油体积膨胀或缩小时，排出或吸入的空气都经过呼吸器，呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水分，对空气起过滤作用，从而保障了油枕内的空气干燥而清洁。呼吸器内的干燥剂变色超过二分之一时应及时更换。 有载开关油枕的呼吸器干燥剂更需及时更换，原因是油枕属敞开式油枕，没有胶囊或者隔膜，呼吸器一旦失去吸

21、潮功能，水分就会直接沿管道进入开关内。波纹油枕没有呼吸器。,变压器的主要部件 - 冷却装置,8.冷却装置 变压器运行时产生的铜损、铁损等损耗都会转变成热量，使变压器的有关部分温度升高。 变压器的冷却方式有：1、油浸自冷式(ONAN)； 2、油浸风冷式(ONAF)； 3、强迫油循环风冷式(OFAF)； 4、强迫油循环水冷式(OFWF)； 冷控系统是根据变压器运行时的温度或负荷高低手动或自动控制投入或退出冷却设备，从而使变压器的运行温度控制在安全范围。,油浸自冷,强迫油循环风冷式,油浸风冷,强迫油循环水冷,变压器冷却方式代号含义,变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的。油浸变压器分为油箱内部

22、冷却和油箱外部冷却，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。 第一个字母：与绕组接触的冷却介质。 O：矿物油或燃点大于300的绝缘液体； K：燃点大于300的绝缘液体； L：燃点不可测出的绝缘液体； 第二个字母：内部冷却介质的循环方式。 N：流经冷却设备和绕组内部的油流是自然的热对流循环； F：冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环； D：冷却设备中的油流是强迫循环，在主要绕组内的油流是强迫导向循环第三个字母：外部冷却介质。 A：空气； W：水 第四个字母：外部冷却介质的循环方式。 N：自然对流； F：强迫循环（风扇、泵等）,变压器的主要部件 油流继电器,9.油流继

23、电器 油流继电器是检测潜油泵工作状态的部件，安装在油泵管路上。当油泵正常工作时，在油流的作用下，继电器安装在管道内部的挡板发生偏转,带动指针指向油流流动侧，同时内部接点闭合，发出运行信号；当油泵发生故障停止或出力不足时,挡板没有偏转或偏转角度不够,指针偏向停止侧,点接通,跳开相应不出力的故障油泵,从而启动备用冷却器,发信号。,10.压力释放器（阀） 压力释放器装于变压器的顶部。变压器一旦出现故障，油箱内压力增加到一定数值时，压力释放器动作，释放油箱内压力，从而保护了油箱本身。在压力释放过程中，微动开关动作，发出报警信号，也可使其接通跳闸回路，跳开变压器电源开关。此时，压力释放器动作，标志杆升起

24、，并突出护盖，表明压力释放器已经动作。当排除故障后，投入运行前，应手动将标志杆和微动开关复归。压力释放器动作压力有15、25、35、55kPa等各种规格，根据变压器设计参数选择。,变压器的主要部件 - 压力释放器,安装结束拆掉,变压器的主要部件 防爆管,早期变压器安装的是一种防爆管，作用相当于变压器压力释放阀，同样起到安全阀的作用。 防爆膜一般用玻璃制作，中间用玻璃刀划十字，降低玻璃机械强度，使其在设定压力下正确动作。,11.电流互感器 俗称升高座，既支撑和固定套管，内部还装入套管式电流互感器，供继电保护和电气仪表用。,变压器的主要部件 - 电流互感器,变压器的主要部件 气体继电器,12.气体

25、继电器 气体继电器也称瓦斯继电器，它是变压器的主要保护装置，安装在变压器油箱与储油柜的连接管上。有1%-1.5%的倾斜角度，以使气体能流到瓦斯继电器内，当变压器内部故障时，由于油的分解产生的油气流，冲击继电器下挡板，使接点闭合，跳开变压器各侧断路器。若空气进入变压器或内部有轻微故障时，可使继电器上接点动作，发出预报信号，通知相关人员处理。瓦斯继电器上部装有试验及恢复按钮和放气阀门。 瓦斯继电器上部有引出线，分别接入跳闸保护及信号。瓦斯应有防雨罩，防止进水。瓦斯继电器应定期进行动作和绝缘校验。,取气盒,变压器的主要部件 气体继电器结构,双浮子瓦斯继电器,开口杯瓦斯继电器,开口杯,干簧管,干簧管,

26、挡板磁铁,挡板,开口杯磁铁,变压器的主要部件 气体继电器动作原理,变压器的主要部件 温度计,13.温度计 温度计由温包、导管和压力计组成。将温包插入箱盖上注有油的安装座中，使油的温度能均匀地传到温包，温包中的气体随温度变化而胀缩，产生压力，使压力计指针转动，指示温度。 变压器还安装有PT100（铜铂合金）的电阻，该电阻阻值随温度呈线性变化，可以在控制室观察变压器温度。变压器的温度计除指示变压器上层油温和绕组温度以外，另一个作用是作为控制回路的硬接点启动或退出冷却器、发出温度过高的告警信号。,变压器的主要部件 - 绝缘套管,14.绝缘套管 变压器绕组的引出线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管

27、，以使带电的引出线与接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是瓷制的，它的结构取决于它的电压等级。 10kV以下的为单瓷制绝缘套管，瓷套内为空气绝缘或变压器油绝缘，中间穿过一根导电铜杆。 110kV及以上电压等级一般采用全密封油浸纸绝缘电容式套管。套管内注有变压器油，不与变压器本体相通。,电力变压器运行维护,1、防止变压器过载运行：长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。2、保证绝缘油质量：变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中

28、变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。 把安全工程师站点加入收藏夹3、防止变压器铁芯绝缘老化损坏：铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。4、防止检修不慎破坏绝缘：变压器检修吊芯时，注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。,电力变压器运行维护,5、保证导线接触良好：线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。6、防止电击

29、：电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。7、短路保护要可靠：变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有可能烧毁变压器。为此，必须安装可靠的短路保护装置。,电力变压器运行维护,8、保持良好的接地：对于采用保护接零的低压系统，（考试大）变压器低压侧中性点要直接接地当三相负载不平衡时，零线上会出现电流。当这一电流过大而接触电阻又较大时，接地点就会出现高温，引燃周围的可燃物质。9、防止超温：变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘，其绝缘体以纸和棉纱为主，温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大，温度每升高8，绝缘寿命要减少50%左右。变压器在正常温度（90 ）下运行，寿命约20年；若温度升至105，则寿命为7年5温度升至120，寿命仅为两年。所以变压器运行时，一定要保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风，以达到降低变压器温升的目的。,本次课程结束，谢谢各位！,